CN107859503A - 一种节能型闭式液压抽油机 - Google Patents
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Abstract
一种节能型闭式液压抽油机，包括伺服电机、双向油泵及两组相同液压缸，伺服电机驱动双向油泵，两组液压缸分别通过油管与双向油泵相连，抽油杆固连在液压缸活塞杆上，液压缸有杆腔与双向油泵连通，液压缸无杆腔与大气相通，液压缸活塞杆为空心杆，液压缸无杆腔缸筒顶端固装有磁滞伸缩位移传感器，位移传感器的波导管测杆位于液压缸活塞杆中心孔内，位移传感器的活动磁环固装在液压缸活塞杆顶部，位移传感器的电子仓固装在液压缸无杆腔缸筒顶端；油管和液压缸有杆腔构成闭式油路，闭式油路配装有冲程调节模块和油液温度调节模块。本发明可通过一台电动机为两口油井同时提供动力，可高效回收抽油杆重力势能，可根据井下实际工况实时调整运行参数。
Description
技术领域
本发明属于石油开采设备技术领域，特别是涉及一种节能型闭式液压抽油机。
背景技术
目前，游梁式抽油机作为油田使用最为广泛的抽油设备，其具有结构简单、运行可靠性高以及可长期连续运行的特点，但是，游梁式抽油机却始终存在冲程冲次调整困难、体积较大以及难以根据实际井下工况实时调整运行参数等缺点，并且一台电动机只能为一口油井提供动力，导致整机运行效率较低。
由于上述原因，近年来一些企业及高校开始研究液压抽油机，液压抽油机通过泵站来驱动液压缸做往复运动，进而带动抽油杆执行抽油作业，并且现有的液压抽油机还多配有蓄能器等能量回收装置，用以收集抽油杆在下冲程时的重力势能，但实际使用效果并不理想，由于蓄能器内的压力会随进液量的增加而增大，导致能量回收效果也随着变差。另外，目前现有的液压抽油机均为开式液压系统，即泵站对液压系统的供油量靠节流阀和溢流阀来调节，因此无法避免液压系统的节流损失和溢流损失，同时开式液压系统还存在换向时易产生冲击的缺点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种节能型闭式液压抽油机，能够通过一台电动机为两口油井同时提供动力，能够有效回收抽油杆在下冲程时的重力势能，同时有效减少无功功率损失，并且能够根据井下实际工况实时调整运行参数。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种节能型闭式液压抽油机，包括第一液压缸、第二液压缸、伺服电机、双向油泵、第一油管、第二油管、第一磁滞伸缩位移传感器及第二磁滞伸缩位移传感器；所述第一液压缸与第二液压缸的结构及尺寸完全相同；所述第一液压缸竖直设置且活塞杆朝下，在第一液压缸的活塞杆底端固接有第一抽油杆；所述第一液压缸的有杆腔通过第一油管与双向油泵的第一油口相连通；所述第二液压缸竖直设置且活塞杆朝下，在第二液压缸的活塞杆底端固接有第二抽油杆；所述第二液压缸的有杆腔通过第二油管与双向油泵的第二油口相连通；所述伺服电机的电机轴与双向油泵的输入轴相固连；所述第一液压缸及第二液压缸的无杆腔均与大气相通，在第一液压缸无杆腔的大气连通孔上安装有第一空气滤网，在第二液压缸无杆腔的大气连通孔上安装有第二空气滤网；所述第一液压缸及第二液压缸的活塞杆均为空心杆结构；所述第一磁滞伸缩位移传感器的电子仓固装在第一液压缸的无杆腔缸筒顶端，第一磁滞伸缩位移传感器的波导管测杆位于第一液压缸的活塞杆中心孔内，第一磁滞伸缩位移传感器的活动磁环固定安装在第一液压缸的活塞杆顶部；所述第二磁滞伸缩位移传感器的电子仓固装在第二液压缸的无杆腔缸筒顶端，第二磁滞伸缩位移传感器的波导管测杆位于第二液压缸的活塞杆中心孔内，第二磁滞伸缩位移传感器的活动磁环固定安装在第二液压缸的活塞杆顶部。
由所述第一油管和第一液压缸有杆腔构成第一闭式油路，由第二油管和第二液压缸有杆腔构成第二闭式油路，第一闭式油路或第二闭式油路配装有冲程调节模块，所述冲程调节模块包括油箱、单向油泵、电动机、电磁换向阀及液控单向阀；所述单向油泵的输入轴与电动机的电机轴相固连，单向油泵的吸油口与油箱相连通，所述电磁换向阀连接在单向油泵的出油口与液控单向阀的进油口之间，液控单向阀的出油口与第一油管或第二油管相连通。
在所述第一油管与油箱之间连接有第一溢流阀，在所述第二油管与油箱之间连接有第二溢流阀，在所述单向油泵的出油口与油箱之间连接有第三溢流阀。
在所述第一油管上安装有第一压力传感器，在所述第二油管上安装有第二压力传感器。
所述第一闭式油路或第二闭式油路还配装有油液温度调节模块，所述油液温度调节模块包括油液温度调节箱、加热器及冷却风机；所述油液温度调节箱套装在第一油管或第二油管上，所述加热器位于油液温度调节箱内，通过加热器对油管内流动的油液进行加热；所述冷却风机安装在油液温度调节箱的箱体上，通过冷却风机对油管内流动的油液进行散热。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，能够通过一台电动机为两口油井同时提供动力，能够有效回收抽油杆在下冲程时的重力势能，同时有效减少无功功率损失，并且能够根据井下实际工况实时调整运行参数，达到最佳节能目的。本发明还具有结构简单、重量轻以及占地面积小的特点。
附图说明
图1为本发明的一种节能型闭式液压抽油机结构原理图；
图中，1—第一液压缸，2—第二液压缸，3—伺服电机，4—双向油泵，5—第一油管，6—第二油管，7—第一磁滞伸缩位移传感器，8—第二磁滞伸缩位移传感器，9—第一抽油杆，10—第二抽油杆，11—第一空气滤网，12—第二空气滤网，13—油箱，14—单向油泵，15—电动机，16—电磁换向阀，17—液控单向阀，18—第一溢流阀，19—第二溢流阀，20—第三溢流阀，21—第一压力传感器，22—第二压力传感器，23—油液温度调节箱，24—加热器，25—冷却风机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种节能型闭式液压抽油机，包括第一液压缸1、第二液压缸2、伺服电机3、双向油泵4、第一油管5、第二油管6、第一磁滞伸缩位移传感器7及第二磁滞伸缩位移传感器8；所述第一液压缸1与第二液压缸2的结构及尺寸完全相同；所述第一液压缸1竖直设置且活塞杆朝下，在第一液压缸1的活塞杆底端固接有第一抽油杆9；所述第一液压缸1的有杆腔通过第一油管5与双向油泵4的第一油口相连通；所述第二液压缸2竖直设置且活塞杆朝下，在第二液压缸2的活塞杆底端固接有第二抽油杆10；所述第二液压缸2的有杆腔通过第二油管6与双向油泵4的第二油口相连通；所述伺服电机3的电机轴与双向油泵4的输入轴相固连；所述第一液压缸1及第二液压缸2的无杆腔均与大气相通，在第一液压缸1无杆腔的大气连通孔上安装有第一空气滤网11，在第二液压缸2无杆腔的大气连通孔上安装有第二空气滤网12；所述第一液压缸1及第二液压缸2的活塞杆均为空心杆结构；所述第一磁滞伸缩位移传感器7的电子仓固装在第一液压缸1的无杆腔缸筒顶端，第一磁滞伸缩位移传感器7的波导管测杆位于第一液压缸1的活塞杆中心孔内，第一磁滞伸缩位移传感器7的活动磁环固定安装在第一液压缸1的活塞杆顶部；所述第二磁滞伸缩位移传感器8的电子仓固装在第二液压缸2的无杆腔缸筒顶端，第二磁滞伸缩位移传感器8的波导管测杆位于第二液压缸2的活塞杆中心孔内，第二磁滞伸缩位移传感器8的活动磁环固定安装在第二液压缸2的活塞杆顶部。
由所述第一油管5和第一液压缸1有杆腔构成第一闭式油路，由第二油管6和第二液压缸2有杆腔构成第二闭式油路，第一闭式油路或第二闭式油路配装有冲程调节模块，所述冲程调节模块包括油箱13、单向油泵14、电动机15、电磁换向阀16及液控单向阀17；所述单向油泵14的输入轴与电动机15的电机轴相固连，单向油泵14的吸油口与油箱13相连通，所述电磁换向阀16连接在单向油泵14的出油口与液控单向阀17的进油口之间，液控单向阀17的出油口与第一油管5或第二油管6相连通。
在所述第一油管5与油箱13之间连接有第一溢流阀18，在所述第二油管6与油箱13之间连接有第二溢流阀19，在所述单向油泵14的出油口与油箱13之间连接有第三溢流阀20。
在所述第一油管5上安装有第一压力传感器21，在所述第二油管6上安装有第二压力传感器22。
所述第一闭式油路或第二闭式油路还配装有油液温度调节模块，所述油液温度调节模块包括油液温度调节箱23、加热器24及冷却风机25；所述油液温度调节箱23套装在第一油管5或第二油管6上，所述加热器24位于油液温度调节箱23内，通过加热器24对油管内流动的油液进行加热；所述冷却风机25安装在油液温度调节箱23的箱体上，通过冷却风机25对油管内流动的油液进行散热。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
启动伺服电机3，伺服电机3正转时，带动双向油泵4正向转动，双向油泵4通过第一油管5对第一液压缸1有杆腔内的油液进行吸油作业，而吸出的油液再通过第二油管6注入第二液压缸2的有杆腔；经双向油泵4二次加压后，在第一液压缸1活塞杆和第一抽油杆9的重力作用下，第一抽油杆9实现下行，且第一抽油杆9在下行过程中，第一液压缸1活塞杆和第一抽油杆9的重力势能，会在第一液压缸1有杆腔内同步转换为油液压力能，而双向油泵4吸入的则是压力油液，此过程实现了第一液压缸1活塞杆和第一抽油杆9重力势能的高效回收；双向油泵4不断的将经过二次加压的压力油液注入第二液压缸2的有杆腔，在压力油液作用下，第二液压缸2的活塞杆被逐渐顶起，从而带动第二抽油杆10实现上行，实现第二抽油杆10的抽油动作；当第一抽油杆9快达到设定下冲程时，同时第二抽油杆10快达到设定上冲程时，逐渐降低伺服电机3的转速，达到设定冲程时，伺服电机转速变为0，实现缓冲换向；当第一抽油杆9达到设定下冲程后，同时第二抽油杆10达到设定上冲程后，则伺服电机3变为反转状态，伺服电机3逐渐加速转动，第一抽油杆9开始抽油。
同理，在伺服电机3反转时，带动双向油泵4反向转动，双向油泵4通过第二油管6对第二液压缸2有杆腔内的油液进行吸油作业，而吸出的油液再通过第一油管5注入第一液压缸1的有杆腔；经双向油泵4二次加压后，在第二液压缸2活塞杆和第二抽油杆10的重力作用下，第二抽油杆10实现下行，且第二抽油杆10在下行过程中，第二液压缸2活塞杆和第二抽油杆10的重力势能，会在第二液压缸2有杆腔内同步转换为油液压力能，而双向油泵4吸入的则是压力油液，此过程实现了第二液压缸2活塞杆和第二抽油杆10重力势能的高效回收；双向油泵4不断的将经过二次加压的压力油液注入第一液压缸1的有杆腔；在压力油液作用下，第一液压缸1的活塞杆被逐渐顶起，从而带动第一抽油杆9实现上行，实现第一抽油杆9的抽油动作；当第二抽油杆10快达到设定下冲程，同时第一抽油杆9快达到设定上冲程时，逐渐降低伺服电机3的转速，达到设定冲程时，伺服电机转速变为0，实现缓冲换向；当第一抽油杆9达到设定上冲程后，同时第二抽油杆10达到设定下冲程后，则伺服电机3变为正转状态，伺服电机3逐渐加速转动，第二抽油杆10开始抽油。
在伺服电机3连续完成一次正转和反转动作后，两口油井中的第一抽油杆9和第二抽油杆10则各自完成了一次抽油循环，随着伺服电机3正转和反转动作的往复交替进行，两口油井也实现了往复交替出油。
为了满足不同工况的油井抽油需要，本发明可根据实际工况对冲次和冲程进行调整。
当需要调整冲次时，只需改变第一液压缸1和第二液压缸2的活塞杆运动速度即可，具体通过调整伺服电机3的转速即可。当油液较粘稠时，此时可以降低伺服电机3的转速，以使油液流量减小，从而在单位时间内减小两口油井的换向次数，最终使冲次降低。反之同理，当油液拥有较高的流动性时，可以适当提高伺服电机3的转速，以使油液流量增大，从而在单位时间内提高两口油井的换向次数，最终使冲次增加。
当需要调整冲程时，则只需启动冲程调节模块即可。
当需要增大冲程时，首先启动电动机15，带动单向油泵14转动，同时电磁换向阀16左位得电，油箱13中的油液在单向油泵14的作用下，依次通过电磁换向阀16和液控单向阀17进入由第一油管5和第一液压缸1有杆腔构成的第一闭式油路中，或进入由第二油管6和第二液压缸2有杆腔构成的第二闭式油路中，进而实现对闭式油路的补液，随着闭式油路内油液不断增多，第一液压缸1或第二液压缸2的活塞杆被逐渐顶起，冲程值也将逐渐增大，而活塞杆的上移距离通过第一磁滞伸缩位移传感器7或第二磁滞伸缩位移传感器8进行实时监测，当冲程值达到新设定的值后，关闭电动机15，同时电磁换向阀16恢复到中位，此时补液停止，冲程调整结束。
当需要减小冲程时，首先启动电动机15，带动单向油泵14转动，同时电磁换向阀16右位得电，在单向油泵14作用下，高压油进入液控单向阀17的液控口，液控单向阀17反向开启，由第一油管5和第一液压缸1有杆腔构成的第一闭式油路(或由第二油管6和第二液压缸2有杆腔构成的第二闭式油路)中的高压油液，依次通过液控单向阀17和电磁换向阀16流入油箱13中，进而实现对闭式油路的放液，随着第一闭式油路(或第二闭式油路)中的油量逐渐减少，冲程值也将逐渐减小，实际冲程值通过第一磁滞伸缩位移传感器7或第二磁滞伸缩位移传感器8进行实时计算，当冲程值达到新设定的值后，关闭电动机15，同时电磁换向阀16恢复到中位，此时放液停止，冲程调整结束。
如果第一抽油杆9或第二抽油杆10突发卡井事故时，闭式油路内的压力将快速升高，而第一压力传感器21或第二压力传感器22监测到异常信号后，控制系统将第一时间发出警报，同时伺服电机3接收停机信号并实现停机，同时第一溢流阀18或第二溢流阀19会因压力过载而迅速开启进行泄压，从而避免发生安全事故。
随着季节的变化，环境温度也会发生明显改变，当夏季环境温度过高时，会导致闭式油路内的油液温度过高，此时可启动油液温度调节模块中的冷却风机25，通过冷却风机25对油管内流动的油液进行散热，使油液维持在设定值范围内。当冬季环境温度过低时，会导致闭式油路内的油液温度过低，此时可启动油液温度调节模块中的加热器24，通过加热器24对油管内流动的油液加热，使油液温度维持在设定值范围内。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (5)
1.一种节能型闭式液压抽油机，其特征在于：包括第一液压缸、第二液压缸、伺服电机、双向油泵、第一油管、第二油管、第一磁滞伸缩位移传感器及第二磁滞伸缩位移传感器；所述第一液压缸与第二液压缸的结构及尺寸完全相同；所述第一液压缸竖直设置且活塞杆朝下，在第一液压缸的活塞杆底端固接有第一抽油杆；所述第一液压缸的有杆腔通过第一油管与双向油泵的第一油口相连通；所述第二液压缸竖直设置且活塞杆朝下，在第二液压缸的活塞杆底端固接有第二抽油杆；所述第二液压缸的有杆腔通过第二油管与双向油泵的第二油口相连通；所述伺服电机的电机轴与双向油泵的输入轴相固连；所述第一液压缸及第二液压缸的无杆腔均与大气相通，在第一液压缸无杆腔的大气连通孔上安装有第一空气滤网，在第二液压缸无杆腔的大气连通孔上安装有第二空气滤网；所述第一液压缸及第二液压缸的活塞杆均为空心杆结构；所述第一磁滞伸缩位移传感器的电子仓固装在第一液压缸的无杆腔缸筒顶端，第一磁滞伸缩位移传感器的波导管测杆位于第一液压缸的活塞杆中心孔内，第一磁滞伸缩位移传感器的活动磁环固定安装在第一液压缸的活塞杆顶部；所述第二磁滞伸缩位移传感器的电子仓固装在第二液压缸的无杆腔缸筒顶端，第二磁滞伸缩位移传感器的波导管测杆位于第二液压缸的活塞杆中心孔内，第二磁滞伸缩位移传感器的活动磁环固定安装在第二液压缸的活塞杆顶部。
2.根据权利要求1所述的一种节能型闭式液压抽油机，其特征在于：由所述第一油管和第一液压缸有杆腔构成第一闭式油路，由第二油管和第二液压缸有杆腔构成第二闭式油路，第一闭式油路或第二闭式油路配装有冲程调节模块，所述冲程调节模块包括油箱、单向油泵、电动机、电磁换向阀及液控单向阀；所述单向油泵的输入轴与电动机的电机轴相固连，单向油泵的吸油口与油箱相连通，所述电磁换向阀连接在单向油泵的出油口与液控单向阀的进油口之间，液控单向阀的出油口与第一油管或第二油管相连通。
3.根据权利要求2所述的一种节能型闭式液压抽油机，其特征在于：在所述第一油管与油箱之间连接有第一溢流阀，在所述第二油管与油箱之间连接有第二溢流阀，在所述单向油泵的出油口与油箱之间连接有第三溢流阀。
4.根据权利要求1所述的一种节能型闭式液压抽油机，其特征在于：在所述第一油管上安装有第一压力传感器，在所述第二油管上安装有第二压力传感器。
5.根据权利要求2所述的一种节能型闭式液压抽油机，其特征在于：所述第一闭式油路或第二闭式油路还配装有油液温度调节模块，所述油液温度调节模块包括油液温度调节箱、加热器及冷却风机；所述油液温度调节箱套装在第一油管或第二油管上，所述加热器位于油液温度调节箱内，通过加热器对油管内流动的油液进行加热；所述冷却风机安装在油液温度调节箱的箱体上，通过冷却风机对油管内流动的油液进行散热。
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