CN107939344A - 多井协调变频控制抽油机系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田采油设备领域，尤其涉及一种多井协调变频控制抽油机系统，包括驱动装置、抽油绳、抽油泵、井架和变频控制柜，驱动装置包括电机、减速机构和卷筒，电机通过减速机构带动卷筒旋转，所述的抽油绳的一端缠绕在卷筒上，另一端绕过井架顶部的定滑轮后与井下的抽油泵柱塞连接，相应地，井架和抽油泵均各有两套，所述的两个井架之间的地面上无凸出物，所述的驱动装置设置在地面之下的方坑中。驱动装置设置在地面以下，可使两个油井之间的空间得以充分利用，降低井场的面积，从而减少对地表植被的破坏。同时，将驱动装置封装起来可有效减少沙尘和阳光对轴承和橡胶零件的侵蚀损害，从而延长维护周期，降低维护成本。

Description

多井协调变频控制抽油机系统

技术领域

本发明属于油田采油设备领域，尤其涉及一种多井协调变频控制抽油机系统。

背景技术

在采油设备领域，单机双井抽油机是近些年来发展出来的一种新型抽油机，如申请公告号为CN105804703A的发明专利申请文件中便公开了一种单机双井抽油机构，在这种抽油机构中，两口井中的抽油泵柱塞交替上升和下降且互相联动，使得两个柱塞在升降过程中互为配重，从而产生了良好的节能效果。同时，这种抽油机构中采用的卷扬式抽油机构，井下采用的是长冲程抽油泵，通过提高冲程、降低冲次的方式进一步降低了抽油机的能耗并提高了采油效率。因此这种抽油机构具有巨大的推广前景。但在生产实践中发现，这种抽油机存在明显缺陷：1、这种抽油机的驱动机构设在地面上，占据了大量的地面空间，为了满足井场作业时对井场地面空间的需求，必须额外增加井场面积，因此对地表植被的破坏比较严重；2、这种抽油机中，两口井的抽油绳缠绕在一个卷筒上，当一根抽油绳发生断脱事故时，断脱的抽油绳会对另一根抽油绳的正常缠绕造成干扰，导致另一口井也无法正常工作；3、当卷筒的刹车失效时，抽油泵柱塞会在自身重力的作用下急速下降，继而猛烈的冲击抽油泵泵体，造成抽油泵损坏。

发明内容

本发明提供一种多井协调变频控制抽油机系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

本发明包括驱动装置、抽油绳、抽油泵、井架和变频控制柜，驱动装置包括电机、减速机构和卷筒，电机通过减速机构带动卷筒旋转，所述的抽油绳的一端缠绕在卷筒上，另一端绕过井架顶部的定滑轮后与井下的抽油泵柱塞连接，所述的抽油绳共有两根，相应地，井架和抽油泵均各有两套，所述的两个井架之间的地面上无凸出物，所述的驱动装置设置在地面之下的方坑中，方坑的上沿设置有用于封闭方坑的上盖；

所述的驱动装置内的卷筒共有两个，分别为卷筒A和卷筒B，所述的两根抽油绳分别安装在两个卷筒上，卷筒A通过减速机构与电机实现动力连接，卷筒A和卷筒B的边缘均设置有轮齿，卷筒A和卷筒B之间设置有与所述的轮齿啮合的换向齿轮，卷筒A带动换向齿轮旋转，从而带动卷筒B旋转，卷筒A和卷筒B之间设置有隔板；

两个卷筒的边缘分别设置有防掉落装置；

所述的变频控制柜也设置在所述的方坑内。

所述的减速机构为行星减速机构，行星减速机构的高速轴设置在卷筒A的中心，行星减速机构的低速轴为卷筒A本身，所述的电机的输出轴与行星减速机构的高速轴连接，从而实现对卷筒A的驱动。

所述的防掉落装置的结构包括驱动齿轮、驱动轴、空心轴、壳体A部、壳体B部和波轮，壳体A部和壳体B部扣合形成完整的壳体，壳体内填充有导热油，空心轴安装在壳体的中心，所述的波轮封装在壳体内，并固定连接在空心轴上，所述的壳体A部和波轮上相对的一组面上均设置有螺旋叶片，所述的驱动轴插装在空心轴内，驱动轴和空心轴之间通过键连接，所述的驱动齿轮安装在驱动轴上，驱动齿轮与卷筒边缘的轮齿啮合，驱动轴上靠近驱动齿轮的一端设置有用于使驱动齿轮与驱动轴之间的传动关系脱离的电控离合器。

所述的换向齿轮的旋转轴上设置有断电制动式电磁制动器。所述的井架的侧面设置有用于控制电磁制动器的控制箱。所述的井架上设置有用于进行现场监控的摄像头，相应地，所述的变频控制柜内设置有无线通信装置。所述的每个井架上各设置有两个定滑轮。所述的上盖上设置有人孔。所述的抽油绳内设置有通信电缆，通信电缆的下端设置有液面测试装置。

本发明的有益效果为：

1、在本发明中，驱动装置设置在地面以下，可使两个油井之间的空间得以充分利用，降低井场的面积，从而减少对地表植被的破坏。同时，将驱动装置封装起来可有效减少沙尘和阳光对轴承和橡胶零件的侵蚀损害，从而延长维护周期，降低维护成本。

2、本发明采用双卷筒设计，并在两个卷筒之间设置了隔板，这种结构可有效防止抽油绳断脱后，两根抽油绳之间相互干扰，从而保证一根抽油绳断脱后，另一根抽油绳仍然可以正常工作。

3、本发明中设置了防掉落装置，通过防掉落装置可在卷筒急速转动时增加卷筒的转动阻力，从而避免抽油泵柱塞因急速坠落而损坏。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是电机和卷筒A的结构示意图；

图3是防掉落装置的结构示意图。

图中：1-驱动齿轮，2-电机，3-卷筒A，4-换向齿轮，5-隔板，6-变频控制柜，7-抽油泵，8-井架，9-控制箱，10-定滑轮，11-摄像头，12-抽油绳，13-壳体A部，14-波轮，15- 壳体B部，16-空心轴，17-驱动轴，18-上盖，19-卷筒B，20-键，21-导热油,22-液面测试装置，23-电控离合器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

本发明包括驱动装置、抽油绳12、抽油泵7、井架8和变频控制柜6，驱动装置包括电机2、减速机构和卷筒，电机2通过减速机构带动卷筒旋转，所述的抽油绳12的一端缠绕在卷筒上，另一端绕过井架8顶部的定滑轮10后与井下的抽油泵7中的柱塞连接，所述的抽油绳12共有两根，相应地，井架8和抽油泵7均各有两套。以上为现有技术中已经存在的常规结构，在此不再赘述。

在最原始的抽油机上，所有的动力部件、传动部件和电力控制部件均设置在地面之上，后续的设计者受原始设计思路产生的思维定势的影响，仍然沿用了上述的设计思路。但将抽油机的所有结构设置在地面之上无疑会占用大量的地面空间。前些年，国家的环保政策较为宽松，采油企业对井场破坏植被的问题也不够重视，但随着国家环保政策的收紧，油田企业也对生产过程中的各种环保问题精打细算，这种情况下，如何更加充分地利用井场的地面空间成为一个热门课题。而在本发明中，两个井架8之间的地面上无凸出物，所述的驱动装置设置在地面之下的方坑中，变频控制柜6也设置在所述的方坑内。方坑的上沿设置有用于封闭方坑的上盖18。驱动装置设置在地面以下，可使两个油井之间的空间得以充分利用，降低井场的面积，从而减少对地表植被的破坏(平均每个井场的面积可缩减150-200平米)。

另外，各种抽油机上均存在大量的轴承和橡胶零件，对于轴承来说，风沙的侵蚀会严重缩短轴承的寿命，而轴承一旦损坏，更换轴承的成本比较高。对于密封圈和皮带等橡胶零部件来说，风沙会对密封圈的密封效果造成非常不利的影响，光照则会加速橡胶的老化，从而大大缩短橡胶零件的寿命，最终导致抽油机的维护频次和维修成本均居高不下。但本发明通过上盖18将驱动装置封装起来可有效减少沙尘和阳光对轴承和橡胶零件的侵蚀损害，从而延长维护周期，降低维护成本。

所述的驱动装置内的卷筒共有两个，分别为卷筒A3和卷筒B19，所述的两根抽油绳12 分别安装在两个卷筒上，卷筒A3和卷筒B19之间设置有隔板5。本发明采用双卷筒设计，并在两个卷筒之间设置了隔板5，这种结构可有效防止抽油绳12断脱后，两根抽油绳12之间相互干扰，一根抽油绳12断脱后，抽油绳12完好的另一口油井仍然可以正常工作，从而避免了一口油井维修过程中，另一口油井的生产受到影响。

卷筒A3通过减速机构与电机2实现动力连接，卷筒A3和卷筒B19的边缘均设置有轮齿，卷筒A3和卷筒B19之间设置有与所述的轮齿啮合的换向齿轮4，卷筒A3带动换向齿轮4旋转，从而带动卷筒B19旋转。也就是说，两个卷筒中，卷筒A3在电机2带动下转动，而卷筒 B19的动力间接来自卷筒A3。

两个卷筒的边缘分别设置有防掉落装置，通过防掉落装置可在卷筒急速转动时增加卷筒的转动阻力，从而避免抽油泵7的柱塞因急速坠落而损坏。

本发明中采用的防掉落装置利用了液力耦合原理，防掉落装置的结构包括驱动齿轮1、驱动轴17、空心轴16、壳体A部13、壳体B部15和波轮14，壳体A部13和壳体B部15扣合形成完整的壳体，壳体内填充有导热油21，空心轴16安装在壳体的中心，所述的波轮14 封装在壳体内，并固定连接在空心轴16上，所述的壳体A部13和波轮14上相对的一组面上均设置有螺旋叶片。当空心轴16旋转时，波轮14在空心轴16的带动下旋转，波轮14上的螺旋叶片拨动导热油21，而壳体A部13上同样设置有螺旋叶片且壳体A部13静止不动，因此波轮14受到导热油21的反向作用力，即阻力，并且波轮14的转速越快，阻力越大，此处的阻力便是防止抽油泵7的柱塞急速坠落的力的来源。所述的驱动轴17插装在空心轴16内，驱动轴17和空心轴16之间通过键20连接，所述的驱动齿轮1安装在驱动轴17上，驱动齿轮1与卷筒边缘的轮齿啮合。

驱动轴17上靠近驱动齿轮1的一端设置有用于使驱动齿轮1与驱动轴17之间的传动关系脱离的电控离合器23。卷筒A驱动的抽油泵7的柱塞上行(此时另一侧的抽油泵7的柱塞下行)时，滚筒A所在侧的防掉落装置上的电控离合器23断开，而另一侧的防掉落装置上的电控离合器23吸合；卷筒A驱动的抽油泵7的柱塞下行(此时另一侧的抽油泵7的柱塞上行) 时，滚筒A所在侧的防掉落装置上的电控离合器23吸合，而另一侧的防掉落装置上的电控离合器23断开。也就是说，只有在抽油泵7的柱塞下行时，防掉落装置才起作用，抽油泵7的柱塞上行时，防掉落装置在电磁离合器23的控制下失去驱动力，即防掉落装置工作，这样可以避免柱塞上行时防掉落装置产生的阻力对生产产生不利影响。

所述的减速机构为行星减速机构，行星减速机构的高速轴设置在卷筒A3的中心，行星减速机构的低速轴为卷筒A3本身，所述的电机2的输出轴与行星减速机构的高速轴连接，从而实现对卷筒A3的驱动。虽然行星减速机构是一种很常见的常规减速机构，但将其用在此处，可省去现有技术中的皮带传动机构，减少传动机构的层级，提高传动效率。

所述的换向齿轮4的旋转轴上设置有断电制动式电磁制动器，断电时换向齿轮4自动制动，保证了设备维护时工人的安全。

所述的井架8的侧面设置有用于控制电磁制动器的控制箱9，通过控制箱9，可在地面对抽油机的启停进行电气控制，操作方便、省力。

所述的井架8上设置有用于进行现场监控的摄像头11，相应地，所述的变频控制柜6内设置有无线通信装置，通过无线通信装置可实现井场与控制中心的数据通信，最终实现数据回传和远程监测、控制等功能。

所述的每个井架8上各设置有两个定滑轮10，与在井架8的一侧设置定滑轮10相比，在井架8上设置两个定滑轮10可以大大减小井架8的翻转力矩，从而提高了井架8的安装稳定性。

所述的上盖18上设置有人孔(图中未示出)，对驱动装置和变频控制柜6进行维修和维护时，不需要打开沉重的上盖18，而仅需人工打开人孔即可。

所述的抽油绳12内设置有通信电缆，通信电缆的下端设置有液面测试装置22，通过通信电缆可将液面测试装置22采集的页面数据上传至井上。

Claims (9)

1.一种多井协调变频控制抽油机系统，包括驱动装置、抽油绳(12)、抽油泵(7)、井架(8)和变频控制柜(6)，驱动装置包括电机(2)、减速机构和卷筒，电机(2)通过减速机构带动卷筒旋转，所述的抽油绳(12)的一端缠绕在卷筒上，另一端绕过井架(8)顶部的定滑轮(10)后与井下的抽油泵(7)中的柱塞连接，所述的抽油绳(12)共有两根，相应地，井架(8)和抽油泵(7)均各有两套，所述的两个井架(8)之间的地面上无凸出物，所述的驱动装置设置在地面之下的方坑中，方坑的上沿设置有用于封闭方坑的上盖(18)；

所述的驱动装置内的卷筒共有两个，分别为卷筒A(3)和卷筒B(19)，所述的两根抽油绳(12)分别安装在两个卷筒上，卷筒A(3)通过减速机构与电机(2)实现动力连接，卷筒A(3)和卷筒B(19)的边缘均设置有轮齿，卷筒A(3)和卷筒B(19)之间设置有与所述的轮齿啮合的换向齿轮(4)，卷筒A(3)带动换向齿轮(4)旋转，从而带动卷筒B(19)旋转，卷筒A(3)和卷筒B(19)之间设置有隔板(5)；

两个卷筒的边缘分别设置有防掉落装置；

所述的变频控制柜(6)也设置在所述的方坑内。

2.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的减速机构为行星减速机构，行星减速机构的高速轴设置在卷筒A(3)的中心，行星减速机构的低速轴为卷筒A(3)本身，所述的电机(2)的输出轴与行星减速机构的高速轴连接，从而实现对卷筒A(3)的驱动。

3.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的防掉落装置的结构包括驱动齿轮(1)、驱动轴(17)、空心轴(16)、壳体A部(13)、壳体B部(15)和波轮(14)，壳体A部(13)和壳体B部(15)扣合形成完整的壳体，壳体内填充有导热油(21)，空心轴(16)安装在壳体的中心，所述的波轮(14)封装在壳体内，并固定连接在空心轴(16)上，所述的壳体A部(13)和波轮(14)上相对的一组面上均设置有螺旋叶片，所述的驱动轴(17)插装在空心轴(16)内，驱动轴(17)和空心轴(16)之间通过键(20)连接，所述的驱动齿轮(1)安装在驱动轴(17)上，驱动齿轮(1)与卷筒边缘的轮齿啮合，驱动轴上靠近驱动齿轮的一端设置有用于使驱动齿轮与驱动轴之间的传动关系脱离的电控离合器。

4.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的换向齿轮(4)的旋转轴上设置有断电制动式电磁制动器。

5.根据权利要求4所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的井架(8)的侧面设置有用于控制电磁制动器的控制箱(9)。

6.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的井架(8)上设置有用于进行现场监控的摄像头(11)，相应地，所述的变频控制柜(6)内设置有无线通信装置。

7.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的每个井架(8)上各设置有两个定滑轮(10)。

8.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的上盖(18)上设置有人孔。

9.根据权利要求1所述的一种多井协调变频控制抽油机系统，其特征在于：所述的抽油绳(12)内设置有通信电缆，通信电缆的下端设置有液面测试装置(22)。