CN110593819B - 一种落地式多绳抽油机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种落地式多绳抽油机系统，其包括抽油机主体、注气热采抽油泵以及封隔器组件，抽油机主体通过其牵引系统与注气热采抽油泵连接，注气热采抽油泵与封隔器组件通过丢手接头连接，抽油机主体包括：混凝土基础、移机导轨、夹轨器组件、控制柜、支架、可调平衡配重、上平台、上护栏组合、动力装置、制动器、牵引系统以及提引器，牵引系统包括牵引轮、钢丝绳、动滑轮组以及钢丝绳接头，钢丝绳分为提引钢丝绳和平衡钢丝绳，提引钢丝绳一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过提引器、提引器上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接，平衡钢丝绳与提引钢丝绳反向，一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过可调平衡配重、可调平衡配重上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接。

Description

一种落地式多绳抽油机系统

技术领域

本发明涉及抽油机技术领域，具体涉及一种落地式多绳抽油机系统。

背景技术

近几年来，随着世界能源问题日益突出，抽油机节能已成为人们主要关心的问题，国内的各个厂家、研究单位不断地应用新技术，通过进行结构优化设计和改进平衡方式等，实现抽油机节能的目的，减小能源消耗，降低采油成本，一批新型的抽油机在过去几年中投入油田开采，而如何保证抽油效率高，抽油机寿命长，动载荷小，排量稳定也是抽油机当前面临的问题。

此外，在稠油开采过程中，由于粘度高，流动性差，甚至在油层下不能流动，不易开采，现在主要的工艺有蒸汽降粘、电加热、掺化学药剂等，井深在1000m以上的稠油井大多数采用注蒸汽、闷井、自喷、机抽的采油工艺方法，热力采油的根本途径就是将原油加热，增加油层的温度以降低原油的粘度及渗流阻力，而达到增加原油的采收率，现在采用的注采泵有两种形式，一种是通过柱塞的出油通道进行注气，其注汽通道和抽油通道相同。此结构泵的凡尔球是用剪钉和剪切杆悬在凡尔球座上部以形成注汽通道，结构复杂。另一种为通过泵筒外侧进行注气，此结构蒸汽不能注到井底，大大减小了注气的效果。

世界上已有国家使用变频调速技术应用于驱动石油钻机。上世纪末发展起来的钻井设备中四大新技术其中就有变频控制驱动钻机。当电动机参数固定时，供电频率与电动机转速存在正比例关系，利用电动机这一特性就可以通过改变供电频率来控制电动机转速，称为变频调速技术。变频调速具有调速范围广、系统效率高、控制精度高、容易实现自动化和智能化控制等诸多优点，但是目前的变频调速技术都是通过直接设定频率的方式对电机进行直接控制，没有闭环反馈机制，缺少适用性、灵活性、鲁棒性。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种落地式多绳抽油机系统，详见下文阐述。此发明系统运行效率高、节能效果好、寿命长、便于安装，应用在油田蒸汽降粘机抽采油井上，用于提高油气采收率的油井注气采油的整套系统，操作简单、维修方便、增加注气效果，并且具有智能模糊控制，实现了对抽油机变频的实时的在线闭环控制。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种落地式多绳抽油机系统，其包括抽油机主体、注气热采抽油泵以及封隔器组件，抽油机主体通过其牵引系统与注气热采抽油泵连接，注气热采抽油泵与封隔器组件通过丢手接头连接，

抽油机主体包括：混凝土基础、移机导轨、夹轨器组件、控制柜、支架、可调平衡配重、上平台、上护栏组合、动力装置、制动器、牵引系统以及提引器，

牵引系统包括牵引轮、钢丝绳、动滑轮组以及钢丝绳接头，钢丝绳分为提引钢丝绳和平衡钢丝绳，提引钢丝绳一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过提引器、提引器上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接，平衡钢丝绳与提引钢丝绳反向，一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过可调平衡配重、可调平衡配重上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接；

多根钢丝绳绕过牵引轮两端分别连接安装在提引器和可调平衡配重上的动滑轮组，并各自固定于牵引系统的钢丝绳接头；

支架为组合桁架结构，其高度上满足长冲程，截面尺寸在满足现场要求、结构强度以及平衡重的往复运动条件，

动力装置包括电机、液力耦合器、转向调整机构以及制动器；

电机为稀土永磁同步电机，该电机采用单向转动，并通过动力装置的转向结构根据冲程要求来完成动力输出的转向；

液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩，液力偶合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上，电机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出，高速液体进入涡轮后推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴，液体返回泵轮，形成周而复始的流动，液力耦合器的传动效率等于输出轴转速与输入轴转速之，转速比在0.95以上；液力耦合器的油放空，液力耦合器就处于脱开状态，能起离合器的作用；

液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接，能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速，使传递扭矩趋于零；

转向调整机构由伞齿轮减速器、带键拨套、比例拨叉、滑杆、两个连杆、浮动拨杆、冲程调整轴组成，传动轴为电机的输出轴，伞齿轮减速器的左、右换向伞齿轮套在伞齿轮减速器的传动轴上，带键拨套用于调整动力方向，通过调拨带键拨套实现动力传递方向的改变，比例拨叉以2:1的比例使带键拨套快速调拨，比例拨叉的下部长槽与滑杆的导块接触，滑杆在导座里往复运动，带动拨叉运动，滑杆的一端与推送连杆、定位连杆和浮动拨杆铰接在一起，浮动拨杆套装在传动轴上，当固定在牵引轮上的挡销转动并碰到浮动拨杆时，随牵引轮一起转动。

电机上电后，通过液力耦合器带动伞齿轮减速器的右换向伞齿轮转动并带动牵引轮一起运转，同时带动平衡钢丝绳、可调平衡配重向下运动，当牵引轮的挡销碰到浮动拨杆时，浮动拨杆则推动连杆，使拨叉与左换向伞齿轮结合，使牵引轮反向旋转，带动提引钢丝绳和提引器向下运动，当牵引轮的另一个挡销碰到浮动拨杆时，则开始新的冲程循环,如此循环，抽油机便带动抽油杆、抽油泵不断抽汲原油。电机在作业时始终单向运转，可以减少换向时引起的功率消耗,换向时引起的冲击，由液力耦合器吸收。

提引器由自动调心装置、缓冲装置、提引梁座板以及抽油杆卡紧装置组成，缓冲装置和自动调心装置设在安装动滑轮组的部位的中间位置，直接对准井口，缓冲装置安置在自动调心装置上，自动调心装置包括调心球座、高强螺栓、提引梁座板、调心球头、调心球头压盖，调心球座用高强螺栓与自动调心装置的提引梁座板固连在一起，调心球头被调心球头压盖固定在调心球座上，缓冲装置由橡胶弹黄和橡胶弹簧导套组成，橡胶弹簧安置在起保护和定形作用的橡胶弹簧导套内。

制动器采用常闭式和常开式两种制动方式，常闭式是指在电机运行中，制动器依靠电液制动器使电机正常通电，依靠电力将抱闸打开，停电时，依靠弹簧将抱闸抱死；常开式是指制动器在运行过程中，制动器依靠弹簧的弹力将抱闸撑开，使电机无约束运转，制动器始终不耗能，只有当抽油机停车时，在制动器的推动下电机才上电，依靠离心力推开杠杆，带动抱闸将电机制动；

夹轨器组件由可调式夹轨器、可调位千斤顶挡板、移位导套、移位导轨组成，可调式夹轨器和移位导轨组成反力平衡支持机构，可调位千斤顶挡板、移位导套和移位导轨组成移位机构，可调式夹轨器由调节螺杆、调节螺母、外套、导向板、夹头开闭导向销、夹头上下位置调节导向轴、夹头组成，转动调节螺杆，使其通过固定在外套上的调节螺母上下移动，调节螺杆通过导向板带动夹头利用夹头上下位置调节导向轴和外套上的垂直长孔，在垂直方向移动靠近或离开轨道，继续转动调节螺杆，推压或提起导向板，由外套上的垂直长孔和导向板上的横向长孔之间相对位置产生的力矩，使夹头夹紧或松开轨道；夹头沿垂直方向移动，即使轨道与抽油机座之间有加工变形误差，也能使夹轨器与轨道处于适当接触位置，能确保夹轨器准确夹轨。

有益效果在于：

1、效率高、节能效果好

机械效率高，落地式多绳抽油机传动系统简单，传动链短，电机正反转通过钢丝绳转换成光杆的上、下直线运动。抽油机的配重为垂直配重方式，配重的上升与下降仅是动能与势能的转换，无能量损失，故本机的机械效率高，是电机与减速机效率的乘积可达80％以上；

电机效率高，电机采用了由变频器控制的变频调速电机，由于变频器有过载及过零启动功能，即可降低装机容量，解决了传统游梁机大马拉小车的问题。再变频器具有蓄能功能，大大地提高了供电系统的功率因数，可达90％以上，降低了供电容量，地面效率明显增加。另外电机正、反转时的速度是分别可无级调节，适当的减少光杆下行速度，可增大泵的冲满系数，提高了采油的井下效率；

长冲程、低冲数大幅度的提高了泵的效率：在平均光杆速度相同的情况下，提高了产液量。以12型抽油机井、挂泵深度1600米、井杆变形长度为1米为例，传统的12型游梁式抽油机的最大冲程为4.2米，而12型落地式多绳抽油机的最大冲程为7.6米，如果游梁机的冲次为5次/分钟，则每分钟实际有效提升液柱长度为16米，每天提升液柱长度为23040米；在光杆速度相同的情况下，落地式多绳抽油机的每分钟实际有效提升液柱长度为18.48米；每天实际有效提升26611米。就是说在光杆速度相同的情况下，每天落地式多绳抽油机较传统的游梁机多采油3571米长的液柱，泵效率提高了15.5％；

通过自动控制，使抽油机的产出液量与井下的供液量相适应，达到“供采平衡”提高了采油效率，避免高速产液量低或空转的问题，节约了能耗。

2、参数调整方便简捷

落地式多绳抽油机的参数调整与游梁式抽油机有了本质的变化，游梁式要拆换电机，减速机上的皮带轮，根据速比不同来改变冲数，通过改变联杆销的位置来改变冲程，每次调整需耗时2小时左右，而落地式多绳抽油机是通过调整控制箱内按钮和电位器来调整冲程、冲数，几分钟内即可完成，既省时又省力。

3、延长井杆、泵的寿命，减少井下的作业次数

井杆的寿命取决于井杆的质量、载荷、拉伸次数、交变载荷及杆管的偏磨等因素。仍以12型抽油机对比，在光杆速度(上行有效速度)21米每分钟的情况下，游梁机的冲数为5次，而落地式多绳抽油机的冲数为2.8次，如以该项计算，使用落地式多绳抽油机断杆的时间延长近一倍；由于启动和制动时的加速度都很小，在上、下冲程大部分时间都是匀速运动，基本上动载荷接近于零，这样又大大地提高了井杆的使用寿命。

4、适应性强，落地式多绳抽油机可以工作在环境、井矿不同的场合

落地式多绳抽油机可以全天侯工作，环境温度-40℃—+60℃时可正常工作，在落地式多绳抽油机的控制柜中配备了加温与排风系统，环境温度超过60℃时还配备工业级制冷系统，所以落地式多绳抽油机的工作温度环境宽，控制柜本事的防护等级为IP45，可在暴雨、雪、风沙的天气中工作，所以适合于全天侯工作；

另外，落地式多绳抽油机的风阻系数小，通过计算可在12级风力时运行不受影响。落地式多绳抽油机的传动系统及控制系统可安装在机架的上部。即使在水中也可正常工作；

除正常井外，落地式多绳抽油机可工作在含沙的井上，含沙量大，可以造成沙卡，此时，落地式多绳抽油机可在井杆变形的范围内正反启动，进行冲砂，并且在凡尔堵塞时，自动冲泵；落地式多绳抽油机可以通过很小的改变，可以工作在特稠油的井上，条件是只要光杆在井上靠自重可自由下降即可，因为通过变频控制，可使电机的运行速度与光杆下降的速度相一致，而上升时又可以最大速度上升，不仅解决了稠油的采液，又调高了油液的产液量。

5、可测量油井的参数，实施智能采油及监控

使用PID控制实现对电机的闭环控制，保证了电机的稳定运行，使系统具有良好的跟随性。

6、消辅材料少，维护简单

落地式多绳抽油机每年使用工业极压机油100升，锂基润滑脂4kg，易损件钢丝绳和摩擦衬块使用三年以上视磨损程度予以更换。游梁式抽油机每年使用润滑油为360升左右，传动皮带，联杆销的消耗也很大，维护费用大大地超过落地式多绳抽油机；

落地式多绳抽油机的机械传动部件少，基本上免维护，而控制系统采用了模块化，傻瓜式的操作方式，所以在维护和使用上都简单易通。

7、注抽两用

注抽转换简单可靠，注蒸汽时只需将柱塞总成下放到底，露出注汽孔即可注汽，注汽后上提柱塞遮闭注汽孔即可转抽，能够及时发挥注汽的热采效果，降低采油成本；

8、防砂卡

采用短泵筒长柱塞结构，正常抽油时，柱塞上出油阀罩始终在泵筒之外，可减轻砂卡柱塞现象的发生；

9、注汽孔具有泄油功能

作业时，提出柱塞，不需要任何的辅助工具，就可以实现泄油，保证作业井场的安全文明生产，节约作业费用；

10、可以使蒸汽均匀的注到油井底部，使油层均匀受热，提高注气效果，降低注气周期；

11、加长管上设有扶正套，此扶正套有蒸汽流通孔，可以在不阻流的情况下，使泵筒及加长管紧贴在注气外管上；

12、尾管的重量全部加载在注气外管上，减轻泵筒受力载荷，提高使用寿命，并且加长管与外管直接有一定的间隙，完全避免因为材料在注气过程中热胀冷缩产生的变形而产生的应力；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的抽油机主体结构图；

图2是本发明的牵引系统结构图；

图3是本发明的抽油泵主体结构图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1-图3所示，一种落地式多绳抽油机系统，其包括抽油机主体、注气热采抽油泵以及封隔器组件，抽油机主体通过其牵引系统与注气热采抽油泵连接，注气热采抽油泵与封隔器组件通过丢手接头连接，

抽油机主体包括：混凝土基础、移机导轨、夹轨器组件、控制柜、支架、可调平衡配重、上平台、上护栏组合、动力装置、制动器、牵引系统以及提引器，

牵引系统包括牵引轮、钢丝绳、动滑轮组以及钢丝绳接头，钢丝绳分为提引钢丝绳和平衡钢丝绳，提引钢丝绳一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过提引器、提引器上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接，平衡钢丝绳与提引钢丝绳反向，一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过可调平衡配重、可调平衡配重上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接；

多根钢丝绳绕过牵引轮两端分别连接安装在提引器和可调平衡配重上的动滑轮组，并各自固定于牵引系统的钢丝绳接头；

支架为组合桁架结构，其高度上满足长冲程，截面尺寸在满足现场要求、结构强度以及平衡重的往复运动条件，

动力装置包括电机、液力耦合器、转向调整机构以及制动器；

电机为稀土永磁同步电机，其转子损耗比普通异步电机小，因此电机本身的效率比普通电机高约5％。功率因数能达到0.9以上，起动电流大，该电机采用单向转动，并通过动力装置的转向结构根据冲程要求来完成动力输出的转向；

液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩，液力偶合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上，电机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出，高速液体进入涡轮后推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴，液体返回泵轮，形成周而复始的流动，液力耦合器的传动效率等于输出轴转速与输入轴转速之，转速比在0.95以上；液力耦合器的油放空，液力耦合器就处于脱开状态，能起离合器的作用；

液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接，能消除冲击和振动；输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速，使传递扭矩趋于零；

转向调整机构由伞齿轮减速器、带键拨套、比例拨叉、滑杆、两个连杆、浮动拨杆、冲程调整轴组成，传动轴为电机的输出轴，伞齿轮减速器的左、右换向伞齿轮套在伞齿轮减速器的传动轴上，带键拨套用于调整动力方向，通过调拨带键拨套实现动力传递方向的改变，比例拨叉以2:1的比例使带键拨套快速调拨，比例拨叉的下部长槽与滑杆的导块接触，滑杆在导座里往复运动，带动拨叉运动，滑杆的一端与推送连杆、定位连杆和浮动拨杆铰接在一起，浮动拨杆套装在传动轴上，当固定在牵引轮上的挡销转动并碰到浮动拨杆时，随牵引轮一起转动。

电机上电后，通过液力耦合器带动伞齿轮减速器的右换向伞齿轮转动并带动牵引轮一起运转，同时带动平衡钢丝绳、可调平衡配重向下运动，当牵引轮的挡销碰到浮动拨杆时，浮动拨杆则推动连杆，使拨叉与左换向伞齿轮结合，使牵引轮反向旋转，带动提引钢丝绳和提引器向下运动，当牵引轮的另一个挡销碰到浮动拨杆时，则开始新的冲程循环。

如此循环，抽油机便带动抽油杆、抽油泵不断抽汲原油。电机在作业时始终单向运转，可以减少换向时引起的功率消耗。换向时引起的冲击，由液力耦合器吸收。当需要调整冲程时，只要将牵引轮外环的销轴改换位置即可改变冲程，简化了电控系统，提高了可靠性。

提引器由自动调心装置、缓冲装置、提引梁座板以及抽油杆卡紧装置组成，缓冲装置和自动调心装置设在安装动滑轮组的部位的中间位置，直接对准井口，缓冲装置安置在自动调心装置上，自动调心装置包括调心球座、高强螺栓、提引梁座板、调心球头、调心球头压盖，调心球座用高强螺栓与自动调心装置的提引梁座板固连在一起，调心球头被调心球头压盖固定在调心球座上，缓冲装置由橡胶弹黄和橡胶弹簧导套组成，橡胶弹簧安置在起保护和定形作用的橡胶弹簧导套内。

该提引器结构简单，安全可靠，且对抽油机的检测带来了极大的方便。

可调平衡配重根据不同井位或相同井位不同时期的载荷大小灵活调节，以保证抽油机的平衡度，使抽油机在运行中电流保持平稳。可调平衡配重的钢丝绳因其绳股间存在内扭力绕绳轴线发生一定角度的旋转，平衡重也会随之发生旋转，并引起换向时前后摆动。为了保证触发行程开关的空间距离及运行的平稳性，在平衡重上下运动时安装运动导向装置，使其只能沿着导轨作升降运动。

为保证导向机构与导轨保持接触但又被卡死，因此在导向装置中增加弹簧来保证导向轮压紧在导轨上，平衡重导向系统为保证导向机构与导轨保持接触但又不被卡死，因此在导向装置中增加弹簧来保证导向轮压紧在导轨上。

制动器采用常闭式和常开式两种制动方式，常闭式是指在电机运行中，制动器依靠电液制动器使电机正常通电，依靠电力将抱闸打开，停电时，依靠弹簧将抱闸抱死；常开式是指制动器在运行过程中，制动器依靠弹簧的弹力将抱闸撑开，使电机无约束运转，制动器始终不耗能，只有当抽油机停车时，在制动器的推动下电机才上电，依靠离心力推开杠杆，带动抱闸将电机制动；

夹轨器组件由可调式夹轨器、可调位千斤顶挡板、移位导套、移位导轨组成，可调式夹轨器和移位导轨组成反力平衡支持机构，可调位千斤顶挡板、移位导套和移位导轨组成移位机构，可调式夹轨器由调节螺杆、调节螺母、外套、导向板、夹头开闭导向销、夹头上下位置调节导向轴、夹头组成，转动调节螺杆，使其通过固定在外套上的调节螺母上下移动，调节螺杆通过导向板带动夹头利用夹头上下位置调节导向轴和外套上的垂直长孔，在垂直方向移动靠近或离开轨道，继续转动调节螺杆，推压或提起导向板，由外套上的垂直长孔和导向板上的横向长孔之间相对位置产生的力矩，使夹头夹紧或松开轨道；夹头沿垂直方向移动，即使轨道与抽油机座之间有加工变形误差，也能使夹轨器与轨道处于适当接触位置，能确保夹轨器准确夹轨。

以往的抽油机在修井移位时采用丝杠或撬杠等方法进行，移到指定位置后需用地脚螺栓定位，防止因刮风等意外原因使井架倾翻，费时耗力，移位困难，可调式夹轨器用于移位时井架定位或平时为井架提供反力平衡的支持。

控制柜包括变频器、能耗制动模块、人机接口模块、PLC控制器、温度控制模块，监控部分通过以太网与控制柜通信，PLC控制器根据设定的速度曲线对变频器的输出频率进行模糊控制，变频器控制在电机正反向加速、匀速、减速运动，电机经过减速器带动牵引轮拖动钢丝绳使提引器与配重进行上下往复运动，完成整个抽油机工作过程，在减速器上外接旋转编码器，用于把电机输出的转动脉冲累加值反馈给PLC控制器中的高速计数器模块，经过程序换算单位，把反馈的脉冲电信号换算成实际输出频率值，与预设定的频率值做比较，通过PLC控制器的PID模块完成闭环控制。

模糊控制的过程如下：

步骤1，旋转编码器将脉冲值通过测速模块与设定值取差值作为偏差，通过高速计数器模块实现模/数转换，得出频率偏差值e与频率偏差变化ec，输入给模糊控制器；

步骤2，把频率偏差值e与频率偏差变化ec转换为模糊量，完成模糊化过程；

步骤3，根据经验建立的语言规则，对模糊量进行模糊推理；

步骤4，反模糊化处理，将控制量U转换为控制指令u，也称为清晰化，控制指令u经过PLC程序换算，把输出频率换算成电流信号控制变频器输出，实现电机的精确控制。

步骤3具体为：

步骤3.1、确定模糊语言变量，将频率偏差值e与频率偏差变化ec模糊化为模糊语言E、EC，将PID修正量△Kp、△Ki作为输出模糊语言变量；

步骤3.2、根据语言规则确定模糊论域，E、EC的模糊论域为[0，5]、[0，9]，△KP、△KI的模糊论域为[0，3]、[0，0.24]；

步骤3.3、根据语言规则确定物理论域，确定E、EC的量化因子Ke、Kec都为1，△Kp的比例因子KKp为0.05，△Ki的比例因子KKi为2；E、EC的物理论域为[0，5]、[0，9]；△KP，△KI的物理论域为[0，0.15]、[0，0.48]；

步骤3.4、设定模糊集合，偏差E的模糊集合为{ZO，S，SS，SSS，M，MM，MMM，L，LL，LLL，LLLL}，偏差变化EC的模糊集合为{ZO，S，M，L}，控制量△KP的模糊集合为{ZO，S，M，L}，控制量△KI的模糊集合为{ZO，S，M，L}；

步骤3.5、设定隶属函数图，根据上面设定好论域及模糊集合，完成模糊推理，输出控制量U。

该PID控制根据PID自整定原则编译的模糊规则，当|e|较大时，Kp先起主要作用，而Ki接近于0，可以使系统具有良好的跟随性；随着|e|和|ec|逐渐变小，Kp作用也相应变小，而Ki起主要作用，其值逐渐变大，可以使系统具有较小的超调。待系统稳定后Kp、Ki逐渐趋于稳定。

下表是该抽油机主体的参数表

其中，注气热采抽油泵包括高温高压热采井口、热采井口采油树、光杆、高温光杆密封器、高温抽油杆防喷器、金属密封套管头、抽油杆、抽油杆扶正器、抽油泵纠偏器、抽油杆防脱器、注采两用泵、注气尾管及蒸汽分配阀，

注气热采抽油的设计是在注气采油的工艺流程结合现场实际操作的基础上完成的，其目的在于更方便、直观的对稠油注气采油杆柱上的零部件体现出来，并且可以将蒸汽均匀的分配到井底任何位置，提高注气效果，减小注气周期，同时可有效的避免抽油杆与油管的偏磨，提高抽油泵的使用寿命及泵效，减少作业次数，大大降低采油成本。

其中，光杆密封器包括侧翼保护套、光杆闸板防喷器、二级盘根密封、光杆密封盒、防喷管、放喷闸门、四通侧翼保护套及泄压堵头，光杆密封器能够对25、28、32或38mm直径的光杆进行密封，额定压力为35MPa，最高使用温度为375℃；密封试验压力为35MPa；强度试验压力50MPa；连接方式采用卡箍、法兰和/或油管螺纹；

二级盘根密封配有光杆防喷盒，可以实现通过三级密封来密封光杆，光杆闸板防喷盒可以通过两侧螺栓旋紧来抱紧光杆；

该光杆密封器的设计主要是从安全、环保及可操作性上进行考虑达到密封的效果；

在注气前，旋开侧翼保护套，关闭光杆防喷盒，安装防喷管进行注气、闷井和放喷，防喷管、侧翼保护套及四通之间通过油管螺纹连接，形成密闭空间，把二级盘根密封包裹里面(即使因为蒸汽温度过高导致盘根失效，或者盘根没有压紧而造成盘根渗漏，都会通过这个密闭的空间来和外界大气隔绝，大大降低了蒸汽外漏的可能性)，当开始转抽时，打开防喷管上放喷闸门及侧翼保护套进行放喷，如果无压力显示，说明密封效果可靠，可以直接转抽，如果有压力，检查盘根密封的完好程度，压紧二级盘根密封进行转抽。

在注气时温度在340℃左右，如果发生渗漏，工作人员不能靠近井场，此产品的设计充分考虑注气过程中可能发生的任何问题，在原有的基础上，增加了保险措施。

光杆密封器的二级盘根密封可以水平方向沿着平面移动二级盘根密封的密封孔，自动纠正偏心距，同时带有BOP密封装置，通过其密封光杆来达到带压挂抽及更换二级盘根密封的要求，其材料主要为高温氟橡胶和/或改性聚四氟。

注抽转换简单可靠，注蒸汽时只需将柱塞总成下放到底，露出注汽孔即可注汽，注汽后上提柱塞遮闭注汽孔即可转抽，能够及时发挥注汽的热采效果，降低采油成本。

其中，分体光杆的光杆和光杆短接之间采用螺纹连接在一起，在调整防冲距时，通过抽油机上提光杆短接，光杆短接完全提出井口后，下部光杆安装光杆卡子，卸下光杆短接，此高度为抽油机下行终止点，直接挂抽；

避免了由于上提光杆而造成的光杆过长，如果采用大冲程、履带式抽油机，必须对光杆进行现场截断，而且光杆上防脱螺纹不能加工，提高了劳动强度，并且存在安全隐患；如果采用分体式光杆，上提后，可以通过拆卸上部光杆短接来实现光杆缩短，无需现场切割，同时通过螺纹增加被冒来实现光杆的防脱功能；简化调整防冲距程序。此种结构的光杆，不用计算测量光杆需上提多少，任何人都可以完成此操作，降低劳动强度。

光杆表面进行镀钨合金处理；

提高抗腐蚀性能：在油田稠油开采过程中，注蒸汽前井下需要添加化学药剂，稀释原油，因为在高温高压下，对光杆腐蚀比较严重，针对以上情况，我们经过大量现场试验，对光杆表面进行镀钨合金处理，增加了其抗腐蚀能力，同时增加光杆表面硬度，降低了摩擦系数，对光杆密封器盘根的使用寿命也相应的提高。

其中，抽油杆扶正器通过抽油杆螺纹与抽油杆连接，抽油杆扶正器放入外套为三角弧形结构，在油管中进行上下移动的同时可以自由转动，抽油杆扶正器放入外套上镶嵌四个导向片，通过高性能弹簧将其支撑在油管内壁上，抽油杆沿着内套上下移动，来防止抽油杆偏离中心；

以上结构有效的防止了抽油杆偏离中心而造成的偏磨现象，避免了因其磨损而造成的抽油杆脱落，提高了抽油杆及油管的使用寿命。

其中，抽油杆防脱器安装在抽油杆之间，外部有旋转灵活切高硬度的抗磨套，内部为万向结构，可以任意方向倾斜10度角；

由于水平井抽油泵有一定的倾斜角度，在机抽过程中，抽油杆会产生弯曲变形，降低了使用寿命，而且，随着抽油机的上下移动，对抽油杆也会作用一定的扭矩，如果长时间使用，抽油杆可能发生脱离现象，针对此问题，抽油杆防脱器安装在抽油杆之间，外部有旋转灵活切高硬度的抗磨套，内部为万向结构，可以任意方向倾斜10度角，有效的减小了水平井抽油杆的弯曲作用力，同时连接处可以自由旋转，可以使抽油杆轴线方向的扭矩大大降低，防止与接箍脱离，对抽油杆起到很好的保护作用，增加了使用寿命。

其中，抽油泵纠偏器包括纠偏套筒、活塞、出油阀、进游阀及万向装置，万向装置连接在出游阀上端及进油阀下端，两个万向装置最大可以偏转12度，万向装置、出油阀、活塞及进油阀形成一条抽油管柱，随着抽油杆沿着纠偏套筒上下进行移动，通过下部万向节拉动抽油泵完成抽油动作；

在抽油过程中，纠偏套筒安装在抽油泵上方通过油管短接与抽油泵的泵筒连接，抽油管柱通过抽油杆短接与柱塞连接，由于在水平井或斜井中，抽油泵中线与抽油杆中线行成一定的角度，通过两个万向装置来纠正，同时此抽油泵纠偏装置也是倾斜的放在井中，强行的使抽油泵上部的抽油杆短接与泵筒在一条直线上，使抽油泵柱塞在泵筒中不受径向力的作用。

该结构避免了抽油泵偏磨现象的发生，同时由于活塞在纠偏泵筒中往复运动，行程抽油空间，相当于一个短柱塞抽油泵，起到一定的助抽作用，大大增加了泵效。

其中，注采一体泵包括泵筒上接头、注气外管、上出油阀、泵筒、下游动阀、柱塞、柱塞密封、加长管、固定阀总成以及注气管下接头，采用长柱塞短泵筒的结构形式，注气外管上部与泵筒接头相连接，下部与注气管下接头连接而形成注气通道，蒸汽通过泵筒开槽处，直接把蒸汽输送到注气尾管内，通过注气尾管上连接的蒸汽分配阀把蒸汽均匀的输送到井内；

泵筒上接头上部与采油管柱连接，下部通过管螺纹与注气外管相连接，避免在注气过程中产生渗漏。

泵筒包括加长管、开槽泵筒、扶正套以及固定阀，固定阀带有弹簧自动复位功能，有效避免了在水平井中密封效果不好的缺点，泵筒带有蒸汽导流孔，蒸汽可通过泵筒槽传递到泵筒和注气管直接，从而输送到尾管中。

柱塞配备有弹簧自动复位功能的上出油阀以及下游动阀，在注气过程中，柱塞下放到底，让开注气孔进行注气，当需要转抽时，上提柱塞，调整到合理的冲程，进行机采；柱塞上部装有螺旋刮砂器，井液形成旋流，可以搅动井液使砂子悬浮并随井液进入井底，避免砂卡的问题；柱塞加装自调心结构，克服了双泵筒并联连接时轴线不同心造成的整泵漏失量过大、柱塞偏磨等缺陷。

注气热采抽油泵的安装步骤为：依次下放蒸汽分配阀、注汽尾管、注采两用泵、抽油泵纠偏器、油管和高温高压热采井口；杆柱的下放顺序为：抽油泵柱塞、抽油杆防脱器、抽油杆、抽油杆扶正器、热采井口采油树、高温抽油杆防喷器、高温光杆密封器。

注气热采抽油泵的优点：

a注抽两用：注抽转换简单可靠，注蒸汽时只需将柱塞总成下放到底，露出注汽孔即可注汽，注汽后上提柱塞遮闭注汽孔即可转抽，能够及时发挥注汽的热采效果，降低采油成本。

b防砂卡：采用短泵筒长柱塞结构，正常抽油时，柱塞上出油阀罩始终在泵筒之外，可减轻砂卡柱塞现象的发生。

c注汽孔具有泄油功能：作业时，提出柱塞，不需要任何的辅助工具，就可以实现泄油，保证作业井场的安全文明生产，节约作业费用。

d可以使蒸汽均匀的注到油井底部，使油层均匀受热，提高注气效果，降低注气周期。

e加长管上设有扶正套，此扶正套有蒸汽流通孔，可以在不阻流的情况下，使泵筒及加长管紧贴在注气外管上。

f尾管的重量全部加载在注气外管上，减轻泵筒受力载荷，提高使用寿命，并且加长管与外管直接有一定的间隙，完全避免因为材料在注气过程中热胀冷缩产生的变形而产生的应力。

其中，注气尾管接在注采一体泵的注气管下方，通过27/8NU油管螺纹连接成一个整体，蒸汽分配阀串联在注气尾管上，每200mm连接一个，当蒸汽通过注采一体泵流通到注气尾管处，通过蒸汽分配阀进行分配，分配阀内装有弹簧，安装前根据要求调整好阀门的自动开启压力；

通过此装置可以使蒸汽直接注到井底，并且由于蒸汽分配阀的存在，可以使蒸汽均匀的注到井下，提高了注气的效果。

下表是该抽油泵的参数表

封隔器组件包括：丢手接头、第一出油管、第一侧封芯轴、第二出油管、第二侧封芯轴、第三出油管、第三侧封芯轴、封隔器主体、单向阀、第一喷头、第二喷头、密封圈、第四出油管、第三侧封芯轴、第五出油管、第四侧封芯轴、第三喷头、通气管、电缆入口导引件以及旁侧气体管路，封隔器主体上方旁侧气体管路保持压力，确保各个组件的连接不泄漏，第三喷头安装在下部的第四侧封芯轴的下方，第三喷头中设置塞子以迫使旁侧气体管路通过进气口的气体能够流入到最底部的第四侧封芯轴，并将旁侧气体管路与井筒中产生的井液分离，电缆入口导引件安装在第四侧封芯轴的下方，在电缆入口导引件、封隔器主体以及丢手接头上分别设置用于封隔器工况监测的井下测量仪，在封隔器的次级端口上方构造多孔管，以使得能够从上部区域中的环形空间提升，从而绕过封隔器到下部区域中的主管柱，通过第一、二、三、四侧封芯轴实现了封隔器组件各个部分可调联合，以实现根据井深调整长度。

封隔器组件的安装步骤如下：

步骤l、用70～80℃热水彻底反洗井，根据井口溢流情况压井液反循环压井，取出原井封隔器组件；

步骤2、下入刮削通井管柱，对井段反复刮削，探砂面，并冲砂至人工井底，取出刮削通井管柱；

步骤3、下入验漏管柱至预定深度验漏，观察溢流情况，然后上提验漏管柱至射孔井段以上；

步骤4、验证封隔器组件密封情况，如合格进入步骤4，否则更换封隔器组件；

步骤5、下入封隔器主体、单向阀、第一喷头、第二喷头、密封圈、第四出油管、第三侧封芯轴、第五出油管、第四侧封芯轴、第三喷头、通气管、电缆入口导引件以及旁侧气体管路，封隔器主体经磁性定位校深无误后，用水泥车将管柱灌满清水后，从而排净空，放入第一出油管、第一侧封芯轴、第二出油管、第二侧封芯轴、第三出油管、第三侧封芯轴，并从第一出油管内正打压，如压力平衡，则进行加固；

步骤6、上提第一出油管，插入丢手接头，完成封隔器组件安装；

封隔器组件通过使用单个管柱允许在封隔器下方的最大可能深度处连续气举注入到井眼中来改善井中流体的垂直流动和提升效率，有助于利用行业中存在的标准工具和设备保持良好的井完整性和良好的可维护性。

其中，封隔器工况监测的井下测量仪包括应变片、压力传感器、信号放大调制电路、模数转换电路、数据采集电路以及处理器，通过井下测量仪获取的数据对封隔器工况进行监测，判断其是否处于安全状态，判断过程如下：

步骤1，通过采集的数据计算封隔器截面压力，

抽油时，封隔器截面压力P_c为：

蒸汽注入时，封隔器截面压力P_z为：

其中P_s为井口压力，P_b为井底压力，L为封隔器长度，H为封隔器所处井深；

步骤2，计算封隔器弯曲轴力F_wz，

F_wz＝-F_zb-Q_fH+Q_vH+F_bh，

F_zb为截面弯曲等效轴力，Q_f为粘滞摩擦系数，Q_v库伦摩擦系数，F_bh截面活塞力；

步骤3，应力计算，分别计算抽油截面压应力σ_s、注气截面压应力σ_z、轴向拉应力σ_wz：

R_w为封隔器最大外部半径，R_n为封隔器最小外部半径；

步骤4，应力极限判断，

σ_s为封隔器材料的屈服极限应力，n_s为安全系数，MAX()为极大值函数；

如果计算结果满足上式，则封隔器应力材料安全，否则发出警告，提醒封隔器进入应力极限状态。

该封隔器通过多节封芯轴实现了封隔器组件各个部分可调联合，实现根据井深调整长度；封隔器组件通过使用单个管柱允许在封隔器下方的最大可能深度处连续气举注入到井眼中来改善井中流体的垂直流动和提升效率，有助于利用行业中存在的标准工具和设备保持良好的井完整性和良好的可维护性；通过井下测量仪获取的数据对封隔器工况进行监测，有效的对封隔器的工况进行判断，保证了封隔的安全。

以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种落地式多绳抽油机系统，其包括抽油机主体、注气热采抽油泵以及封隔器组件，抽油机主体通过其牵引系统与注气热采抽油泵连接，注气热采抽油泵与封隔器组件通过丢手接头连接，

抽油机主体包括：混凝土基础、移机导轨、夹轨器组件、控制柜、支架、可调平衡配重、上平台、上护栏组合、动力装置、制动器、牵引系统以及提引器，

牵引系统包括牵引轮、钢丝绳、动滑轮组以及钢丝绳接头，钢丝绳分为提引钢丝绳和平衡钢丝绳，提引钢丝绳一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过提引器、提引器上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接，平衡钢丝绳与提引钢丝绳反向，一端固定于牵引轮并从牵引轮上绕过，另一端通过可调平衡配重、可调平衡配重上的动滑轮与支架上的钢丝绳接头固定连接；

多根钢丝绳绕过牵引轮两端分别连接安装在提引器和可调平衡配重上的动滑轮组，并各自固定于牵引系统的钢丝绳接头；

支架为组合桁架结构，其高度上满足长冲程，截面尺寸满足现场要求、结构强度以及可调平衡配重的往复运动条件，

动力装置包括电机、液力耦合器、转向调整机构；

电机为稀土永磁同步电机，该电机采用单向转动，并通过动力装置的转向调整机构根据冲程要求来完成动力输出的转向；

液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩，液力耦合器的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上，电机带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出，高速液体进入涡轮后推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴，液体返回泵轮，形成周而复始的流动，液力耦合器的传动效率等于输出轴转速与输入轴转速之比，转速比在0.95以上；液力耦合器的油放空，液力耦合器就处于脱开状态，能起离合器的作用；

液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接，能消除冲击和振动；输出轴转速低于输入轴转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加；过载保护性能和起动性能好，载荷过大而停转时输入轴仍可转动，不致造成动力机的损坏；当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速，使传递扭矩趋于零；

转向调整机构由伞齿轮减速器、带键拨套、比例拨叉、滑杆、一个推送连杆、一个定位连杆、浮动拨杆、冲程调整轴组成，传动轴为电机的输出轴，伞齿轮减速器的左、右换向伞齿轮套在伞齿轮减速器的传动轴上，带键拨套用于调整动力方向，通过调拨带键拨套实现动力传递方向的改变，比例拨叉以2:1的比例使带键拨套快速调拨，比例拨叉的下部长槽与滑杆的导块接触，滑杆在导座里往复运动，比例拨叉运动，滑杆的一端与推送连杆、定位连杆和浮动拨杆铰接在一起，浮动拨杆套装在传动轴上，当固定在牵引轮上的挡销转动并碰到浮动拨杆时，随牵引轮一起转动；

封隔器组件包括：丢手接头、第一出油管、第一侧封芯轴、第二出油管、第二侧封芯轴、第三出油管、第三侧封芯轴、封隔器主体、单向阀、第一喷头、第二喷头、密封圈、第四出油管、第四侧封芯轴、第五出油管、第五侧封芯轴、第三喷头、通气管、电缆入口导引件以及旁侧气体管路；封隔器主体上方旁侧气体管路保持压力，确保各个组件的连接不泄漏，第三喷头安装在下部的第四侧封芯轴的下方，第三喷头中设置塞子以迫使旁侧气体管路通过进气口的气体能够流入到最底部的第四侧封芯轴，并将旁侧气体管路与井筒中产生的井液分离，电缆入口导引件安装在第四侧封芯轴的下方，在电缆入口导引件、封隔器主体以及丢手接头上分别设置用于封隔器工况监测的井下测量仪，在封隔器的次级端口上方构造多孔管，以使得能够从上部区域中的环形空间提升，从而绕过封隔器到下部区域中的主管柱，通过第一、二、三、四侧封芯轴实现了封隔器组件各个部分可调联合，以实现根据井深调整长度；

封隔器组件的安装步骤如下：

步骤l、用70～80℃热水彻底反洗井，根据井口溢流情况压井液反循环压井，取出原井封隔器组件；

步骤2、下入刮削通井管柱，对井段反复刮削，探砂面，并冲砂至人工井底，取出刮削通井管柱；

步骤3、下入验漏管柱至预定深度验漏，观察溢流情况，然后上提验漏管柱至射孔井段以上；

步骤4、验证封隔器组件密封情况，如合格进入步骤5，否则更换封隔器组件；

步骤5、下入封隔器主体、单向阀、第一喷头、第二喷头、密封圈、第四出油管、第四侧封芯轴、第五出油管、第五侧封芯轴、第三喷头、通气管、电缆入口导引件以及旁侧气体管路，封隔器主体经磁性定位校深无误后，用水泥车将管柱灌满清水后，从而排净空，放入第一出油管、第一侧封芯轴、第二出油管、第二侧封芯轴、第三出油管、第三侧封芯轴，并从第一出油管内正打压，如压力平衡，则进行加固；

步骤6、上提第一出油管，插入丢手接头，完成封隔器组件安装；

其中，封隔器工况监测的井下测量仪包括应变片、压力传感器、信号放大调制电路、模数转换电路、数据采集电路以及处理器，通过井下测量仪获取的数据对封隔器工况进行监测，判断其是否处于安全状态，判断过程如下：

步骤1，通过采集的数据计算封隔器截面压力，

抽油时，封隔器截面压力P_c为：

蒸汽注入时，封隔器截面压力P_z为：

其中P_s为井口压力，P_b为井底压力，L为封隔器长度，H为封隔器所处井深；

步骤2，计算封隔器弯曲轴力F_wz，

F_wz＝-F_zb-Q_fH+Q_vH+F_bh，

F_zb为截面弯曲等效轴力，Q_f为粘滞摩擦系数，Q_v库伦摩擦系数，F_bh截面活塞力；

步骤3，应力计算，分别计算抽油截面压应力σ_c 、注气截面压应力σ_z、轴向拉应力σ_wz：

R_w为封隔器最大外部半径，R_n为封隔器最小外部半径；

步骤4，应力极限判断，

σ_s为封隔器材料的屈服极限应力，n_s为安全系数，MAX(σ_c,σ_z,σ_wz)为极大值函数；

如果计算结果满足上式，则封隔器应力材料安全，否则发出警告，提醒封隔器进入应力极限状态。

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