CN111042770B - 一种智能超长冲程抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能超长冲程抽油机，包括电控柜，驱动系统，缠设在驱动系统上的柔性光杆，与驱动系统连接的配重系统，柔性光杆的输出端缠设在支撑轮上并依次连接旋转短接、抽油杆、加重杆、超长冲程泵，区域中控室通过远程数据无线网桥与电控柜连接，电控柜通过电缆与驱动系统连接。本专利结构用于提高抽油机的冲程，消除柔性光杆与天轮产生的夹角，延长柔性光杆使用寿命，实现超长冲程抽油机配重，进一步节能，通过电控柜能瞬间反应泵效、产量、油套环空液面位置等，根据供液数据自动调节抽油速度或间歇抽油，达到高效运行，实现长冲程、低冲次、大排量、智能控制、优化采油、延长更换管杆和检泵周期、远程数字化控制管理的目的。

Description

一种智能超长冲程抽油机

技术领域

本发明涉及石油领域采油系统的有杆泵抽油机，尤其是一种智能超长冲程抽油机。

背景技术

目前油田有杆泵抽油设备有游梁抽油机、塔架抽油机、液压抽油机，上述设备存在共同不足是：冲程小，最高冲程也没有超过10米，冲次高，平均冲次每分钟在6次左右，个别抽油机冲次每分钟达到9次，排量低，由于冲程小、冲次高，使得油液进入泵的时间短，造成抽油泵充满度不足，每次都伴随着冲击载荷，泵效和系统效率低，杆、管、泵磨损大，检泵频繁，维护运行成本高。同时，由于抽油杆自身弹性影响，再加上冲程小的限制，上述设备基本上不能用于深井抽油。

针对这个问题，近年也研究有超长冲程抽油机的出现，例如，中国专利号为“201520965060.7”公开了名称为“一种长冲程抽油机”的实用新型专利，该专利的技术方案中使用了卷扬机，可将抽油机的冲程提高到50米，但仍存在的不足是：这个设计方案中的滚筒只能转动不能沿着轴线移动。转动时，滚筒上的柔性光杆与油井井口支架上天轮的槽形成的夹角会越来越大，天轮的槽边沿卡挤柔性光杆表面的现象越来越严重，导致柔性光杆的使用寿命越来越短。虽然可通过加长滚筒与天轮之间的距离来降低夹角的大小，达到延长柔性光杆使用寿命的目的，但还不能彻底解决柔性光杆损坏的问题，使该设备用于海上平台采油受到限制；另外柔性光杆由金属和非金属材料合成，表面是非金属材料，在承受载荷条件下只能在滚筒表面排列一层，如排列两层或多层时，会因上、下挤压而使柔性光杆表面非金属材料损坏，造成井口盘根盒处漏油，而滚筒又不可以无限放大，因此该设备尤其在占地面积较小的场地上使用很难实现50米以上的冲程；同时该长冲程抽油机没有配重机构，由于无法配重，需要配置功率较大的电机，没有达到最大节能效果，使得该设备在深井抽油上使用受到局限。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种智能超长冲程抽油机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能超长冲程抽油机，包括驱动系统，缠设在驱动系统上的柔性光杆，与驱动系统连接的配重系统，柔性光杆的输出端缠设在支撑轮上并依次连接旋转短接、抽油杆、加重杆、超长冲程泵。

进一步，所述配重系统包括配重支架、防落杆、自锁装置、配重块、动滑轮、定滑轮、钢丝绳、支撑销组成，配重支架下端固定在底座上，支撑销活动安装在配重支架两侧相应位置，防落杆下端固定在底座上，防落杆穿过自锁装置及配重块孔道，上端固定在配重支架顶端，自锁装置固定在配重块下端，动滑轮固定安装在配重块上，定滑轮固定安装在配重支架顶端，钢丝绳一端固定在配重支架顶端，依次绕过动滑轮、定滑轮，钢丝绳的另一端与驱动系统的配重滚筒固定。

进一步，驱动系统包括驱动系统支架、固定底座、限位架、下滚轮组、下滚轮座、上滚轮组、上滚轮座、活动底座、转动传感器、轴、左支座、左齿轮、配重滚筒、钢丝绳、滚动支架、刹车齿轮、活动卡舌、卷扬滚筒、右齿轮、右支座、减速电机、丝杠支座、右轴承座、右向心推力轴承、右丝母齿轮、左向心推力轴承、左轴承座、左丝母齿轮、丝杠以及柔性光杆；

固定底座固定在驱动系统支架顶端，限位架、下滚轮组、丝杠支架、固定在固定底座上，下滚轮座、上滚轮组分别固定在活动底座的顶部和底部，上滚轮座固定安装在限位架上端，下滚轮组、下滚轮座、上滚轮组、上滚轮座安装有多套，确保活动底座沿轴的轴线来回移动；滚轮组和滚轮座也可以采用封闭型可润滑直线导轨；

左支座、滚动支架、右支座及活动卡舌固定安装在活动底座上，转速传感器安装在轴上，轴依次穿过左支架、左齿轮、配重滚筒、滚动支架、刹车齿轮、卷扬滚筒、右齿轮、右支架与减速电机连接，轴与左支架、滚动支架、右支架通过轴承滚动连接，转速传感器安装在轴左端与轴同步转动，减速电机固定安装在右支架上，电机轴与轴键连接同步转动，左齿轮固定在配重滚筒左端双方与轴固定连接同步转动，刹车齿轮和右齿轮分别固定在卷扬滚筒的两端均与轴固定连接同步转动。

进一步，配重滚筒表面加工有与钢丝绳相匹配的螺旋形半圆凹槽，配重滚筒表面的凹槽螺距与柔性光杆直径一致，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，钢丝绳一端固定在配重滚筒上并沿螺旋形半圆凹槽缠绕，卷扬滚筒表面加工有与柔性光杆相匹配的螺旋形半圆凹槽，卷扬滚筒表面的凹槽螺距与柔性光杆直径一致，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，柔性光杆一端固定在卷扬滚筒上并沿螺旋形半圆凹槽缠绕与配重滚筒上钢丝绳缠绕方向相反；

所述左齿轮与左丝母齿轮、右齿轮与右丝母齿轮均同一规格啮合连接同步传动，左丝母齿轮与右丝母齿轮安装在带有与之相匹配螺纹的丝杠上，丝杠螺纹螺距与柔性光杆直径一致，丝母齿轮两侧均装有右向心推力轴承、右轴承座及左向心推力轴承、左轴承座，左、右轴承座固定安装在活动底座的下侧面，丝杠固定安装在丝杠支架上，轴与丝杠平行安装。

进一步，所述冲程抽油机还包括电控柜，区域中控室通过远程数据无线网桥与电控柜连接，电控柜通过电缆与驱动系统连接。

进一步，所述柔性光杆一端固定在卷扬滚筒上，另一端绕过支撑轮凹槽向下经井口采油树进入油管内与旋转短接连接，旋转短接与抽油杆上端连接，抽油杆下端与加重杆上端连接，加重杆下端与活塞连接，活塞置于多节超长冲程泵泵筒内。

进一步，电控柜、配重系统、驱动系统均安装在底座上，底座固定在油井旁边混凝土基础上。支撑轮安装在驱动系统支架上端，支撑轮上滑轮加工有半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温度非金属材料，柔性光杆恰好能嵌在凹槽内，压力传感器安装在驱动系统支架上端与支撑轮架座底面之间。

进一步，所述抽油杆上加刮蜡器和扶正器，抽油杆采用金属材料或选用高强度、抗拉抗磨、耐酸碱、耐温非金属材料。

进一步，抽油杆选用20米至100米长度多段钢丝绳，钢丝绳之间通过旋转短接消除钢丝绳在被缠绕和释放时产生的旋转力。

进一步，所述压力传感器和转速传感器信号连接电控柜。

另外，配重滚筒与卷扬滚筒的另外一种配合结构可以如下：配重滚筒与卷扬滚筒采用一体结构，中间部分为卷扬滚筒，两侧部分为配重滚筒，配重滚筒和卷扬滚筒外表面均加工有同一旋向呈半圆形的螺纹凹槽，螺纹凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，螺纹凹槽的螺距与柔性光杆直径一致；

配重系统中两根钢丝绳分别固定在卷扬滚筒两侧的配重滚筒上，滚动支架安装在卷扬滚筒与配重滚筒之间。

本发明的有益效果为：本专利结构用于提高抽油机的冲程，消除柔性光杆与天轮产生的夹角，延长柔性光杆使用寿命，实现超长冲程抽油机配重，进一步节能，通过电控柜能瞬间反应泵效、产量、油套环空液面位置等，根据供液数据自动调节抽油速度或间歇抽油，达到高效运行。实现长冲程、低冲次、大排量、智能控制、优化采油、延长更换管杆和检泵周期、远程数字化控制管理的目的，进一步降低运行及维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的正面示意图；

图2为本发明实施例1的侧面示意图；

图3为本发明实施例1驱动系统的结构示意图；

图4为本发明实施例1配重系统的结构示意图；

图5为本发明实施例2中配重滚筒与卷扬滚筒的配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请进一步说明：

实施例1

如图1至图4所示，一种智能超长冲程抽油机，包括驱动系统3，缠设在驱动系统上的柔性光杆4，与驱动系统3连接的配重系统，柔性光杆的输出端缠设在支撑轮上并依次连接旋转短接7、抽油杆8、加重杆9、超长冲程泵10。

所述配重系统2包括配重支架11、防落杆12、自锁装置13、配重块14、动滑轮15、定滑轮16、钢丝绳17、支撑销18组成，配重支架11下端固定在底座上，支撑销18活动安装在配重支架11两侧相应位置，防落杆12下端固定在底座上，防落杆12穿过自锁装置13及配重块14孔道，上端固定在配重支架11顶端，自锁装置13固定在配重块14下端，动滑轮15固定安装在配重块14上，定滑轮16固定安装在配重支架11顶端，钢丝绳17一端固定在配重支架11顶端，依次绕过动滑轮15、定滑轮16，钢丝绳17的另一端与驱动系统3的配重滚筒31固定。防落杆12、自锁装置13至少两组，定、动滑轮组两套。

驱动系统3包括驱动系统支架19、固定底座20、限位架21、下滚轮组22、下滚轮座23、上滚轮组24、上滚轮座25、活动底座26、转动传感器27、轴28、左支座29、左齿轮30、配重滚筒31、钢丝绳17、滚动支架32、刹车齿轮33、活动卡舌34、卷扬滚筒35、右齿轮36、右支座37、减速电机38、丝杠支座39、右轴承座40、右向心推力轴承41、右丝母齿轮42、左向心推力轴承43、左轴承座44、左丝母齿轮45、丝杠46以及柔性光杆4；

固定底座20固定在驱动系统支架19顶端，限位架21、下滚轮组22、丝杠支架39、固定在固定底座20上，下滚轮座23、上滚轮组24分别固定在活动底座26的顶部和底部，上滚轮座25固定安装在限位架21上端，下滚轮组22、下滚轮座23、上滚轮组24、上滚轮座25安装有多套，确保活动底座26沿轴28的轴线来回移动；滚轮组和滚轮座也可以采用封闭型可润滑直线导轨。

左支座29、滚动支架32、右支座37及活动卡舌34固定安装在活动底座26上，转速传感器27安装在轴28上，轴28依次穿过左支架29、左齿轮30、配重滚筒31、滚动支架32、刹车齿轮33、卷扬滚筒35、右齿轮36、右支架37与减速电机38连接，轴28与左支架29、滚动支架32、右支架37通过轴承滚动连接，转速传感器27安装在轴28左端与轴28同步转动，减速电机38固定安装在右支架37上，电机轴与轴28键连接同步转动，左齿轮30固定在配重滚筒31左端双方与轴28固定连接同步转动，刹车齿轮33和右齿轮36分别固定在卷扬滚筒35的两端均与轴28固定连接同步转动。

配重滚筒31表面加工有与钢丝绳17相匹配的螺旋形半圆凹槽，配重滚筒31表面的凹槽螺距与柔性光杆直径一致，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，钢丝绳17一端固定在配重滚筒31上并沿螺旋形半圆凹槽缠绕，卷扬滚筒35表面加工有与柔性光杆4相匹配的螺旋形半圆凹槽，卷扬滚筒35表面的凹槽螺距与柔性光杆直径一致，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，柔性光杆4一端固定在卷扬滚筒35上并沿螺旋形半圆凹槽缠绕与配重滚筒31上钢丝绳17缠绕方向相反；

左齿轮30与左丝母齿轮45、右齿轮36与右丝母齿轮42均同一规格啮合连接同步传动，左丝母齿轮45与右丝母齿轮42安装在带有与之相匹配螺纹的丝杠46上，丝杠螺纹螺距与柔性光杆直径一致，丝母齿轮两侧均装有右向心推力轴承41、右轴承座40及左向心推力轴承43、左轴承座44，左、右轴承座固定安装在活动底座的下侧面，丝杠46固定安装在丝杠支架39上，轴28与丝杠46平行安装。

另外，长冲程抽油机还包括电控柜1，区域中控室通过远程数据无线网桥与电控柜1连接，电控柜1通过电缆与驱动系统3连接，所述柔性光杆4一端固定在卷扬滚筒35上，另一端绕过支撑轮5凹槽向下经井口采油树进入油管内与旋转短接7连接，旋转短接7与抽油杆8上端连接，抽油杆8下端与加重杆9上端连接，加重杆9下端与活塞连接，活塞置于多节超长冲程泵10泵筒内。

电控柜1、配重系统2、驱动系统3均安装在底座上，底座固定在油井旁边混凝土基础上。另外，支撑轮5安装在驱动系统支架上端，支撑轮5上滑轮加工有半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温度非金属材料，柔性光杆4恰好能嵌在凹槽内，压力传感器6安装在驱动系统支架19上端与支撑轮5架座底面之间。

进一步，所述抽油杆上加刮蜡器和扶正器，抽油杆采用金属材料或选用高强度、抗拉抗磨、耐酸碱、耐温非金属材料。

本发明中，抽油杆选用20米至100米长度多段钢丝绳，钢丝绳之间通过旋转短接消除钢丝绳在被缠绕和释放时产生的旋转力。

本发明抽油机工作时，超长冲程泵10活塞上行时，电控柜1给行星减速电机38信号，电机带动左齿轮30、配重滚筒31、卷扬滚筒35、右齿轮36及转速传感器27同步转动，柔性光杆4上行缠绕在卷扬滚筒35凹槽内，钢丝绳17从配重滚筒31凹槽内释放配重块14下行，左齿轮30、右齿轮36分别带动左丝母齿轮45、右丝母齿轮42同步转动，卷扬滚筒35转动一圈丝母齿轮恰好转动一圈，丝母齿轮推动向心推力轴承进而推动轴承座，轴承座带动活动底座26及活动底座上卷扬滚筒35、减速电机38等部件一起恰好在丝杠46轴线方向上移动一个柔性光杆4直径的宽度，超长冲程泵10活塞下行时，减速电机38带动左齿轮30、配重滚筒31、卷扬滚筒35、右齿轮36及转速传感器27同步反向转动，反向重复上面的动作，使得柔性光杆4进出滚筒位置始终保持不变，从而避免柔性光杆4与支撑轮5凹槽形成夹角造成损坏。

另外，当电控柜1通过电缆将信号传递给减速电机38后，减速电机38带动卷扬滚筒35、配重滚筒31转动，卷扬滚筒35拉动柔性光杆4，柔性光杆4逐渐缠绕在卷扬滚筒35上，柔性光杆4带动抽油杆8、加重杆9、活塞上行，活塞上部油液被举升出来，与卷扬滚筒35同步转动的配重滚筒31则逐渐释放连接在配重系统2中滚动连接配重块14的钢丝绳17，配重块14下行，配重拉力经过钢丝绳17传递作用在配重滚筒31和卷扬滚筒35上，与柔性光杆4作用在卷扬滚筒35上的拉力方向相反，减速电机38功率变小。减速电机38反向转动，释放柔性光杆4，活塞下行，配重滚筒31缠绕钢丝绳17，配重块14上行。减速电机38带动卷扬滚筒35、配重滚筒31每转动一圈，减速电机38、卷扬滚筒35、配重滚筒31及活动底座一起沿轴线方向移动一个柔性光杆4直径尺寸，使得卷扬滚筒35释放柔性光杆位置始终保持不变。转速传感器27固定安装在轴28一端，压力传感器6，转速传感器27采集的数据传输到电控柜1，提供电控柜1根据各项数据指标来控制减速电机38的转速。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，配重滚筒31与卷扬滚筒35为一体，中间部分为卷扬滚筒35，两侧部分为配重滚筒31，配重滚筒31和卷扬滚筒35外表面均加工有同一旋向呈半圆形的螺纹凹槽，螺纹凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，螺纹凹槽的螺距与柔性光杆4直径一致。配重系统中的两根钢丝绳分别固定在卷扬滚筒35两侧的配重滚筒31上，滚动支架32在卷扬滚筒35与配重滚筒31之间，这样能达到卷扬拉力与配重拉力均衡。

本专利结构用于提高抽油机的冲程，消除柔性光杆与天轮产生的夹角，延长柔性光杆使用寿命，实现超长冲程抽油机配重，进一步节能，通过电控柜能瞬间反应泵效、产量、油套环空液面位置等，根据供液数据自动调节抽油速度或间歇抽油，达到高效运行。实现长冲程、低冲次、大排量、智能控制、优化采油、延长更换管杆和检泵周期、远程数字化控制管理的目的，进一步降低运行及维护成本。实现深井、超深井、海上有杆泵采油。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，包括驱动系统，缠设在驱动系统上的柔性光杆，与驱动系统连接的配重系统，柔性光杆的输出端缠设在支撑轮上并依次连接旋转短接、抽油杆、加重杆、超长冲程泵，所述抽油杆上加刮蜡器和扶正器，驱动系统包括驱动系统支架、固定底座、限位架、下滚轮组、下滚轮座、上滚轮组、上滚轮座、活动底座、转动传感器、轴、左支座、左齿轮、配重滚筒、钢丝绳、滚动支架、刹车齿轮、活动卡舌、卷扬滚筒、右齿轮、右支座、减速电机、丝杠支架、右轴承座、右向心推力轴承、右丝母齿轮、左向心推力轴承、左轴承座、左丝母齿轮、丝杠以及柔性光杆；

固定底座固定在驱动系统支架顶端，限位架、下滚轮组、丝杠支架固定在固定底座上，下滚轮座、上滚轮组分别固定在活动底座的底部和顶部，上滚轮座固定安装在限位架上端，下滚轮组、下滚轮座、上滚轮组、上滚轮座安装有多套，确保活动底座沿轴的轴线来回移动,滚轮组和滚轮座采用封闭型可润滑直线导轨；

左支座、滚动支架、右支座及活动卡舌固定安装在活动底座上，转速传感器安装在轴上，轴依次穿过左支架、左齿轮、配重滚筒、滚动支架、刹车齿轮、卷扬滚筒、右齿轮、右支架与减速电机连接，轴与左支架、滚动支架、右支架通过轴承滚动连接，转速传感器安装在轴左端与轴同步转动，减速电机固定安装在右支架上，电机轴与轴键连接同步转动，左齿轮固定在配重滚筒左端双方与轴固定连接同步转动，刹车齿轮和右齿轮分别固定在卷扬滚筒的两端均与轴固定连接同步转动。

2.根据权利要求1所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，所述配重系统包括配重支架、防落杆、自锁装置、配重块、动滑轮、定滑轮、钢丝绳、支撑销，配重支架下端固定在底座上，支撑销活动安装在配重支架两侧相应位置，防落杆下端固定在底座上，防落杆穿过自锁装置及配重块孔道，上端固定在配重支架顶端，自锁装置固定在配重块下端，动滑轮固定安装在配重块上，定滑轮固定安装在配重支架顶端，钢丝绳一端固定在配重支架顶端，依次绕过动滑轮、定滑轮，钢丝绳的另一端与驱动系统的配重滚筒固定。

3.根据权利要求2所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，配重滚筒表面加工有与钢丝绳相匹配的螺旋形半圆凹槽，配重滚筒表面的凹槽螺距与柔性光杆直径一致，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，钢丝绳一端固定在配重滚筒上并沿螺旋形半圆凹槽缠绕，卷扬滚筒表面加工有与柔性光杆相匹配的螺旋形半圆凹槽，卷扬滚筒表面的凹槽螺距与柔性光杆直径一致，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，柔性光杆一端固定在卷扬滚筒上并沿螺旋形半圆凹槽缠绕与配重滚筒上钢丝绳缠绕方向相反；

所述左齿轮与左丝母齿轮、右齿轮与右丝母齿轮均啮合连接同步传动，左丝母齿轮与右丝母齿轮安装在带有与之相匹配螺纹的丝杠上，丝杠螺纹螺距与柔性光杆直径一致，丝母齿轮两侧均装有右向心推力轴承、右轴承座及左向心推力轴承、左轴承座，左、右轴承座固定安装在活动底座的下侧面，丝杠固定安装在丝杠支架上，轴与丝杠平行安装。

4.根据权利要求3所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，所述长冲程抽油机还包括电控柜，区域中控室通过远程数据无线网桥与电控柜连接，电控柜通过电缆与驱动系统连接。

5.根据权利要求3所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，所述柔性光杆一端固定在卷扬滚筒上，另一端绕过支撑轮凹槽向下经井口采油树进入油管内与旋转短接连接，旋转短接与抽油杆上端连接，抽油杆下端与加重杆上端连接，加重杆下端与活塞连接，活塞置于多节超长冲程泵泵筒内。

6.根据权利要求4所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，电控柜、配重系统、驱动系统均安装在底座上，底座固定在油井旁边混凝土基础上，支撑轮安装在驱动系统支架上端，支撑轮上滑轮加工有半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温度非金属材料，柔性光杆嵌在凹槽内，压力传感器安装在驱动系统支架上端与支撑轮架座底面之间。

7.根据权利要求6所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，抽油杆选用20米至100米长度多段钢丝绳，钢丝绳之间通过旋转短接消除钢丝绳在被缠绕和释放时产生的旋转力。

8.根据权利要求6所述的一种智能超长冲程抽油机，其特征在于，所述压力传感器和转速传感器信号连接电控柜；

所述配重滚筒与卷扬滚筒为一体结构，中间部分为卷扬滚筒，两侧部分为配重滚筒，配重滚筒和卷扬滚筒外表面均加工有同一旋向呈半圆形的螺纹凹槽，螺纹凹槽表面融附有耐磨有弹性抗温非金属材料，螺纹凹槽的螺距与柔性光杆直径一致；

配重系统中两根钢丝绳分别固定在卷扬滚筒两侧的配重滚筒上，滚动支架安装在卷扬滚筒与配重滚筒之间。

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