CN111622717A - 全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，包括：塔架，设在井口附近；驱动机构，设在塔架上，包括卷筒、驱动卷筒转动的电机；卷筒上卷绕有柔性采油绳，柔性采油绳的下端穿过井口下入到油井中与柱塞泵连接；卷筒具有单道匝口，单道匝口与井口位于同一个平面上，柔性采油绳在卷筒的单道匝口上径向堆叠。本发明的抽油机构可实现体积小型化。

Description

全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构

技术领域

本发明涉及抽油设备术领域，尤其涉及一种全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构。

背景技术

传统的抽油机，冲程短、漏失大、泵效低。在此基础上，研发人员开发出超长冲程的抽油机构。以公告号CN208236391U为代表的已知实施例，已经实现超长冲程的抽油。

为方便理解，申请人制作了如图1所示意的柔性超长冲程抽油机构的简略结构示意图。如图1所示，该柔性超长冲程抽油机构包括：设在井口101附近的塔架102、设在塔架102顶端的转向天轮103、设在地面远离井口101的驱动机构，驱动机构包括电机104、被电机104驱动的卷筒105。卷筒105上卷绕柔性光杆106，柔性光杆106绕过转向天轮103与油井中的柱塞泵连接。通过柔性光杆106的放绳操作把抽油泵柱塞落下去，通过收绳操作把抽油泵柱塞提起来，实现采油。

如图2所示，为保证柔性光杆106在卷筒105上正常地工作，必须保证柔性绳和转向天轮103的中心轴线的偏角α很小。这就要求转向天轮103到卷筒105之间有一个比较长的距离，也就是井口101和驱动机构之间必须有一个充分的距离L（一般在7米左右），从而导致整个采油机构的基础较大。不但成本较高，而且占用了很多宝贵的土地资源。

此外，柔性光杆106一般是在钢丝绳外表面裹覆一定厚度的高分子材料，使得外表光滑。但是这样的结构要求转向天轮103和卷筒105的直径比较大，从而导致整个设备的体积也比较大，从而不利于采油机成本的降低，也带来了占地面积很难减小的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，可较佳的解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，包括：

塔架，设在井口附近；

驱动机构，设在所述塔架上，包括：卷筒、驱动所述卷筒转动的电机；所述卷筒上卷绕有柔性采油绳，所述柔性采油绳的下端穿过所述井口下入到油井中与柱塞泵连接；所述卷筒具有单道匝口，所述单道匝口与所述井口位于同一个平面上，所述柔性采油绳在所述卷筒的单道匝口上径向堆叠。

优选地，所述塔架固定设有密闭采油容器，所述密闭采油容器的下端与所述井口连接并将所述井口的出油口密封在其内；所述井口仅由所述密闭采油容器密封，所述井口不设置盘根。

优选地，所述密闭采油容器内设有用于对所述柔性采油绳进行导向的导向轮。

优选地，所述密闭采油容器连接出油管线，用于将抽至密闭采油容器中的原油输出。

优选地，所述塔架的底部固定有油泵，所述油泵的进口端与所述密闭采油容器连接，出口端与所述出油管线连接；所述密闭采油容器与所述井口可拆卸连接，所述塔架在井场地面上可相对所述井口发生移动。

优选地，所述密闭采油容器包括：与所述井口连接并固定在所述塔架侧壁的底部密闭容器、与所述底部密闭容器连并固定在所述塔架侧壁的接的中部密闭容器、与所述中部密闭容器连接并固定在所述塔架顶端的上部密闭容器；

所述卷筒收纳在所述上部密闭容器，所述电机固定在所述上部密闭容器外；所述卷筒设在所述塔架的顶端边缘，其单道匝口与所述井口沿竖直方向对应。

优选地，所述塔架的顶端边缘转动设置有与所述卷筒对应的转向天轮，所述卷筒和转向天轮均收纳在所述上部密闭容器内，所述电机固定在所述上部密闭容器外；所述转向天轮与所述井口沿竖直方向对应，所述柔性采油绳跨过所述转向天轮。

优选地，所述密闭采油容器包括：与所述井口连接并所述密封井口的下部密封器、与所述下部密封器连接并固定在所述塔架侧壁的上部密封器；

所述卷筒和电机设在所述塔架的底座上，塔架的顶端设有转向天轮，所述卷筒的单道匝口、转向天轮与井口位于同一个平面上，所述转向天轮与所述井口沿竖直方向对应。

优选地，所述柔性采油绳的直径为10-30mm。

优选地，所述电机为变频调速制动电机。

有益效果：

1、不改变井下管柱结构，只是井口与整机设备连接处略有改变，调试和安装方便。

2、滚筒和柔性采油绳密封在密闭采油容器内，并与井口相连接，如柔性采油绳突然断裂也不会出现伤人事件，减少了安全隐患。并且，如柔性采油绳突然断裂，井液依然在密闭采油容器内，不会喷出伤人和污染井场环境。

3、井口由密闭采油容器进行密封，不必采用传统的盘根密封，减少维护工作。

4、结构设计紧凑，安装基础小，节省了土地面积。

5、集成化程度高，整机体积和高度减少，维护方便，作业风险小。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为现有技术的柔性超长冲程抽油机构的简略结构示意图；

图2为图1所示实施例中的转向天轮与卷筒的俯视图；

图3为本发明第一实施例的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构的结构示意图；

图4为本发明第二实施例的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中的转向天轮与卷筒的俯视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。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获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图3和图4所示，根据本发明各个非限制实施例提供的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构包括：

塔架202，设在井口201附近；

驱动机构，设在塔架202上，包括：卷筒203、驱动卷筒203转动的电机204；卷筒203上卷绕有柔性采油绳205，柔性采油绳205的下端穿过井口201下入到油井中与柱塞泵连接；卷筒203具有单道匝口，单道匝口与井口201位于同一个平面上，柔性采油绳205在卷筒203的单道匝口上径向堆叠。

本发明实施例的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，通过将驱动机构整体设在塔架202上，卷筒203采用单道匝口的结构设计。则电机204驱动卷筒203收绳或放绳的过程中，实现对柔性采油绳205采用径向堆叠的方式进行卷绕或释放。

也就是说，柔性采油绳205和卷筒203的中心面始终在一个平面内，也就不存在导绳距离和偏角的问题。则在这样的情况下，卷筒203在实现柔性采油绳205的卷绕或释放的同时，兼具导向作用，从而大大简化了结构，缩小了整个抽油机构的尺寸，进而降低占地面积，节约了土地资源。

区别于传统的呈筒状的卷筒，在本实施例中的卷筒203可呈盘状，其单道匝口的宽度与柔性采油绳205的直径或宽度相同。这样，柔性采油绳205在其内只能是单层压叠，实现堆叠。

如图3和图4所示，单道匝口的具体结构可以为：卷筒203包括一圆柱状的本体，本体上设有呈圆环状的挡绳片，挡绳片与本体限定出所述单道匝口。其中，挡绳片的径向尺寸，决定了卷筒203可卷绕的柔性采油绳205的厚度，进而决定了抽油机构的冲程。挡绳片的径向尺寸越大，可卷绕的柔性采油绳205的厚度越厚，长度越长，抽油机构的冲程越大。

在一个实施例中，塔架202上设有密闭采油容器212，密闭采油容器212的下端与井口201连接并将井口201的出油口密封在其内，井口201仅由密闭采油容器212密封，井口201不设置盘根。密闭采油容器212连接出油管线213，用于将抽至密闭采油容器212中的原油输出。这样，采出的油可抽至密闭采油容器212内，再由出油管线213输出，提供了一种新的原油采排方案。

此外，采用密闭采油容器212，可以将柔性采油绳205和井口201至少部分的密封收纳在其中，如遇柔性采油绳205突然断裂，也不会出现伤人事件，减少安全隐患。并且，如柔性采油绳205断裂，井液依然在密闭采油容器212内，防止油水喷出伤人和污染井场环境。

进一步地，采用密闭采油容器212对井口201进行密封，由于没有传统的盘根密封，减少维护工作和能量消耗。

在一个实施例中，密闭采油容器212内设有用于对柔性采油绳205进行导向的导向轮210。由于柔性采油绳205被收纳在密闭采油容器212内，为避免柔性采油绳205与密闭采油容器212的内壁接触，设置导向轮210对其进行导向，可较佳的避免这一问题，保证柔性采油绳205在密闭采油容器212中上下移动不受阻碍。

如图3所示，在一个可选的实施例中，密闭采油容器212可包括与井口201连接并固定在塔架202侧壁的底部密闭容器206、与底部密闭容器206连接并固定在塔架202侧壁的中部密闭容器207、与中部密闭容器207连接并固定在塔架202顶端的上部密闭容器208。密闭采油容器212采用分段结构设计，便于组装和拆卸。

密闭采油容器212密封井口201是较为关键的技术，原因在于：井口201的密封效果，关乎后续采油过程中密闭采油容器212是否会发生泄漏。因此，在本实施例中，密闭采油容器212所包含的用于与井口201连接并主要对井口201起密封作用的底部密闭容器206，采用小尺寸的结构设计。也就是，底部密闭容器206的高度尺寸小于中部密闭容器207和上部密闭容器208的高度尺寸。这样，底部密闭容器206在与井口201安装时较为轻巧方便，以提高连接和密封的可靠性。

底部密闭容器206密封井口201的方案可以为：底部密闭容器206采用左右哈弗结构，包括左右两个空心壳体，两个壳体各自朝向对方开口，两个壳体拼接或对接在一起，即可形成底部密闭容器206。两个壳体采用法兰实现拼接或对接固定。进一步，两个壳体的底部均设有半圆形的密封口。安装时，将左右哈弗结构的半圆形密封口套接在井口201的外壁上之后，再将左右哈弗结构固定在一起，即可实现底部密闭容器206与井口201可拆卸连接。在密封口与井口201之间设置密封件，密封件被压实，实现井口201外壁与底部密闭容器206的无缝隙配合。此外，三个密闭容器采用端部对接的方式实现连接，在对接面之间也设有密封件，并采用法兰结构实现紧固。

在一个实施例中，为方便维修油井，在起下泵、油管时为作业预留足够的空间，避免塔架202干涉，本发明的抽油机构还可包括油泵209，在如图3所示意的实施例中，油泵209固定在塔架202的底部。当然，油泵209不限定为必须设在塔架202底部，在其他可行的实施例中，例如如图4所示，油泵209设在塔架202外，位于井口201附近的地面上。

油泵209的进口端与密闭采油容器212连通（在如图3所示意的实施例中，具体与底部密闭容器206的底部连接），出口端与出油管线213连接。塔架202在井场地面上可相对井口201发生移动。

这样，当需要修井作业时，控制电机204停转，停止抽油，开启驱动油泵209运行的马达，将密闭采油容器212中的存油经出油管线213排出。待密闭采油容器212中的油液排干净后，将密闭采油容器212从井口201上拆下，随后移动塔架202远离井口201（1.2m左右），为修井作业腾出空间。

在一个实施例中，为方便塔架202的移动，其底部可设有滚轮。当然，在不设置滚轮的情况下，采用撬装的方式同样可以实现塔架202的移动。

在一个具体的实施例中，底部密闭容器206和中部密闭容器207呈竖直的空心四方形立体状，上部密闭容器208呈横向的空心四方形立体状。并且，上部密闭容器208的一部分与中部密闭容器207连接，另一部分固定在塔架202的顶端。

如图3所示，在一个实施例中，卷筒203收纳在上部密闭容器208，电机204固定在上部密闭容器208外。卷筒203设在塔架202的顶端边缘，其单道匝口与井口201沿竖直方向对应。在该实施例中，卷筒203兼具转向天轮的作用。借此，整个驱动机构的尺寸很小，卷筒203被收纳在密闭采油容器212之中，实现从井口201—导向轮210—卷筒203的全封闭。在本实施例中，电机204与卷筒203之间可设有减速机（未示出），用于对电机204的输出速度进行减速。减速机可收纳在上部密闭容器208中。

本发明所使用的电机204为变频调速制动电机，方便实现智能化控制，其功率为37KW，转速为980/min，扭矩为360N.m。减速机的输出扭矩为41760 N.m，减速比为116。电机204提供的额定拉力F=90KN，额定绳速为18 m/min，冲程为10-50m。

如图5所示，在图3所示意的实施例中的基础上，在另一个可选的实施例中，塔架202的顶端边缘转动设置有与卷筒203对应的转向天轮211，卷筒203和转向天轮211均收纳在上部密闭容器208内，电机204固定在上部密闭容器208外；转向天轮211与井口201沿竖直方向对应，柔性采油绳205跨过转向天轮211。相较于上一实施例，在本实施例增设转向天轮211，这样卷筒203仅起卷绕或释放柔性采油绳205的作用，由转向天轮211来对柔性采油绳205进行导向。同样的，在本实施例中，卷筒203是采用单道匝口的设计，其与转向天轮211对应，如图5所示。这样，柔性采油绳205在卷筒203上沿径向进行堆叠，始终和转向天轮211保持在同一个平面内，不存在导绳角度的问题。这样，理论上可以无限缩短转向天轮211和卷筒203之间的距离，这为转向天轮211和卷筒203一起收纳在上部密闭容器208中提供了可能性。

采用上述两种实施例的结构设计，可使得本发明实施例的抽油机构的长*宽*高尺寸缩小到2000*2000*4000的范围左右，在保证柔性长冲程采油机构正常工作的同时，减小整个抽油机构的地基和占地面积。

此外，针对现有技术采用涂覆高分子材料的钢丝绳而导致其较粗，进而造成转向天轮和卷筒的直径较大的问题，本发明实施例中的柔性采油绳205可采用高强度、高密度的常规钢丝绳，直径可缩小至10-30mm，例如压实股钢丝绳，而不必采用专用的柔性光杆，不仅可以使转向天轮211和卷筒203的直径可以变得很小，而且降低了使用成本。

进一步的，柔性采油绳205可以选用细钢丝绳组合成的绳带，或者碳纤维带，可进一步减小转向天轮211和卷筒203的直径，从而进一步缩小设备体积。

如图4所示，在另一个实施例中，相较于如图3所示的实施例中，密闭采油容器212采用三分段的结构，本实施例密闭采油容器212采用两分段的结构设计。具体包括与井口201连接并密封井口201的下部密封器214、与下部密封器214连接并固定在塔架202侧壁的上部密封器215。同上述实施例，下部密封器214的高度尺寸小于上部密封器215，其主要用于密封井口201，要求拆卸方便，连接和密封可靠。

在本实施例中，下部密封器214和上部密封器215采用空心圆柱体的结构设计，下部密封器214可通过螺纹连接在井口201上，并配合密封件实现密封圈。

塔架202的顶端设有转向天轮211。在本实施例中，转向天轮211的设置与上述实施例相同，在此不作赘述。这里仅详细阐述采用空心圆柱体结构设计的上部密封器215，导致上部密封器215与转向天轮211的位置关系变化。

由于上部密封器215采用空心圆柱体结构设计，相较于上一实施例中采用横置的空心壳体设计的上部密闭容器208而言，其可收纳的空间较小。因此，在本实施例中，转向天轮211位于上部密封器215的外部，上部密封器215的上端不高于塔架202的顶端。

为实现密封，上部密封器215的顶端设有端盖，端盖上开设有与柔性采油绳205的横截面形状相适配的穿设孔。并且，端盖的内壁下端靠近穿设孔的位置处设有刮油器，用于对即将移出上部密封器215的柔性采油绳205进行刮油，尽量避免柔性采油绳205外壁粘附的油液被带出。

在本实施例中，卷筒203和电机204可设在塔架202的底座上，卷筒203的单道匝口、转向天轮211、井口201，三者位于同一个平面上。卷筒203可采用电滚筒，电机204收容在卷筒203内。柔性采油绳205在卷筒203与转向天轮211之间的部分为倾斜段，柔性采油绳205需穿过塔架202的顶端，因此塔架202的顶端设有供柔性采油绳205穿过的孔。

塔架202的顶端向外延伸，转向天轮211设在塔架202顶端向外延伸的部分，以使转向天轮211的出绳或进绳的切向与井口202处于同一条竖直直线上，转向天轮211与井口201沿竖直方向对应。塔架202顶端向外延伸的部分与转向天轮211的转轴之间设有斜向的拉伸筋，以提高转向天轮211的固定和支撑强度。

在本实施例中，油泵209的连接方式与上一实施例大体相同，区别在于油泵209的进口端与密闭采油容器212的上部密封器215连通。

本发明实施例的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构具有如下技术效果：

1、不改变井下管柱结构，只是井口201与整机设备连接处略有改变，调试和安装方便。

2、滚筒和柔性采油绳205密封在密闭采油容器212内，并与井口201相连接，如柔性采油绳205突然断裂也不会出现伤人事件，减少了安全隐患。并且，如柔性采油绳205突然断裂，井液依然在密闭采油容器212内，不会喷出伤人和污染井场环境。

3、井口201由密闭采油容器212进行密封，不必采用传统的盘根密封，减少维护工作。

4、结构设计紧凑，安装基础小，节省了土地面积。

5、集成化程度高，整机体积和高度减少，维护方便，作业风险小。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量（例如温度、压力、时间等）的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，包括：

塔架，设在井口附近；

驱动机构，设在所述塔架上，包括：卷筒、驱动所述卷筒转动的电机；所述卷筒上卷绕有柔性采油绳，所述柔性采油绳的下端穿过所述井口下入到油井中与柱塞泵连接；所述卷筒具有单道匝口，所述单道匝口与所述井口位于同一个平面上，所述柔性采油绳在所述卷筒的单道匝口上径向堆叠。

2.如权利要求1所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述塔架固定设有密闭采油容器，所述密闭采油容器的下端与所述井口连接并将所述井口的出油口密封在其内；所述井口仅由所述密闭采油容器密封，所述井口不设置盘根。

3.如权利要求2所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述密闭采油容器内设有用于对所述柔性采油绳进行导向的导向轮。

4.如权利要求2所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述密闭采油容器连接出油管线，用于将抽至所述密闭采油容器中的原油输出。

5.如权利要求4所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述塔架的底部固定有油泵，所述油泵的进口端与所述密闭采油容器连接，出口端与所述出油管线连接；所述密闭采油容器与所述井口可拆卸连接，所述塔架在井场地面上可相对所述井口发生移动。

6.如权利要求2所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述密闭采油容器包括：与所述井口连接并固定在所述塔架侧壁的底部密闭容器、与所述底部密闭容器连并固定在所述塔架侧壁的接的中部密闭容器、与所述中部密闭容器连接并固定在所述塔架顶端的上部密闭容器；

所述卷筒收纳在所述上部密闭容器，所述电机固定在所述上部密闭容器外；所述卷筒设在所述塔架的顶端边缘，其单道匝口与所述井口沿竖直方向对应。

7.如权利要求6所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述塔架的顶端边缘转动设置有与所述卷筒对应的转向天轮，所述卷筒和转向天轮均收纳在所述上部密闭容器内，所述电机固定在所述上部密闭容器外；所述转向天轮与所述井口沿竖直方向对应，所述柔性采油绳跨过所述转向天轮。

8.如权利要求2所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述密闭采油容器包括：与所述井口连接并所述密封井口的下部密封器、与所述下部密封器连接并固定在所述塔架侧壁的上部密封器；

所述卷筒和电机设在所述塔架的底座上，所述塔架的顶端设有转向天轮，所述卷筒的单道匝口、转向天轮与井口位于同一个平面上，所述转向天轮与所述井口沿竖直方向对应。

9.如权利要求1所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述柔性采油绳的直径为10-30mm。

10.如权利要求1所述的全智能紧凑封闭型超长冲程抽油机构，其特征在于，所述电机为变频调速制动电机。

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