CN111911114B - 一种智能超长冲程卷扬抽油机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能超长冲程卷扬抽油机，由电控柜、配重系统、底座、卷扬系统、抽吸系统构成，电控柜通过电缆线与配重系统、卷扬系统及抽吸系统连接，配重系统通过钢丝绳与卷扬系统相连，卷扬系统通过柔性光杆与抽吸系统连接，卷扬系统包括位移传感器、电机、电磁制动器、卷扬支架、减速器、外方圆筒以及滚筒，配重系统的钢丝绳拉力、抽吸系统的柔性光杆拉力在滚筒的轴线两端且方向相反。该设备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，加入智能芯片，能瞬间反应泵效、产量、油套环空液面位置，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。

Description

一种智能超长冲程卷扬抽油机

技术领域

本发明属于石油领域采油系统的有杆泵抽油机，特别涉及的是一种智能超长冲程卷扬抽油机。

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，冲次高，排量低，由于冲程小、冲次高，使得油液进入抽油泵的时间短，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抽油井。针对这个问题，近年也研究有“长冲程链条抽油机”出现，例如，中国专利号为“201420465806.3”，专利名称为“长冲程链条抽油机”的专利，该抽油机结构虽然称为长冲程，实际冲程长度最多达到10米，并没有实现达到20米或50米以上。

另外，中国专利号为“201520965060.7”，专利名称为“一种长冲程抽油机”的发明专利，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非金属密封材料的现象越来越严重，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，使得该设备在深抽油井上使用受到局限。本专利基于以上的技术问题，设计一种智能超长冲程卷扬抽油机。

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卷扬抽油机。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种智能超长冲程卷扬抽油机，由电控柜、配重系统、底座、卷扬系统、抽吸系统构成，电控柜通过电缆线与配重系统、卷扬系统及抽吸系统连接，配重系统通过钢丝绳与卷扬系统相连，卷扬系统通过柔性光杆与抽吸系统连接，所述卷扬系统包括位移传感器、电机、电磁制动器、卷扬支架、减速器、外方圆筒以及滚筒，卷扬支架固定在底座上，位移传感器与电机尾部轴通过键连接，电磁制动器安装在卷扬支架上，电磁制动器的一端与电机固定连接，另一端与减速器轴键连接，减速器安装在外方圆筒的内侧，所述滚筒套设在外方圆筒的外侧，钢丝绳和柔性光杆的一端固定并一正一反缠绕在滚筒上，配重系统的钢丝绳拉力、抽吸系统的柔性光杆拉力在滚筒的轴线两端且方向相反。

进一步，所述卷扬系统还包括左防尘罩、轨道、滚柱架、滚柱、润滑防尘罩、丝母、桥架、丝杠轴、右轴承座、右防尘罩、右轴承、右轴承盖、定位座、加油螺栓、左轴承座、左轴承、左轴承盖，导轨固定在外方圆筒相互间隔的外平面上，滚柱架内侧安装有多组滚柱，外侧固定连接在滚筒上，滚柱在导轨上来回滚动，左防尘罩和右防尘罩的内罩固定在外方圆筒上，外罩固定在滚柱架上，桥架外端穿过外方圆筒相互间隔外平面上与轴线平行的长条孔与滚柱架固定，桥架内端与丝母连接，丝母与丝杠轴螺纹连接，润滑防尘罩套在丝杠轴外侧并与丝母密封固定连接，丝杠轴一端与左轴承座花键连接，丝杠轴另一端与右轴承座及定位座键连接，左轴承安装在左轴承座和左轴承盖之间，左轴承盖固定连接在减速器右端面上，右轴承安装在右轴承座和右轴承盖之间，右轴承盖固定安装在外方圆筒内侧，定位座固定在卷扬支架上并与右轴承座一起与丝杠轴键连接，加油螺栓穿过定位座与丝杠轴螺纹连接。

进一步，所述配重系统由滑轮组及固定在底座上的支架构成，滑轮组上缠设钢丝绳，滑轮组的底部连接配重块，滑轮组使配重块上下小距离移动实现抽油泵长冲程往复抽油，滑轮组固定在支架顶端内侧，滑轮组上钢丝绳固定端与载荷传感器连接，钢丝绳另一端缠绕并固定在卷扬系统的滚筒上。

进一步，抽吸系统由柔性光杆、支架及滚轮、井口采油树、防倒转接头、抽油杆、刮蜡器、配重杆及长冲程泵组成，支架和滚轮之间安装有载荷传感器，柔性光杆一端缠绕并固定在卷扬系统滚筒上，另一端绕过滚轮槽向下经过井口采油树进入油管内与防倒转接头连接，防倒转接头另一端与抽油杆连接，刮蜡器安装在抽油杆之间，配重杆把抽油杆和活塞连接在一起，活塞在长冲程泵筒内随卷扬系统滚筒卷起和释放上下移动，抽吸油液。

进一步，电机为永磁电机、燃气发电机、燃油发电机或液压马达。

进一步，外方圆筒根据该卷扬抽油机规格大小采用外四方、外六方或外偶数方圆筒，桥架的形状大小与外方圆筒适应。

进一步，滚筒外表面加工有与柔性光杆配合的螺旋状半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨、耐酸碱、耐高低温、有韧性非金属材料，抽吸系统的滚轮上加工有与柔性光杆配合的半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨、耐酸碱、耐高低温、有韧性非金属材料。

进一步，所述丝杠轴中间丝杠部分为中空管状，并且在螺纹底均匀钻有通油孔，中间丝杠右侧光轴部分轴心有钻孔，与中间丝杠空管连通。

进一步，电控柜内设有变频器、智能化控制器。

进一步，电磁制动器还可以安装在电机尾部轴上，位移传感器安装在电磁制动器后端。

本发明的有益效果为：该设备用于提高抽油机的冲程，消除柔性光杆与滚轮产生的夹角，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，加入智能芯片，能瞬间反应泵效、产量、油套环空液面位置，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的结构示意图；

图2为本发明实施例1中卷扬系统的结构示意图；

图3为图2中沿A-A线的截面示意图；

图4为本发明实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明，具体如下：

实施例1

如图1至图3所示，一种智能超长冲程卷扬抽油机，由电控柜1、配重系统2、底座3、卷扬系统4、抽吸系统5构成，电控柜1通过电缆线与配重系统2、卷扬系统4及抽吸系统5连接，配重系统2通过钢丝绳28与卷扬系统4相连，卷扬系统4通过柔性光杆27与抽吸系统5连接，所述卷扬系统4包括位移传感器6、电机7、电磁制动器8、卷扬支架9、减速器10、外方圆筒11以及滚筒19，卷扬支架9固定在底座3上，位移传感器6与电机7尾部轴通过键连接，电磁制动器8安装在卷扬支架9上，电磁制动器8的一端与电机7固定连接，另一端与减速器10轴键连接，减速器10安装在外方圆筒11的内侧，所述滚筒19套设在外方圆筒11的外侧，钢丝绳28和柔性光杆27的一端固定并一正一反缠绕在滚筒19上，配重系统2的钢丝绳28拉力、抽吸系统5的柔性光杆27拉力在滚筒19的轴线两端且方向相反。

卷扬系统4还包括左防尘罩12、轨道13、滚柱架14、滚柱15、润滑防尘罩16、丝母17、桥架18、丝杠轴20、右轴承座21、右防尘罩22、右轴承23、右轴承盖24、定位座25、加油螺栓26、左轴承座29、左轴承30、左轴承盖31，导轨13固定在外方圆筒11相互间隔的外平面上，滚柱架14内侧安装有多组滚柱15，外侧固定连接在滚筒19上，滚柱15在导轨13上来回滚动，左防尘罩12和右防尘罩22的内罩固定在外方圆筒11上，外罩固定在滚柱架14上，桥架18外端穿过外方圆筒11相互间隔外平面上与轴线平行的长条孔与滚柱架14固定，桥架18内端与丝母17连接，丝母17与丝杠轴20螺纹连接，润滑防尘罩16套在丝杠轴20外侧并与丝母17密封固定连接，丝杠轴20一端与左轴承座29花键连接，丝杠轴20另一端与右轴承座21及定位座25键连接，左轴承30安装在左轴承座29和左轴承盖31之间，左轴承盖31固定连接在减速器10右端面上，右轴承23安装在右轴承座21和右轴承盖24之间，右轴承盖24固定安装在外方圆筒11内侧，定位座25固定在卷扬支架9上并与右轴承座21一起与丝杠轴20键连接，加油螺栓26穿过定位座25与丝杠轴20螺纹连接。

进一步，所述配重系统2由滑轮组35及固定在底座3上的支架36构成，滑轮组35上缠设钢丝绳28，滑轮组35的底部连接配重块37，滑轮组35使配重块37上下小距离移动实现抽油泵长冲程往复抽油，滑轮组35固定在支架36顶端内侧，滑轮组35上钢丝绳28固定端与载荷传感器32连接，钢丝绳28另一端缠绕并固定在卷扬系统的滚筒19上。

抽吸系统5由柔性光杆27、支架38及滚轮39、井口采油树40、防倒转接头41、抽油杆42、刮蜡器43、配重杆44及长冲程泵45组成，支架38和滚轮39之间安装有载荷传感器33，柔性光杆27一端缠绕并固定在卷扬系统滚筒19上，另一端绕过滚轮槽向下经过井口采油树40进入油管内与防倒转接头41连接，防倒转接头41另一端与抽油杆42连接，刮蜡器43安装在抽油杆42之间，配重杆44把抽油杆42和活塞连接在一起，活塞在长冲程泵45的泵筒内随卷扬系统的滚筒19卷起和释放上下移动，抽吸油液。

其中，电机7优选为永磁电机、燃气发电机、燃油发电机或液压马达。外方圆筒11根据该卷扬抽油机规格大小可以是外四方、外六方或外偶数方圆筒。桥架18形状大小随外方圆筒11规格大小变化而变化。

滚筒19外表面加工有与柔性光杆27配合的螺旋状半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨、耐酸碱、耐高低温、有韧性非金属材料，抽吸系统5的滚轮上加工有与柔性光杆27配合的半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨、耐酸碱、耐高低温、有韧性非金属材料。

丝杠轴20中间丝杠部分为中空管状，并且在螺纹底均匀钻有通油孔，中间丝杠右侧光轴部分轴心有钻孔，与中间丝杠空管连通。润滑防尘罩16与丝杠轴20形成可随丝母17转动并沿轴线来回移动的储油腔。

另外，柔性光杆28由钢丝绳及耐磨耐酸碱耐高低温有韧性非金属材料构成。

其中，配重系统2中载荷传感器32用来测量、显示及调节配重载荷。抽吸系统5中载荷传感器33用来测量显示抽吸系统最大最小及其变化载荷数值，同时换算出产量、泵效、功图、动液面等参数。卷扬系统4中安装在电机尾端的位移传感器6用来精确计量长冲程泵活塞运行位置及调节冲程大小，可以选用编码器，也可以选用角位移传感器。

电控柜1内还装有变频器、智能化控制器，能显示产量，泵效，功图，载荷，用电量，下泵深度，液面位置等各项参数，随时调整抽吸参数，实现无线远传数字化控制管理目标。

智能化控制主要体现在软件编制功能智能化，本发明安装完，已知数据有油管、套管、抽油杆、抽油泵、泵挂深度、静液面深度、油液含水量、含蜡量、地层温度梯度、初次配重量、冲程、冲次等参数，从而计算出油套环空单位深度体积、长冲程泵下入静液面深度等参数。调试时，长冲程活塞向上提升油液时，油套环空静液面下降，当油管内油液超过油套环空液面位置时，向上提升载荷逐渐加大，变化数据均被记录，根据计算公式计算出相应的液面深度，通过提升载荷和下放时载荷及相应冲程位移变化可自动画出示功图，从功图形状判断出泵的运行状况，进而自动计算出相应的产量、泵效、配重、用电量等数据，配重通过调试做到最佳配置，调试完成投产运行，当出现动液面接近泵挂深度时或泵功图显示供液不足时，自动调整抽油参数，缩短冲程、降低冲次或间歇抽油，当动液面远远高于设定的深度时，自动提高冲次，提高采油量。其它参数相应显示，配置触屏操作，可使用3G、4G、5G卡或wifi等,无线远传控制管理。

本发明中，电机7动力经轴再经过电磁制动器8传递到减速器10上，减速器10带动外方圆筒11转动，滚柱架14将滚柱15限制在外方圆筒11相间隔外表面轨道13上，使得滚筒19与外方圆筒11同步转动，滚筒19同时带动桥架18、丝母17、润滑防尘罩16一起在丝杠轴20上转动并沿丝杠轴20轴线方向移动，相应地滚筒19逐渐转动同时也沿滚筒19轴线移动，丝母17及丝杠轴20螺距等于滚筒19外表面半圆形螺旋凹槽螺距。配重块37的拉力经过钢丝绳28传递作用在滚筒19上，与柔性光杆27作用在滚筒19上的拉力方向相反，配备电机7功率较小，该卷扬抽油机活塞上行时，柔性光杆27逐渐缠绕在滚筒19上，缠绕在滚筒19上配重钢丝绳28逐渐释放，该卷扬抽油机活塞下行时，配重钢丝绳28逐渐缠绕在滚筒19上，缠绕在滚筒19上柔性光杆27逐渐释放，滚筒19随着正反向转动总是沿滚筒19中心线上往复移动，使得柔性光杆27及配重钢丝绳28出入滚筒19位置始终保持不变，完全避免柔性光杆27与滚轮凹槽形成夹角造成柔性光杆27表面非金属密封材料损坏使用寿命缩短问题，可普遍用于油田有杆泵抽油，有利于用于深抽井，可加大冲程、加快抽吸速度、提高产量。另外，位移传感器6随电机轴同步转动，随时向电控柜智能控制器发送位移数据，配重系统载荷传感器、抽吸系统载荷传感器也随时向电控柜智能控制器发送载荷数据，根据这些数据及用电数据，智能控制器计算出各项参数、功图及数表，随时无线远传，也可远程控制。

实施例2

本实施例中，与实施例1中相同部分给予相同的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图4所示，该实施例与实施例1的区别在于，卷扬系统4上设有载荷传感器34，载荷传感器34用来测量卷扬系统载荷以便于计算出柔性光杆拉伸载荷进而通过智能软件计算出其他需要的参数。

综上，该设备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，加入智能芯片，能瞬间反应泵效、产量、油套环空液面位置，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。

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 (9)

1.一种智能超长冲程卷扬抽油机，由电控柜（1）、配重系统（2）、底座（3）、卷扬系统（4）、抽吸系统（5）构成，电控柜（1）通过电缆线与配重系统（2）、卷扬系统（4）及抽吸系统（5）连接，配重系统（2）通过钢丝绳（28）与卷扬系统（4）相连，卷扬系统（4）通过柔性光杆（27）与抽吸系统（5）连接，其特征在于，电控柜（1）内设有变频器、智能化控制器,所述卷扬系统（4）包括位移传感器（6）、电机（7）、电磁制动器（8）、卷扬支架（9）、减速器（10）、外方圆筒（11）以及滚筒（19），卷扬支架（9）固定在底座（3）上，位移传感器（6）与电机（7）尾部轴通过键连接，电磁制动器（8）安装在卷扬支架（9）上，电磁制动器（8）的一端与电机（7）固定连接，另一端与减速器（10）轴键连接，减速器（10）安装在外方圆筒（11）的内侧，所述滚筒（19）套设在外方圆筒（11）的外侧，钢丝绳（28）和柔性光杆（27）的一端固定并一正一反缠绕在滚筒（19）上，配重系统（2）的钢丝绳（28）拉力、抽吸系统（5）的柔性光杆（27）拉力在滚筒（19）的轴线两端且方向相反, 所述卷扬系统（4）还包括左防尘罩（12）、导轨（13）、滚柱架（14）、滚柱（15）、润滑防尘罩（16）、丝母（17）、桥架（18）、丝杠轴（20）、右轴承座（21）、右防尘罩（22）、右轴承（23）、右轴承盖（24）、定位座（25）、加油螺栓（26）、左轴承座（29）、左轴承（30）、左轴承盖（31），导轨（13）固定在外方圆筒（11）相互间隔的外平面上，滚柱架（14）内侧安装有多组滚柱（15），外侧固定连接在滚筒（19）上，滚柱（15）在导轨（13）上来回滚动，左防尘罩（12）和右防尘罩（22）的内罩固定在外方圆筒（11）上，外罩固定在滚柱架（14）上，桥架（18）外端穿过外方圆筒（11）相互间隔外平面上与轴线平行的长条孔与滚柱架（14）固定，桥架（18）内端与丝母（17）连接，润滑防尘罩（16）套在丝杠轴（20）外侧并与丝母（17）密封固定连接，右轴承（23）安装在右轴承座（21）和右轴承盖（24）之间，右轴承盖（24）固定安装在外方圆筒（11）内侧。

2.根据权利要求1所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，丝母（17）与丝杠轴（20）螺纹连接，丝杠轴（20）一端与左轴承座（29）花键连接，丝杠轴（20）另一端与右轴承座（21）及定位座（25）键连接，左轴承（30）安装在左轴承座（29）和左轴承盖（31）之间，左轴承盖（31）固定连接在减速器（10）右端面上，定位座（25）固定在卷扬支架（9）上并与右轴承座（21）一起与丝杠轴（20）键连接，加油螺栓（26）穿过定位座（25）与丝杠轴（20）螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，所述配重系统（2）由滑轮组（35）及固定在底座(3)上的支架（36）构成，滑轮组（35）上缠设钢丝绳（28），滑轮组（35）的底部连接配重块（37），滑轮组（35）使配重块（37）上下小距离移动实现抽油泵长冲程往复抽油，滑轮组（35）固定在支架（36）顶端内侧，滑轮组（35）上钢丝绳（28）固定端与载荷传感器（32）连接，钢丝绳（28）另一端缠绕并固定在卷扬系统的滚筒（19）上。

4.根据权利要求2所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，抽吸系统（5）由柔性光杆（27）、支架（38）及滚轮（39）、井口采油树（40）、防倒转接头（41）、抽油杆（42）、刮蜡器（43）、配重杆（44）及长冲程泵（45）组成，支架（38）和滚轮（39）之间安装有载荷传感器（33），柔性光杆（27）一端缠绕并固定在卷扬系统滚筒（19）上，另一端绕过滚轮槽向下经过井口采油树（40）进入油管内与防倒转接头（41）连接，防倒转接头（41）另一端与抽油杆（42）连接，刮蜡器（43）安装在抽油杆（42）之间，配重杆（44）将抽油杆（42）和活塞连接在一起，活塞在长冲程泵（45）的泵筒内随卷扬系统的滚筒（19）卷起和释放上下移动，抽吸油液。

5.根据权利要求3或4所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，电机（7）为永磁电机、燃气发电机、燃油发电机或液压马达。

6.根据权利要求5所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，外方圆筒（11）根据该卷扬抽油机规格大小采用外偶数方圆筒，桥架（18）的形状大小与外方圆筒（11）适应。

7.根据权利要求5所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，滚筒（19）外表面加工有与柔性光杆（27）配合的螺旋状半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨、耐酸碱、耐高低温、有韧性非金属材料，抽吸系统（5）的滚轮上加工有与柔性光杆（27）配合的半圆形凹槽，凹槽表面融附有耐磨、耐酸碱、耐高低温、有韧性非金属材料。

8.根据权利要求5所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，所述丝杠轴（20）中间丝杠部分为中空管状，并且在螺纹底均匀钻有通油孔，中间丝杠右侧光轴部分轴心有钻孔，与中间丝杠空管连通。

9.根据权利要求1所述的一种智能超长冲程卷扬抽油机，其特征在于，电磁制动器（8）安装在电机（7）尾部轴上，位移传感器（6）安装在电磁制动器（8）的后端。

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