CN111911470A - 双井液压抽油机液压系统及其行程控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双井液压抽油机液压系统及其行程控制方法，本发明包括2台抽油机、可编程控制器PLC，液压系统包括主回路、调整回路；主回路的油路与抽油机Ⅰ的液压缸Ⅰ、抽油机Ⅱ的液压缸Ⅱ的无杆腔连通，由主泵提供动力驱动液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的活塞交替上下运行实现井液的举升；液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的有杆腔通过有杆腔油路连通；调整回路的油路与有杆腔油路连通，当2个活塞冲程出现误差超过冲程误差极限值W时，调整回路启动，调整液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的有杆腔油量；液压系统由可编程控制器PLC控制运行。其有益效果是，设计合理，结构简单可靠，实现长期无人值守全自动运行。

Description

双井液压抽油机液压系统及其行程控制方法

技术领域

本发明涉及一种双井液压抽油机，尤其是涉及一种双井液压抽油机液压系统及其行程控制方法，属于石油开采设备技术领域。

背景技术

抽油机作为采油设备广泛应用于原油开采作业。在无游梁式抽油机中，液压抽油机具有能量密集、机械效率高、整机结构紧凑、重量轻、占地面积小、安装快捷、易于维护、冲程长度和冲程次数调节方便、适应工况范围广等特点，得到较快发展，利用液压系统的软特性，实现双井或多井间的协同工作，彼此互为平衡配重，可极大地提高系统效率，实现节能降耗。

目前，双井液压抽油机是将两台主机有杆腔直连后，形成密闭管路，由于液压系统在长期生产作业中，液压缸不可避免地存在轻微泄漏现象，当液压缸活塞两侧压力差较大时，就会导致两台主机彼此连通的无杆腔内的油量过多或不足，这时就需要人工干预调节油量。但是，安装在野外作业的抽油机，大多处于无人值守状态，无法做到根据需要及时实施人工干预调节油量，因此双井液压抽油机无法实现长期稳定生产作业的目的。

发明内容

为了克服现有安装在野外无人值守的双井液压抽油机存在的不能对液压系统的泄漏及时进行人工干预调节油量，无法保证稳定生产作业的不足，本发明提供一种双井液压抽油机液压系统及其行程控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双井液压抽油机液压系统，包括2台抽油机、可编程控制器PLC，2台抽油机分别安装有液压缸，液压缸的活塞杆通过接箍与井口中的光杆连接，液压缸的上端安装有检测活塞位置的位置传感器，液压系统包括主回路、调整回路。

所述主回路的油路与2台抽油机液压缸的无杆腔连通，主泵提供动力驱动2台液压缸的活塞交替上下运行实现井液的举升；2台液压缸的有杆腔通过有杆腔油路连通。

所述调整回路的油路与有杆腔油路连通，当2台液压缸的活塞冲程误差超过冲程误差极限值W时，调整回路启动，调整液压缸有杆腔的油量。

所述主回路的主泵提供的液压油依次通过单向阀、电液换向阀进入抽油机Ⅰ的液压缸Ⅰ或抽油机Ⅱ的液压缸Ⅱ，驱动液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的2个活塞上下交替运行。

进一步，所述主泵与电液换向阀之间的油路上设置有包括溢流阀、压力表的溢流油路。

再进一步，所述电液换向阀为三位四通电液换向阀。

所述调整回路的补油泵提供液压油依次通过电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀进入液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的有杆腔。

进一步，所述补油泵与电磁换向阀之间的油路上设置有包括溢流阀、压力表的溢流油路。

所述调整回路的补油泵提供液压油依次通过电磁换向阀、液压锁、单向节流阀进入液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的有杆腔。

所述液压系统由可编程控制器PLC程序控制。

所述双井液压抽油机液压系统的行程控制方法，

2台液压缸的活塞冲程误差极限值为W，

两台液压缸的冲程误差值S＝[(hxⅠ－hⅠ)－(hⅡ－hsⅡ)]，

式中：

hⅠ——液压缸Ⅰ活塞高度，

hⅡ——液压缸Ⅱ活塞高度，

hxⅠ——液压缸Ⅰ活塞下死点高度，

hsⅡ——液压缸Ⅱ活塞上死点高度，

程序控制系统实时监测两台液压缸的活塞冲程误差值S，

当S≤－W时，执行补油程序，启动调整回路，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路停止运行；

当S≥W时，执行卸油程序，启动调整回路，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路停止运行。

进一步，

当－W＜S≤0时，不启动调整回路；

当W＞S≥0时，不启动调整回路。

再进一步，

当－W＜S≤0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态；若是调整回路已经启动，正在执行补油程序，保持补油程序运行；

当W＞S≥0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态；若是调整回路已经启动，正在执行卸油程序，保持卸油程序运行。

所述双井液压抽油机液压系统的又一行程控制方法，

当－W＜S≤0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态，电磁换向阀处于中位；若是调整回路已经启动，正在执行补油程序，保持补油程序运行，电磁换向阀处于右位；

当S≤－W时，执行补油程序，调整回路启动，电磁换向阀处于右位，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路停止运行，电磁换向阀处于中位；

当W＞S≥0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态，电磁换向阀处于中位；若是调整回路已经启动，正在执行卸油程序，保持卸油程序运行，电磁换向阀处于左位；

当S≥W时，执行卸油程序，调整回路启动，电磁换向阀处于左位，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路停止运行，电磁换向阀处于中位。

本发明的有益效果是，设计合理，结构简单可靠，实现长期无人值守全自动运行，解决液压系统无法自动调节需要人工干预的问题，保证采油生产作业正常进行。

附图说明

图1是本发明双井液压抽油机液压系统图。

图中：1.主泵，2.溢流阀，3.压力表，4.电液换向阀，5.位置传感器Ⅰ，6.位置传感器Ⅱ，7.补油泵，8.压力表，9.溢流阀，10.电磁换向阀，11.液控单向阀，12.单向节流阀，13.抽油机Ⅰ，14.抽油机Ⅱ，15.液压缸Ⅰ，16.液压缸Ⅱ，17.有杆腔油路，100.主回路，200.调整回路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

参见附图1，本发明一种双井液压抽油机液压系统，包括抽油机Ⅰ13和抽油机Ⅱ14两台抽油机，两台抽油机互为平衡配重。抽油机Ⅰ13和抽油机Ⅱ14分别安装有驱动抽油机做上下往复运动的液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16，液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的上端分别安装有检测液压缸活塞位置的位置传感器Ⅰ5、位置传感器Ⅱ6，所述液压系统由可编程控制器PLC控制运行。

所述液压系统包括主回路100、调整回路200。

所述主回路100的油路与抽油机Ⅰ13的液压缸Ⅰ15、抽油机Ⅱ14的液压缸Ⅱ16的无杆腔连通，由主泵1提供动力驱动液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的活塞交替上下运行实现井液的举升；所述液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的有杆腔通过有杆腔油路17连通。

所述主回路100包括主泵1、电液换向阀4、溢流油路，主泵1提供的液压油依次通过油路上的单向阀、电液换向阀4进入液压缸Ⅰ15或液压缸Ⅱ16，驱动液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的2个活塞上下交替运行。所述电液换向阀4为三位四通电液换向阀。

进一步，所述主泵1与电液换向阀4之间的油路上设置有包括溢流阀2、压力表3的溢流油路。

所述调整回路200的油路与有杆腔油路17连通，当所述液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的有杆腔油液泄漏，使得液压缸Ⅰ15的活塞冲程与液压缸Ⅱ16的活塞冲程出现误差，当该误差超过人工设定的冲程误差极限值W(大于0的正整数)时，液压调整回路200启动，调整液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的有杆腔油量，从而实现对两台液压缸的行程控制。

进一步，所述调整回路200包括补油泵7、电磁换向阀10、液控单向阀11、单向节流阀12、溢流油路，所述调整回路200的补油泵7提供液压油依次通过油路上的电磁换向阀10、液控单向阀11、单向节流阀12进入液压缸Ⅰ15、液压缸Ⅱ16的有杆腔。所述补油泵7与电磁换向阀10之间的油路上设置有包括溢流阀9、压力表8的溢流油路。

进一步，所述调整回路200的液控单向阀11可以采用液压锁，安装时将液压锁的两个输出油口A和B中的一路封闭，只使用其中的一路。

本发明双井液压抽油机液压系统中调整回路200的控制方法，具体如下：

在PLC程序中，预先设定2台液压缸的活塞冲程误差极限值W(大于0的正整数)的数值；

两台液压缸的冲程误差值S＝[(hxⅠ－hⅠ)－(hⅡ－hsⅡ)]，

式中：

hⅠ——液压缸Ⅰ15活塞高度，

hⅡ——液压缸Ⅱ16活塞高度，

hxⅠ——液压缸Ⅰ15活塞下死点高度，

hsⅡ——液压缸Ⅱ16活塞上死点高度，

程序控制系统实时监测两台液压缸的活塞冲程误差值S，通过S值控制调整回路200，

当S≤－W时，执行补油程序，启动调整回路200，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路200停止运行；

当S≥W时，执行卸油程序，启动调整回路200，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路200停止运行。

进一步，

当－W＜S≤0时，调整回路200不启动；

当S≤－W时，执行补油程序，调整回路200启动，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路200停止运行；

当W＞S≥0时，调整回路200不启动；

当S≥W时，执行卸油程序，启动调整回路200，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路200停止运行。

再进一步，

当－W＜S≤0时，若是调整回路200未启动，保持未启动状态；若是调整回路200已经启动，正在执行补油程序，保持补油程序运行；

当S≤－W时，执行补油程序，启动调整回路200，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路200停止运行；

当W＞S≥0时，若是调整回路200未启动，保持未启动状态；若是调整回路200已经启动，正在执行卸油程序，保持卸油程序运行；

当S≥W时，执行卸油程序，启动调整回路200，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路200停止运行。

实施例：本发明的工作原理及工作过程如下：

设：位移传感器读数为h，即活塞的位置；控制程序设定的上死点位置为hs，下死点位置为hx，两台抽油机液压缸的有杆腔与调整回路200连通，理论上，

hxⅠ－hsⅠ＝hxⅡ－hsⅡ，

hxⅠ－hⅠ＝hⅡ－hsⅡ，

即：抽油机Ⅰ13的液压缸Ⅰ15活塞距离下死点的距离应该与抽油机Ⅱ14的液压缸Ⅱ16活塞距离上死点的距离相同。但是在实际运行中难以避免出现液缸油泄漏，使得上述公式不成立，当二者相差超过一定值时，导致两台抽油机冲程控制混乱，无法实现双机联动，导致生产效率大大降低，因此需要通过调整回路200调节液压缸有杆腔的油量。

在控制程序中，设定液压缸Ⅰ15的活塞冲程与液压缸Ⅱ16的活塞冲程的冲程误差极限值为W；为了避免冲程控制的混乱，通常控制程序以两台抽油机中的一台为主控机，本实施例选定抽油机Ⅰ13为主控机，控制系统以主控机的液压缸Ⅰ15的位移传感器5的传输信号，即活塞位置hⅠ为换向控制信号，控制系统检测hⅠ值的变化趋势。当hⅠ数值逐渐减小时为上冲程，hⅠ数值逐渐增大时为下冲程，达到或超过控制系统设定的换向点时就实施换向。

为了能够有效控制抽油机的液压缸活塞冲程，控制系统程序应实时监控计算两台液压缸的冲程误差值S，如：

当－W＜S≤0时，表明液压缸有杆腔内的油量较少，但还能够满足抽油机正常运行的设计要求，此时，若是调整回路200未启动，则保持未启动状态，电磁换向阀10处于中位；若是调整回路200已经启动，正在执行补油程序，则保持补油运行，电磁换向阀10处于右位。

当S≤－W时，表明液压缸有杆腔的油量过少，已经无法通过冲程控制保证抽油机正常运行，执行补油程序，启动调整回路200，此时电磁换向阀10处于右位，开始补油；补油至S≥0时，停止补油，调整回路200停止运行，电磁换向阀10处于中位。

当W＞S≥0时，表明液压缸有杆腔内的油量较多，但还能够满足抽油机正常运行的设计要求，此时，若是调整回路200没有启动，则保持不启动状态，电磁换向阀10处于中位；若是调整回路200已经启动，正在执行卸油程序，则保持卸油程序运行，电磁换向阀10处于左位。

当S≥W时，表明液压缸有杆腔的油量过多，已经无法通过冲程控制保证抽油机正常运行，执行卸油程序，启动调整回路200，此时电磁换向阀10处于左位，开始卸油；卸油至S≤0时，停止卸油，调整回路200停止运行，电磁换向阀10处于中位。

本发明双井液压抽油机液压系统的主回路100用于驱动2台抽油机的运行；在主回路100外设置一套调整回路200，用于调整控制抽油机的冲程；液压系统由可编程控制器PLC控制运行，通过实时监测液压缸的活塞位置，分析液压缸有杆腔的油量，由程序判断是否需要启动调整回路200，实现液压缸有杆腔油量的自动调节。

本发明的主回路100、调整回路200分别独立设置，只需要根据有杆腔油量判断是否启动调整回路200的油量调节功能，调节至抽油机正常运行后，停止调整回路200运行，不会影响主回路100的正常运转，无需额外增加系统功耗，保证双井抽油机采油生产作业正常进行，有效提高生产效率。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种双井液压抽油机液压系统，包括2台抽油机、可编程控制器PLC，2台抽油机分别安装有液压缸，液压缸的活塞杆通过接箍与井口中的光杆连接，液压缸的上端安装有检测活塞位置的位置传感器，其特征是：

液压系统包括主回路、调整回路；

所述主回路的油路与2台抽油机液压缸的无杆腔连通，主泵提供动力驱动2台液压缸的活塞交替上下运行实现井液的举升；2台液压缸的有杆腔通过有杆腔油路连通；

所述调整回路的油路与有杆腔油路连通，当2台液压缸的活塞冲程误差超过冲程误差极限值W时，调整回路启动，调整液压缸有杆腔的油量。

2.根据权利要求1所述双井液压抽油机液压系统，其特征是：所述主回路的主泵提供的液压油依次通过单向阀、电液换向阀进入抽油机Ⅰ的液压缸Ⅰ或抽油机Ⅱ的液压缸Ⅱ，驱动液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的2个活塞上下交替运行；

所述主泵与电液换向阀之间的油路上设置有包括溢流阀、压力表的溢流油路。

3.根据权利要求2所述双井液压抽油机液压系统，其特征是：所述电液换向阀为三位四通电液换向阀。

4.根据权利要求2所述双井液压抽油机液压系统，其特征是：所述调整回路的补油泵提供液压油依次通过电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀进入液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的有杆腔；

所述补油泵与电磁换向阀之间的油路上设置有包括溢流阀、压力表的溢流油路。

5.根据权利要求2所述双井液压抽油机液压系统，其特征是：所述调整回路的补油泵提供液压油依次通过电磁换向阀、液压锁、单向节流阀进入液压缸Ⅰ、液压缸Ⅱ的有杆腔。

6.根据权利要求2所述双井液压抽油机液压系统，其特征是：所述液压系统由可编程控制器PLC程序控制。

7.一种双井液压抽油机液压系统的行程控制方法，其特征是：基于权利要求2-6任一所述的双井液压抽油机液压系统，

2台液压缸的活塞冲程误差极限值为W，

两台液压缸的冲程误差值S＝[(hxⅠ－hⅠ)－(hⅡ－hsⅡ)]，

式中：

hⅠ——液压缸Ⅰ活塞高度，

hⅡ——液压缸Ⅱ活塞高度，

hxⅠ——液压缸Ⅰ活塞下死点高度，

hsⅡ——液压缸Ⅱ活塞上死点高度，

程序控制系统实时监测两台液压缸的活塞冲程误差值S，

当S≤－W时，执行补油程序，启动调整回路，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路停止运行；

当S≥W时，执行卸油程序，启动调整回路，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路停止运行。

8.根据权利要求7所述的行程控制方法，其特征是：

当－W＜S≤0时，不启动调整回路；

当W＞S≥0时，不启动调整回路。

9.根据权利要求7-8任一所述的行程控制方法，其特征是：

当－W＜S≤0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态；若是调整回路已经启动，正在执行补油程序，保持补油程序运行；

当W＞S≥0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态；若是调整回路已经启动，正在执行卸油程序，保持卸油程序运行。

10.根据权利要求9所述的行程控制方法，其特征是：

当－W＜S≤0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态，电磁换向阀处于中位；若是调整回路已经启动，正在执行补油程序，保持补油程序运行，电磁换向阀处于右位；

当S≤－W时，执行补油程序，调整回路启动，电磁换向阀处于右位，补油至S≥0时，补油程序停止，调整回路停止运行，电磁换向阀处于中位；

当W＞S≥0时，若是调整回路未启动，保持未启动状态，电磁换向阀处于中位；若是调整回路已经启动，正在执行卸油程序，保持卸油程序运行，电磁换向阀处于左位；

当S≥W时，执行卸油程序，调整回路启动，电磁换向阀处于左位，卸油至S≤0时，卸油程序停止，调整回路停止运行，电磁换向阀处于中位。

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