CN112878964B - 一种稠油开发排采设备 - Google Patents

Abstract

一种稠油开发排采设备。本发明包括底座、机架、配重车、控制柜、控制系统，机架固定安装在底座上，机架上端固定安装有顶部平台，顶部平台上固定安装有动力滚筒总成、摇臂导向轮装置、绞车装置、刹车系统；动力滚筒总成的电机为开关磁阻电机，电机设置在滚筒内，对应电机的滚筒内表面设置有刮油器；摇臂导向轮装置和绞车装置组成排采设备的井口让位机构；顶部平台上设置有调偏机构。其有益效果是，设计合理，结构紧凑，操作简单方便，适用面广，噪音低，运行可靠，安全环保；动力滚筒总成设置的刮油器和透气帽，解决了滚筒内电机的散热和滚筒漏油问题；控制系统最大限度确保井场设施安全，能够满足稠油开采需要。

Description

一种稠油开发排采设备

技术领域

本发明涉及一种原油开采设备，尤其是涉及一种稠油开发排采设备，属于石油勘探开发技术领域。

背景技术

随着常规石油资源产量日益减少，油藏较为丰富的高粘度稠油的开采越来越受到重视。由于稠油粘度高，使用常规的抽油设备和开采方法存在采收率低、设备寿命短、开采成本高的问题，因此对具有智能调参的长冲程采油设备的需求越来越急迫。电机换向无游梁抽油机属于塔架式直接平衡式抽油机，由电机带动滚筒正、反向转动，使包覆在滚筒外面的钢丝绳或胶带牵引光杆做上下往复运动，将油液抽汲至地面。按电机的放置方式分为内置和外置两种，一种是将电机放置在滚筒外面，通过联轴器或皮带的连接驱动减速器转动，减速器再带动滚筒转动，这种连接方式占地面积大、重量重，不方便安装、运输，由于噪音大不符合环保要求；另一种是将电机、减速器都安装在滚筒内部，其具有结构紧凑、占地空间小、噪音低的优点，但其由于电机在滚筒内，电机运动产生的热量不容易散失等缺点，存在电机易烧坏、滚筒漏油等问题，造成滚筒故障率高，无法现场维修，没有安装适合稠油开采的智能控制系统，不能适应稠油开采工艺要求，进一步限制了对其的应用。

发明内容

为了克服现有稠油开发过程中开采设备存在的上述不足，本发明提供一种稠油开发排采设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种稠油开发排采设备，包括底座、机架、配重车、控制柜、控制系统，机架固定安装在底座上，机架上端固定安装有顶部平台，所述顶部平台上固定安装有动力滚筒总成、摇臂导向轮装置、绞车装置、刹车系统；前动力传送带的一端与滚筒固定连接，另一端经过摇臂导向轮装置向下与抽油杆连接器连接；后动力传送带的一端与滚筒固定连接，另一端与配重车连接。

所述动力滚筒总成的电机为开关磁阻电机，电机设置在滚筒内，对应电机的滚筒内表面设置有刮油器；滚筒旋转时，刮油器将滚筒中的冷却油收集并浇洒在电机和行星减速机构上。

所述摇臂导向轮装置和绞车装置组成排采设备的井口让位机构；所述顶部平台上设置有光杆调偏机构。

所述电机通过行星减速机构驱动滚筒旋转。

所述滚筒的两端固定安装有端盖，与电机壳体连接的右法兰轴、左法兰轴的轴端穿过端盖安装在位于滚筒两侧的支座中，右法兰轴、左法兰轴与支座配合的轴端为扁轴；支座固定安装在顶部平台上。

所述电机的电缆线、控制系统的控制信号线通过左法兰轴、的轴向通孔引出至滚筒外的接线盒内。

所述刮油器包括刮油筒、连接板、刮油板，连接板的一侧与刮油筒内壁固定连接，另一侧固定设置有刮油板Ⅰ，刮油板Ⅰ与连接板的夹角为105°～118°，刮油板Ⅰ沿刮油筒径向设置。

进一步，所述刮油筒内壁圆周均布有8个或8个以上刮油板Ⅰ，刮油板Ⅰ成对设置，每对中的2个刮油板Ⅰ相向设置。

进一步，所述连接板的中部固定设置有刮油板Ⅱ，刮油板Ⅰ与刮油板Ⅱ的夹角为10°～18°，刮油板Ⅰ和刮油板II以及连接板形成存储冷却油的储油腔。

所述支座的压盖上设置有透气孔，透气孔对应于左法兰轴、右法兰轴上的径向通孔，径向通孔与左法兰轴、右法兰轴轴向通孔联通。

固定安装在所述滚筒端部的端盖轴向设置有油塞，油塞孔外径最外侧低于滚筒内壁。

所述机架为梯形，沿机架的架体固定安装有斜置的导轨，所述配重车沿导轨移动。

当抽油杆向上运动时，前动力传送带缠绕在滚筒外圆周上，后动力传送带从滚筒上释放；当抽油杆向下运动时，后动力传送带缠绕在滚筒外圆周上，前动力传送带从滚筒上释放；前动力传送带、后动力传送带在滚筒上的缠绕方向相反。

所述前动力传送带的数量为2条，缠绕在滚筒的中间部位，左右对称设置；所述后动力传送带的数量为2条，分别缠绕在滚筒上2条前动力传送带外侧，且左右对称设置。

所述控制系统包括磁阻调速系统、载波传感器、PLC控制器、人机交互屏，所述PLC控制器接收换向定位开关信号、人机交互界面输入的冲程、冲次信息，经过计算处理后反馈给磁阻调速系统，磁阻调速系统根据接收到的PLC控制器反馈信息和载波传感器信号控制电机的正反转转换、转速、转动圈数；接收的光杆上限位开关、光杆下限位开关信号强制停机。

所述光杆上限位开关安装在机架下端部，光杆下限位开关安装在机架上端部，换向定位开关安装在机架中部。

进一步，所述抽油杆连接器上设置有载荷传感器，载荷传感器监测排采设备工作过程中悬点载荷数值，当载荷为零或荷载加大超过设计上限时，即刻停止排采设备运行；在抽油杆下行过程中，当检测到的悬点载荷值小于设定值且不为零时，控制系统控制电机降低转速适应抽油杆的下行速度。

本发明的有益效果是，设计合理，结构紧凑，操作简单方便，适用面广，噪音低，运行可靠，安全环保；动力滚筒总成设置的刮油器和透气帽，解决了滚筒内电机的散热和滚筒漏油问题；控制系统最大限度确保井场设施安全，能够满足稠油开采需要，提高工作效率及单井采收率。

附图说明

图1是本发明稠油开发排采设备的结构示意图。

图2是本发明的动力滚筒总成结构示意图。

图3是本发明的刮油器结构示意图。

图中：1.底座，2.机架，3.抽油杆连接器，4.前动力传送带，5.摇臂导向轮装置，6.绞车装置，7.动力滚筒总成，8.刹车系统，9.后动力传送带，10.导轨，11.光杆下限位开关，12.配重车，13.换向定位开关，14.载荷传感器，15.储油腔，16.光杆上限位开关，17.控制柜，18.顶部平台，21.左法兰轴，22.支座，23.端盖，24.行星减速机构，25.滚筒，26.控制系统，27.电机，28.透气帽，29.接线盒，30.右法兰轴，31.刮油器，32.刮油筒，33.连接板，34.刮油板Ⅰ，35.刮油板Ⅱ。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“垂直”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见附图1。本发明一种稠油开发排采设备，包括底座1、机架2、配重车12、控制柜17、控制系统26，机架2固定安装在底座1上，机架2上端固定安装有顶部平台18，所述顶部平台18上固定安装有动力滚筒总成7、摇臂导向轮装置5、绞车装置6、刹车系统8。所述摇臂导向轮装置5和绞车装置6组成排采设备的井口让位机构；所述顶部平台18上设置有调偏机构，方便光杆对中井口中心，轻松实现抽油机的校机。

所述前动力传送带4的一端与滚筒25固定连接，另一端经过摇臂导向轮装置5向下与抽油杆连接器3连接；后动力传送带9的一端与滚筒25固定连接，另一端向下与配重车12连接。

当抽油杆向上运动时，前动力传送带4逐步缠绕在滚筒25外圆周上，后动力传送带9由配重车12牵引向下；当抽油杆向下运动时，后动力传送带9逐步缠绕在滚筒25外圆周上，前动力传送带4随抽油杆向下移动；前动力传送带4、后动力传送带9在滚筒25上的缠绕方向相反。为了减小风载的影响，优选的，所述前动力传送带4的数量为2条，缠绕在滚筒25的中间部位，左右对称设置；所述后动力传送带9的数量为2条，分别缠绕在滚筒25上2条前动力传送带4外侧，且左右对称设置。

参见附图2。所述动力滚筒总成7的电机27为开关磁阻电机，电机27设置在滚筒25内，对应电机27的滚筒25内表面固定安装有刮油器31。开关磁阻电机适用于频繁启停和正反转运行，具有起动转矩大、启动电流小特点，适合稠油开采设备使用。

参见附图3。所述刮油器31包括刮油筒32、连接板33、刮油板，连接板33的一侧与刮油筒32内壁固定连接，另一侧固定设置有刮油板Ⅰ34，刮油板Ⅰ34与连接板33的夹角为105°～118°，刮油板Ⅰ34沿刮油筒32径向设置。

沿所述刮油筒32内壁圆周均布有8个或8个以上刮油板Ⅰ34，刮油板Ⅰ34成对设置，每对中的2个刮油板Ⅰ34相向设置组成储油腔15，无论滚筒25正转或反转，刮油器31将滚筒内的冷却油收集到储油腔内，当刮油器随着滚筒的转动离开滚筒底部时，将储油腔内的冷却油浇洒在电机27的上面和侧面。

进一步，所述连接板33的中部还固定设置有刮油板Ⅱ35，刮油板Ⅰ34与刮油板Ⅱ35二者不是相互平行的，二者之间的夹角为10°～18°，设置刮油板Ⅰ34、刮油板Ⅱ35便于形成多个能存储冷却油的储油腔15，能够更有效地收集冷却油，获得更好的降温效果。

所述滚筒25内灌注有冷却油，冷却油液面高度为滚筒25直径的1/3左右。当滚筒25旋转时，刮油器31将滚筒里的冷却油收集在储油腔里并将之浇洒在电机27和减速机构上，实现对滚筒25内的电机、减速器齿轮、轴承的冷却和润滑，有效降低电机27的温度，延长电机的使用寿命。

参见附图2。所述电机27通过行星减速机构24驱动滚筒25旋转。

所述滚筒25的两端固定安装有端盖23，与电机27壳体连接的右法兰轴30、左法兰轴21的轴端穿过端盖23安装在位于滚筒25两侧的支座22中，右法兰轴30、左法兰轴21与支座22配合的轴端为扁轴，防止左、右法兰轴转动。支座22固定安装在顶部平台18上。

所述电机27的电缆线、控制系统26的控制信号线通过左法兰轴21的轴向通孔引出至滚筒25外的接线盒29内。

所述支座22的压盖上设置有透气孔，透气孔对应于左法兰轴21、右法兰轴30上的径向通孔，该径向通孔与左法兰轴21、右法兰轴30的轴向通孔联通，安装在透气孔中的透气帽28用于平衡滚筒25的内外压力，防止因为滚筒内气压过大造成滚筒25与端盖23密封处漏油，同时还具有散热功能，降低滚筒25内的温度。

固定安装在所述滚筒25端部的端盖23轴向设置有油塞，用于更换滚筒25内的冷却油。优选的，油塞设置在靠近滚筒的筒壁处，转动滚筒25使得油塞位于低位时，方便在油井现场不拆机就可以更换滚筒25内的冷却油，并能将油液中的杂质排放干净。

进一步，所述机架2为梯形，沿机架2的架体固定安装有斜置的导轨10，所述配重车12沿导轨10移动。

进一步，所述控制系统26包括磁阻调速系统、载波传感器、PLC控制器、人机交互屏，通过PLC控制器接收换向定位开关13信号、人机交互界面输入的冲程、冲次信息，并经过计算处理后反馈给磁阻调速系统，磁阻调速系统根据接收到的PLC控制器反馈信息和载波传感器信号控制电机27的正反转转换、转速、转动圈数；接收的光杆上限位开关16、光杆下限位开关11信号强制停机，用于行程超限保护。

所述光杆上限位开关16安装位置靠近机架2的下端部，光杆下限位开关11安装位置靠近机架2的上端部，换向定位开关13安装在机架2的中部。

所述抽油杆连接器3上设置有载荷传感器14，载荷传感器14监测排采设备工作过程中悬点载荷数值，当载荷为零(断杆)或荷载加大超过设计上限(卡泵)时，即刻停止运行，保护排采设备。特别的在抽汲稠油抽油杆下行过程中，当检测到的悬点载荷值小于设定值并且不为零时，控制系统控制电机降低转速适应抽油杆的下行速度，防止抽油机和抽油杆相互顶牛造成的冲击。

本发明稠油开发排采设备工作过程如下：

首先，排采设备安装之后，配重车在地面上，启动电机驱动滚筒反转，后动力传送带逐步缠绕在滚筒外圆周上，带动配重车上行；当抽油杆连接器到达下死点位置，与抽油杆连接挂上井口负荷之后，滚筒正转，前动力传送带逐步缠绕在滚筒外圆周上，直至抽油杆连接器运动到上死点，此时配重车处于低位；然后向配重车里添加配重块到一定数量后，排采设备开启正常运转模式。

在排采设备处于正常运转状态下，当抽油杆连接器位于低点时，电机驱动滚筒正转，前动力传送带缠绕在滚筒上，抽油杆上行，后动力传送带释放，配重车下行；当抽油杆连接器达到上死点时，连接前动力传送带的滚筒直径由于传送带缠绕圈数增多，外径变大；连接后动力传送带的滚筒直径由于传送带的释放，外径变小；此时，前、后动力传送带因在滚筒上缠绕半径的不同产生了力矩差，帮助动力滚筒实现换向。当光杆处于最高点时，在智能控制系统的控制下，电机驱动滚筒反转，抽油杆下行，配重车上行，抽油杆连接器到达下死点。如此循环往复运动，将稠油抽汲至地面。

本发明在运行过程中个，当油液变得粘稠时，抽油杆下行困难，这时载荷变小，载荷传感器把检测到的载荷变小的信号传递给PLC控制器，控制器经过计算处理把滚筒转速反馈给磁阻调速系统，磁阻调速系统再结合载波传感器提供的电机转子位置信息降低电机的转速。

本发明稠油开发排采设备的动力滚筒总成设置的刮油器和透气帽，解决了滚筒内电机的散热和滚筒漏油问题，使稠油排采设备结构紧凑、噪音低并可靠运行；实现稠油开采的大扭矩电机可靠安装；动力滚筒和其上固定的前、后动力传送带配合作用，减小换向冲击，具有节能的效果；配重车沿机架的斜面运行，克服风载使配重摆动造成的不利影响，保证配重运行平稳；排采设备稠油开采过程中最大限度确保井场设施安全。

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 (4)

1.一种稠油开发排采设备，包括底座、机架、配重车、控制柜、控制系统，机架固定安装在底座上，机架上端固定安装有顶部平台，其特征是：

所述顶部平台上固定安装有动力滚筒总成、摇臂导向轮装置、绞车装置、刹车系统；前动力传送带的一端与滚筒固定连接，另一端经过摇臂导向轮装置向下与抽油杆连接器连接；后动力传送带的一端与滚筒固定连接，另一端与配重车连接；

当抽油杆向上运动时，前动力传送带缠绕在滚筒外圆周上，后动力传送带从滚筒上释放；当抽油杆向下运动时，后动力传送带缠绕在滚筒外圆周上，前动力传送带从滚筒上释放；前动力传送带、后动力传送带在滚筒上的缠绕方向相反；所述前动力传送带的数量为2条，缠绕在滚筒的中间部位，左右对称设置；所述后动力传送带的数量为2条，分别缠绕在滚筒上2条前动力传送带外侧，且左右对称设置；

所述机架为梯形，沿机架的架体固定安装有斜置的导轨，所述配重车沿导轨移动；

所述动力滚筒总成的电机为开关磁阻电机，电机设置在滚筒内，对应电机的滚筒内表面设置有刮油器；滚筒旋转时，刮油器将滚筒中的冷却油收集并浇洒在电机和行星减速机构上；

所述刮油器包括刮油筒、连接板、刮油板，连接板的一侧与刮油筒内壁固定连接，另一侧固定设置有刮油板Ⅰ，刮油板Ⅰ与连接板的夹角为105°～118°，刮油板Ⅰ沿刮油筒径向设置；所述刮油筒内壁圆周均布有8个或8个以上刮油板Ⅰ，刮油板Ⅰ成对设置，每对中的2个刮油板Ⅰ相向设置；所述连接板的中部固定设置有刮油板Ⅱ，刮油板Ⅰ与刮油板Ⅱ的夹角为10°～18°，刮油板Ⅰ和刮油板II以及连接板形成存储冷却油的储油腔；

所述电机通过行星减速机构驱动滚筒旋转；所述滚筒的两端固定安装有端盖，与电机壳体连接的右法兰轴、左法兰轴的轴端穿过端盖安装在位于滚筒两侧的支座中，右法兰轴、左法兰轴与支座配合的轴端为扁轴；支座固定安装在顶部平台上；所述电机的电缆线、控制系统的控制信号线通过左法兰轴的轴向通孔引出至滚筒外的接线盒内；所述支座的压盖上设置有透气孔，透气孔对应于左法兰轴、右法兰轴上的径向通孔，径向通孔与左法兰轴、右法兰轴轴向通孔联通；

所述摇臂导向轮装置和绞车装置组成排采设备的井口让位机构；所述顶部平台上设置有光杆调偏机构。

2.根据权利要求1所述稠油开发排采设备，其特征是：固定安装在所述滚筒端部的端盖轴向设置有油塞，油塞孔外径最外侧低于滚筒内壁。

3.根据权利要求1所述稠油开发排采设备，其特征是：所述控制系统包括磁阻调速系统、载波传感器、PLC控制器、人机交互屏，所述PLC控制器接收换向定位开关信号、人机交互界面输入的冲程、冲次信息，经过计算处理后反馈给磁阻调速系统，磁阻调速系统根据接收到的PLC控制器反馈信息和载波传感器信号控制电机的正反转转换、转速、转动圈数；接收的光杆上限位开关、光杆下限位开关信号强制停机；

所述光杆上限位开关安装在机架下端部，光杆下限位开关安装在机架上端部，换向定位开关安装在机架中部。

4.根据权利要求3所述稠油开发排采设备，其特征是：所述抽油杆连接器上设置有载荷传感器，载荷传感器监测排采设备工作过程中悬点载荷数值，当载荷为零或荷载加大超过设计上限时，即刻停止排采设备运行；在抽油杆下行过程中，当检测到的悬点载荷值小于设定值且不为零时，控制系统控制电机降低转速适应抽油杆的下行速度。

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