CN114086919A - 一种磕头式伴生气抽油机 - Google Patents
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Abstract
一种磕头式伴生气抽油机用其摆筒温差发动机的摆筒取代上下摆动的电动磕头机游梁；摆筒温差发动机以外燃内导方式直接将伴生气燃烧产生的热能转换成机械能，替代电动磕头机的电动机，驱动摆筒上下摆动；发动机的热能转换器是呈哑铃形的特制密封金属容器，抽真空后内装一定量的低沸点液体。热头端有伴生气液面加热系统；外部安装有发电驴头，带动平衡系统工作。冷头端外部安装有抽油驴头，带动抽油机构工作。该机热能转换的热力循环属于一种新的热力学循环模式，转换效能高，设备简单，经济性好，不但可以省去用电成本且采取低温低压低速的安全、长寿命工作方式，能满足油田采油的需要。
Description
所属技术领域
本发明属于油田抽油技术领域，具体涉及一种以伴生气为热能，摆筒两端有微小温差就能摆动抽油的装置。
背景技术
电动磕头式抽油机(简称电动磕头机)已有一、两百年的历史，由于其结构简单，易操作，特别是能在油田长时间全天候工作，目前仍是油田的主要采油装备。但由于其用电量大，油井的中后期用电费用占采油成本的25％-30％，成为制约提高油田经济效益的瓶颈。
发明内容
为克服现有电动磕头机用电量大，生产成本高的难题，本发明推出一种磕头式伴生气抽油机。该机不用电能，而利用油井抽出的石油伴生气为热源驱动磕头式抽油机工作。不但可以省去用电成本，而且该机热能转换的热力循环属于一种新的热力学循环模式，转换效能高，设备简单，经济性好，且采取低温低压低速的安全、长寿命工作方式，能满足油田采油的需要。
本发明所采用的技术方案是：用磕头式伴生气抽油机中摆筒温差发动机的摆筒取代上下摆动的电动磕头机游梁；摆筒温差发动机以石油伴生气为热源，直接将热能转换成机械能，驱动摆筒上下摆动，替代电动磕头机的电动机；底座支撑架托起摆筒温差发动机的摆筒热能转换器，转换器抽真空后，注入一定量的低沸点液体；热头端有外燃内导的伴生气液面加热系统；热头端外部安装有发电驴头，带动平衡直行发电机工作，发出的电能满足磕头式伴生气抽油机中各用电装置需求；冷头端外部安装有抽油驴头，带动抽油机构工作，抽出石油及其伴生气；伴生气储气罐安全系统和抽油机控制系统保障磕头式伴生气抽油机安全运行。
摆筒温差发动机主要包括摆筒热能转换器、伴生气液面加热系统(包括内、外加热装置)、底座支撑架、摆筒夹持器、摆动轴承、散热板及传感器、监测器等。摆筒温差发动机在智能控制器控制下工作。
摆筒热能转换器是呈哑铃形的特制密封容器，由一个长管形容器和两个不同球径的球形容器焊接而成。管部是圆筒形的或非圆筒形的；头部是空心球形的或空心非球形的。套接到位后，将套接处用焊接方式进行密封，见图3。抽真空后，向容器中注入一定量的低沸点液体，气体和液体无法溢出。大球头为热头端，小球头为冷头端，热头端的容积要大于冷头端的容积。
先将特制密封容器水平放置，在管长中部找出水平位置的平衡轴线，从平衡轴线向冷头端作水平位移，找出合适的支撑轴线，见图2。该支撑轴线须满足下面条件：以该轴线为轴心，热头端(A端)力矩变大，向下摆动，使A端降低而冷头端(B端)升高，形成A 和B两端均存有气体的液体隔断空间。
热能转换机制：液体在不同的温度下会产生不同的饱和蒸气压，液、气两相相变达到新的平衡。由于转换器热端液面被加热后其内焓增加，表现为液面的热量增值少，而气体体积与压强乘积的增量大，故热能转换器两端液面小的温度差，即可产生大的饱和蒸气压差，低沸点的液体热头端液面的饱和蒸气压远高于冷头端的，热头端液面的温度越高而冷头端温度不变，两端的压差就越大，压迫管内液体流向B端，A端液面下降B端液面上升，造成重心移向支撑轴线，继而越过支撑轴线，使A端上摆，B端下摆；在B端下摆的过程中，由于管内的更多液体流向B端头部，B端向下力矩逐步加大，再加上动压头的作用，摆动加快；摆动到水平位置附近时，A、B两端的气体贯通，两端气体压力差为零，动压头亦为零。此刻，重心又回到处于水平位置的A端，A端力矩又变大，又开始向下摆动，液体流向A端头部，恢复到启动位置，A和B两端恢复成原先两个气室的液体隔断空间，完成一个运动周期。液体被压向冷端时冷端的气体空间被压缩，其内部气态介质蒸气压增高，成为过饱和蒸气，其对应的平衡温度高于之前冷端气液二相已平衡的温度(环境温度)，在冷端壳体内表面及液面产生冷凝液体介质，冷凝液体介质汇入转换器内液体介质中，而放出的相变热通过壳体散发到外界空气中。此过程持续到热能转换器摆到水平位置附近两端气体贯通。正由于热端液面只增加少量热量(若热端液面介质升高1摄氏度，饱和蒸气压就会有显著增加)，并且转换器外壳采用高导热金属材料，且内部设计有散热板，故热端液面增加的少量热量会在液体流动中通过转换器外壳传递到外界空气中，进而保证冷端液面温度稳定。热端被加热时的情况：液面被加热，温度升高，对应的平衡饱和蒸气压升高，在热端壳体内表面也会产生冷凝液体介质，但蒸发速度远大于冷凝速度；另一方面外加热装置安装在热端上部，导热管插入壳体并与之连接，导热管传递的部分热量会传递到热端上部壳体，减少了冷凝液体介质的产出量，不影响容器内的液体被压向冷头端。这样在温度差的作用下，热能不断地转变成机械能，周而复始，循环不断。
伴生气液面加热系统采取外燃内导的辐射型加热方式。外加热装置在热端外上部，有伴生气软管、电子点火器、加热盘、导热管等。在启动位置热端液面上升，加热盘点火燃烧，加热倒“U”型导热管的顶部，导热管将热能向下传入热端的内加热装置，加热导热管下部的辐射板，辐射板采用铜板加石墨烯热辐射贴片结构，将热能以电磁波形式辐射出去；热端反射板为白体材料，安装在热端上部内壁上，反射电磁波；液面加热采取黑体悬浮珠结构，材质为金属或有机物，悬浮珠可以是空心或实心小球，其比重小于液体比重；在启动位置，液面上漂浮一层黑体悬浮珠，吸收电磁波并转化成热能，加热液体液面；热端液面温度快速升高，产生大的饱和蒸气压，压迫管内液体流向冷端，热端液面下降冷端液面上抬，造成重心移向支撑轴线，继而越过支撑轴线，使热端上摆，冷端下摆；在热端液面下降时，加热盘熄火加热中止，小球落到启动位置液面下方的金属隔网上，隔网固定在热端球内壁上。导热管材质为高导热性金属；管型可以是倒“U”型的，也可以是非倒“U”型的。导热管采用铜管内装导热介质结构，或采用渠式超导热型导热管。
伴生气液面辐射型加热方式除采取黑体悬浮珠结构外，或采用黑体隔栅结构，在启动热端液面位置安装黑体格栅层，黑体格栅层固定在热端内壁上，吸收电磁波并转化成热能。热头端除采取辐射型加热方式外，或采用传导型加热方式，传导型加热方式采取悬浮导热板、导热板导向机构、导热软线和导热管。外部热能通过导热管传导给导热软线，导热软线再传导给悬浮导热板；悬浮导热板依靠导热板导向机构悬浮在热端液面上下移动，导热板导向机构限制其前后左右移动，防止其撞击热端内壁。
底座支撑架包括基础底座、两个垂直平行的摆筒支撑架。基础底座、摆筒支撑架为钢结构，用螺栓将它们固定成一个刚性整体。夹持器的两个半圆金属瓦夹持住摆筒热能转换器的中部形成刚性组件，夹持器两侧的支撑轴水平且同心，通过摆动轴承刚性组件被安装在两个摆筒支撑架之间的上端部，摆筒热能转换器的支撑轴与夹持器两侧的支撑轴重合。摆动轴承可以是一对滑动轴承，也可以采用滚动轴承、滑套轴承或磁力轴承。
磕头式伴生气抽油机在摆筒热能转换器冷头端部安装抽油驴头采油机构，热头端部安装发电驴头平衡系统。驴头用来将A、B两端往复圆弧运动变为垂直直线往复运动。A、B端驴头圆弧面半径等于支撑轴心为圆心到A、B端驴头圆弧面的长度。为了保证在一定冲程长度下，将圆弧运动变为直线运动，驴头圆弧面长度为驴头悬点的最大冲程长度的1.3倍。
抽油驴头采油机构中的抽油驴头通过钢丝绳、悬绳器带动光杆和抽油杆作上下往复的直线运动；通过抽油杆再将这个运动传给抽油泵柱塞，磕头式伴生气抽油机以此带动井下的抽油泵工作。
热头端发电驴头平衡系统中的发电驴头与下方的平衡直行发电机连接。平衡直行发电机由发电机动子、发电机定子和电力输出线组成。抽油机抽油时上下冲程的载荷是不均匀的，上冲程时抽油驴头需拉起抽油杆柱和油柱，而下冲程时，抽油杆柱依靠自重可以下落，使摆筒温差发动机做功极不均匀；为了使抽油上下冲程做功均匀，平衡直行发电机上方安装通——断换向开关，B端下冲程时抽油杆柱下落，A端上摆，换向开关为接通状态，发电机发电做功；B端到下死点A端到上死点时，触碰换向开关，换向开关处断路状态，B端上冲程时抽出井下原油，同时A端下摆，发电机不发电做功；B端到上死点A端到下死点时，换向开关转向，恢复通路状态，B端抽油杆柱下落时A端上摆，发电机又继续发电。
抽油机上下冲程中悬点的速度和加速度大小以及方向都是变化的。B端下冲程时运动方向向下，加速度逐步加大，为了减少惯性冲力，平衡直行发电机内的动子磁铁组中的磁铁和定子线圈组的线圈间距采用不等距设计，磁铁间的间距和线圈间的间距由下向上逐步减小，A端在向上摆动时发电做功阻力逐步变大，输出电流会逐步变大，可减小B端下冲程时的惯性冲力。
由于电流输出是间歇的，电流大小也是变化的，发电驴头平衡系统设计带有大容量化学或物理储能器，将不稳定的输出电流输入储能器，再由储能器输出给磕头式伴生气抽油机的各个用电装置，自给自足，满足磕头式伴生气抽油机的正常工作要求。
发电驴头平衡系统可选用平衡直行发电机或平衡旋转发电机。若采用平衡旋转发电机，A端不安装发电驴头，而采用四连杆机构。由于支撑轴轴心与平衡旋转发电机轴心是固定的，形成一虚拟固定连线，故四连杆包括：曲柄、连杆、摆筒及支撑轴到旋转发电机轴间虚拟连线。曲柄一端固定在发电机轴心上，另一端与连杆一端旋转连接，连杆的另一端与摆筒上的特定位置旋转连接，摆筒又是围绕支撑轴轴心转动的，形成四连杆机构；摆筒的摆动带动平衡旋转发电机旋转。定子采用半周线圈设计，B端下冲程时A端上摆时，曲柄被拉动从下向上，发电机动子被转动半周，动子上的磁铁组切割定子线圈磁力线发电；在另外半周定子中无线圈，当B端上冲程时A端下摆，曲柄被拉动从上向下，发电机动子再被转动半周，不发电。
为了精细调节磕头式伴生气抽油机工作时支撑轴位置，在摆筒冷头端安装有平衡重，平衡重离支撑轴越远，冷头端下死点位置越低。
悬绳器由卡瓦牙、上下支撑板及顶丝等组成，将钢丝绳及光杆连成一体；悬绳器上可以安放示功仪，测悬点示功图。
伴生气储气罐安全系统由储气罐、输气管、输气软管和漏气监测保护装置组成；储气罐远离抽油机摆筒热能转换器；漏气监测信号与抽油机控制器连接，出现异常情况时，抽油机控制器启动保护装置，或驱散偶发的超标伴生气，降低浓度，或熄火停机检修。
抽油机控制系统包括摆筒热能转换器压力传感器、温度传感器、限压阀，以及速度和角度传感器、电子点火器、示功仪及安全系统信号发生器和抽油机控制器等。各种传感器和信号发生器与抽油机控制器无线连接。摆筒热能转换器一旦出现异常，压力传感器、温度传感器可提前报警，抽油机控制器发出保护指令。速度和角度传感器可监测设备运行状态，并通过电子点火器等将设备运行调整到最佳。控制器除无线连接各监测仪器，接受各种监测信号，通过内部控制软件发出控制指令给各执行器件，维持磕头式伴生气抽油机正常工作；同时通过互联网远程发送各种数据和视频画面给总部控制室，可得到总部控制室的监视与遥控。
有益效果
1，本装备采用原先被放空燃烧的自产原油伴生气为燃料代替电能，可降低采油成本25％--30％，有高的经济性。
2，本装备中的摆筒温差发动机是一种新型热力发动机，设备简单，能效高。
3，本装备可操作性好，且可方便实现智能化远程监控运行。
4，本装备的发电驴头平衡系统发的电可解决装备自身各种用电需求，不需要长途铺设电缆线。
5，本装备不产生高温高压高速蒸汽，设备安全性好，维护成本低，设备运行无噪声且寿命长。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，是本发明磕头式伴生气抽油机的整体示意图。
图2，是摆筒温差发动机热能转换器水平位置液体正面透视图。
图3，是摆筒温差发动机热能转换器启动位置液体正面透视图。
图4，是摆筒温差发动机热能转换器热头端加热系统解剖示意图。
图5，是摆筒温差发动机相关部件构造拆分图。
图6，是磕头式伴生气抽油机抽油驴头结构示意图。
图7，是磕头式伴生气抽油机发电驴头发电换向器放大换向示意图。
图8，是圆柱形平衡直行发电机剖面示意图。
图9，是非接触式电磁监测器通-断工作电路图。
图中：1、摆筒温差发动机，其中D1-热端球径，D2-冷端球径，d-中间管径， 2、摆筒热能转换器，3、抽油驴头，4、发电驴头，5、燃烧器防风罩，6、滑块平衡调节器， 7、伴生气硬管，8、伴生气软管，9、抽油钢丝绳，10、发电钢丝绳，11、抽油机支撑架，12、磁屏蔽板，13、抽油悬绳器，14、发电换向器支架，15、发电换向器，16、发电悬绳器，17、抽油光杆，18、发电光杆，19、伴生气储气罐，20、移动式智能检漏仪，21、支撑架底座， 22、发电机动子，23、发电机定子，24、电力输出线，25、蓄电池，26、智能控制器，27、油气输出管，28、伴生气检漏仪，29、伴生气超标鼓风机，30、地基，31、支撑轴线，32、长管形容器，33、小球头容器，34、大球头容器，35、球-管间焊接处，36、液态制冷剂，37、平衡轴线，38、B端气态制冷剂，39、A端气态制冷剂，40、压力传感器，41、温度传感器，42、限压阀，43，散热板，44、电子点火器，45、加热盘，46、倒U形导热管，47、白体层板-内壳焊接处，48、辐射板，49、白体层板，50、黑体悬浮珠，51、悬浮珠隔网，52，A端液面，53、B端液面，54、非接触式电磁监测器，55、支撑架螺纹孔，56、带轴半圆金属瓦件，57、半圆金属瓦件，58、金属瓦件同心轴，59、锥形中心孔，60、锥头顶丝，61、顶丝固定螺帽，62、瓦件螺纹孔，63、瓦件通孔，64、瓦件紧固螺栓，65、监测器磁铁，66、弹簧，67、监测开关，68、监测信号发生器，69、悬浮珠隔网孔，70、A端半球球壳剖面，71、底座支撑架联结螺栓(6个)，72、驴头-球面焊接线，73、驴头钢板，74、定位U槽，75、钢板紧固螺孔(6个)，76、钢板紧固通孔(6个)，77、钢板紧固螺栓(6个)， 78、钢丝绳紧固螺孔(2个)，79、钢丝绳帽通孔(2个)，80、钢丝绳帽，81、钢丝绳紧固螺栓(2个)，82、永磁换向触发器(2个，磁极方向相反)，83、换向器磁铁，84、磁铁绝缘托， 85、导电铜板，86、动子磁铁，87、定子线圈，88、发电机固定螺栓通孔，89、发电光杆连接杆孔，90、球-管间焊接处截面，91、发电机固定螺栓，92、发电光杆连接杆，93、连接杆开口销，94、圆柱形平衡直行发电机。
具体实施方式
磕头式伴生气抽油机实施例包括：摆筒温差发动机(1)、抽油驴头(3)、发电驴头(4)、滑块平衡调节器(6)、抽油机支撑架(11)、伴生气储气罐(19)和智能控制器(26) 等，见图1。伴生气储气罐(19)中的石油伴生气通过伴生气硬管(7)和伴生气软管(8) 输入摆筒温差发动机(1)，(1)通过燃烧将热能转变成机械能，(1)围绕支撑轴线(31)开始摆动。冷头端的抽油驴头(3)下摆，发电驴头(4)上摆带动发电机动子(22)向上发电； (3)到下死点后(4)到上死点，触发发电换向器(15)，电力输出处于断路，见图7上半图；后(3)开始上摆，(4)开始下摆，抽油驴头(3)拉动抽油钢丝绳(9)、抽油悬绳器(13) 和抽油光杆(17)向上运动，(17)再通过井下的抽油杆将这个运动传给井底部的抽油泵中的柱塞，提升出来的原油及其伴生气通过油气输出管(27)输出，伴生气被收集到远处的伴生气储气罐(19)，而(4)在下摆过程中不发电。(3)上摆到上死点，(4)下摆到下死点，触发发电换向器(15)，电力输出处于通路，见图7下半图；后(3)开始下摆，发电驴头(4) 开始上摆，发电钢丝绳(10)、发电悬绳器(16)、发电光杆(18)和发电机动子(22)一起向上运动，(94)发电作功；发出的电能通过电力输出线(24)，进入蓄电池(25)。
摆筒温差发动机(1)主要包括摆筒热能转换器(2)、散热板(43)、伴生气液面加热系统的内外加热装置、抽油机支撑架(11)、非接触式电磁监测器(54)及不同传感器。 (1)在智能控制器(26)控制下工作。
摆筒热能转换器(2)是呈哑铃形的特制铝合金密封容器，由一个长管形容器(32)和两个不同球径的球形容器焊接而成，见图2。(32)是圆筒形的；小球头容器(33)和大球头容器(34)形状是空心圆球形。(32)与(33)、(34)套接到位后用焊接方式进行密封，见球-管间焊接处(35)；抽真空后，向铝合金密封容器中注入一定量的液态制冷剂(36)，并使液体及其蒸气无法溢出。大球头容器(34)为热头端-A端，小球头容器(33)为冷头端-B 端。找出(2)的平衡轴线(37)和支撑轴线(31)，重心在支撑轴线(31)的右侧A端，见图2；A端下摆，B端上摆，在特制密封容器内形成A和B端均有气体的液体隔断空间，B端气态制冷剂(38)，A端气态制冷剂(39)和液态制冷剂(36)，见图3；摆筒热能转换器(2) 上安装有压力传感器(40)、温度传感器(41)和限压阀(42)。(2)内部安装有散热板(43)。 (2)中部管内的散热板(43)沿管的长度方向分布，散热板(43)为铝或铝合金，焊接在管的内壁上；A端头部的散热板(43)安装在头内下部，焊成网格分布，见图4。
伴生气液面加热系统的外加热装置包括：电子点火器(44)、加热盘(45)、倒U 形导热管(46)及燃烧器防风罩(5)等。伴生气软管(8)连接电子点火器(44)，(44)接受智能控制器(26)发出的指令，通气点燃加热盘(45)或断气熄灭加热盘(45)；加热盘(45) 加热(46)的倒U形顶部，向下将热能传入A端内的伴生气内加热装置，见图4。燃烧器防风罩(5)可防止外界流动空气对(45)燃烧的影响，见图1。
伴生气液面加热系统的内加热装置包括：倒U形导热管(46)、辐射板(48)、白体层板(49)、黑体悬浮珠(50)和悬浮珠隔网(51)。A端内的倒U形导热管(46)将热能传导给辐射板(48)，(48)辐射红外电磁波，可直接或经白体层板(49)反射将辐射能传给浮在A端液面的黑体悬浮珠(50)，并转化成热能加热A端液面(52)。白体层板(49)和悬浮珠隔网(51)以焊接方式固定在A端球体内壁上，见图4，(47)为白体层板-内壳焊接处。
能量转换：A端液面(52)的温度升高而B端液面(53)温度不变，两端的蒸气压差增大，压迫管内液态制冷剂(36)流向B端，A端液面(52)下降B端液面(53)上升，造成重心移向支撑轴线(31)，继而越过支撑轴线(31)，使A端上摆，B端下摆；在B端下摆的过程中，由于管内的更多液态制冷剂(36)流向B端头部，向下力矩逐步加大，再加上动压头的作用，摆动加快；摆动到水平位置附近时，B端气态制冷剂(38)与A端气态制冷剂(39)气体贯通，两端气体压力差为零，动压头亦为零。此刻，重心又回到处于水平位置的A端，A端力矩变大，又开始向下摆动，液态制冷剂(36)流向A端头部，恢复到启动位置，A和B两端恢复成原先两个气室的液体隔断空间，完成一个运动周期。
依据热力学相变理论，容器内的液态制冷剂(36)被压向B端，B端气态制冷剂 (38)的气体空间被压缩，(38)的蒸气压增高，其对应的平衡温度升高。而之前冷头端气液二相已平衡的温度低于升高后的蒸气压对应的平衡温度，在冷头端壳体内表面及(53)产生冷凝液体介质；冷凝液体介质汇入(2)内的液态制冷剂(36)中，而放出的相变热通过壳体散发到外界空气中。此过程持续到摆筒热能转换器(2)摆到水平位置附近两端气体贯通。热头端(A端)的情况是，A端液面(52)被加热，温度升高，对应的平衡饱和蒸气压升高，在热头端壳体内表面也会产生冷凝液体介质，但蒸发速度远大于冷凝速度；另一方面加热装置安装在热头端上部，倒U形导热管(46)插入壳体并与之焊接，(46)传递的部分热量会传递到热头端上部壳体，使其温度升高，减少了冷凝液体介质的产出量，不影响容器内的液态制冷剂(36)被压向冷头端。
摆筒温差发动机(1)的工作机制：A端到达低位(启动位置)时，A端液面(52) 上升到高位；黑体悬浮珠(50)是黑色的有机物空心球，悬浮并覆盖在A端液面(52)上；安装在A端下腹部的磁屏蔽板(12)插入安装在支撑架底座(21)上的非接触式电磁监测器 (54)，非接触式电磁监测器(54)开启通电，发信号给智能控制器(26)，(26)发指令给电子点火器(44)，使(44)开通伴生气软管(8)并点燃与(8)相连的加热盘(45)，加热盘 (45)燃烧，加热(46)倒U形的顶部，外部热能向下传入A端内，加热与(46)连接的辐射板(48)，将热能转化成电磁波辐射能，(48)直接辐射或经白体层板(49)反射，将电磁波辐射能发射给悬浮并覆盖在A端液面(52)的黑体悬浮珠(50)层，(50)将辐射能转变为热能，加热A端液面(52)。(52)温度快速升高，产生大的饱和蒸气压，压迫管内液态制冷剂(36)流向B端，B端液面(53)上升，B端下摆A端上摆，A端内的(52)下降，黑体悬浮珠(50)层也随之下降，到达悬浮珠隔网(51)后，(50)脱离(52)；A端上摆B端下摆的同时，磁屏蔽板(12)脱离非接触式电磁监测器(54)，智能控制器(26)收到监测信号发生器(68)关闭信号，发出指令给电子点火器(44)，伴生气软管(8)关闭，加热盘(45) 灭火。当A、B两端摆动到水平位置附近时A端力矩又变大，又开始向下摆动，液态制冷剂(36) 流向A端头部，恢复到启动位置，A和B两端恢复成原先两个气室的液体隔断空间，完成一个运动周期，(1)又开始点火加热。这样通过间歇循环加热，热能不断地转变成机械能。
抽油机支撑架(11)用6个底座支撑架联结螺栓(71)与支撑架底座(21)连接为一刚性整体，见图5，两个(11)上部各有一个支撑架螺纹孔(55)，两支撑架螺纹孔(55) 同心且水平。半圆金属瓦件(57)与带轴半圆金属瓦件(56)夹持住摆筒热能转换器(2)的中部，金属瓦件同心轴(58)的轴线与支撑轴线(31)重合。四个瓦件紧固螺栓(64)通过瓦件通孔(63)，旋入瓦件螺纹孔(62)，使(57)与(56)夹持住摆筒热能转换器(2)，形成组合件。将该组合件放置于两抽油机支撑架(11)之间，金属瓦件同心轴(58)的两个外端面的锥形中心孔(59)与支撑架螺纹孔(55)对正，从两个支撑架螺纹孔(55)外各旋入一个带螺纹的锥头顶丝(60)，锥头顶丝(60)的锥头顶入锥形中心孔(59)，再从两锥头顶丝(60)外端旋入两个顶丝固紧螺帽(61)，将两个锥头顶丝(60)固定在两抽油机支撑架(11) 上，形成一对滑动轴承，摆筒温差发动机(1)可以低阻尼摆动。
非接触式电磁监测器(54)安装在摆筒热能转换器(2)下方的支撑架底座(21) 上。磁屏蔽板(12)固定在A端的下腹部，随A端一起摆动，启动位置时非接触式插入(54)，屏蔽监测器磁铁(65)的磁力线，弹簧(66)张力大于(65)吸力，推动监测开关(67)右移，接通非接触式电磁监测器(54)的电路，见图9。监测信号发生器(68)发出接通信号给智能控制器(26)，(26)发出指令，电子点火器(44)工作。当A端开始上摆时，磁屏蔽板(12)脱离非接触式电磁监测器(54)，监测开关(67)左移，关闭电路，(26)接收到(68) 关闭信号并发出停火指令给(44)，见图9。
磕头式伴生气抽油机抽油驴头机构示意图见图6，抽油驴头(3)的圆弧半径为以支撑轴线(31)为圆心到(3)圆弧面的长度R1。抽油驴头(3)基体材料为铝合金，与小球头容器(33)焊接成一体，见驴头-球面焊接线(72)。等厚度的驴头钢板(73)贴合在(3) 圆弧面上，通过(75)、(76)和(77)固定在抽油驴头(3)上。在(73)的抽油钢丝绳(9) 接触区设计有定位U槽(74)，(9)上头部有钢丝绳帽(80)，通过(81)、(79)和(78)将 (9)上头部固定在(74)上部。抽油悬绳器(13)结构与电动磕头机的一样，不再赘述。(13) 将(9)及(17)连成一体；(13)上安放示功仪，测出悬点示功图；(17)带动抽油杆作上下往复的直线运动；通过抽油杆再将这个运动传给井底的抽油泵柱塞。
发电驴头机构示意图见图7。发电驴头(4)结构同于抽油驴头(3)，不再赘述，但其圆弧半径R2小于R1。发电换向器支架(14)一端固定在抽油机支撑架(11)中部，另一端安装发电换向器(15)。发电驴头(4)通过(10)、(16)和(18)与下方的圆柱形平衡直行发电机(94)的发电机动子(22)连接。永磁换向触发器(82)有两个，一个在(16)上，另一个安装在上端发电钢丝绳(10)上，工作面极性相反，见图7，发电换向器(15)由换向器磁铁(83)、磁铁绝缘托(84)及导电铜板(85)等组成。(84)托起(83)，两个(85) 固定在(84)底面相应位置。B端下冲程时，抽油杆柱下落；A端上摆，(15)为通路状态， (94)发电做功；B端到下死点A端到上死点时，(83)的N极对(82)的N极，(83)被推开，(85)脱离电力输出线(24)的触点，(15)换为断路状态，见图7上半图，B端上冲程时A端下摆，B端抽出井下原油，A端的(94)不发电做功；B端到上死点A端到下死点时， (83)的N极对(82)的S极，(83)被吸回，(85)接触电力输出线(24)的触点，(15)又换为通路状态，见图7下半图，B端抽油杆柱下落时A端上摆，(94)可继续发电。
B端下冲程时运动方向向下，加速度逐步加大，为了减少惯性冲力，圆柱形平衡直行发电机(94)内的发电机动子(22)磁铁组中动子磁铁(86)的间距和发电机定子(23) 线圈组中定子线圈(87)的间距采用不等距设计，见图8，(86)间距和(87)间距由下向上逐步减小，A端在向上摆动时发电做功阻力逐步变大，输出电流会逐步变大，可减小B端下冲程时的惯性冲力。发电机固定螺栓(91)通过发电机固定螺栓通孔(88)将圆柱形平衡直行发电机(94)固定在支撑架底座(21)上。发电光杆连接杆孔(89)可通过发电光杆连接杆(92)，将发电机动子(22)与发电光杆(18)连接。(93)为连接杆开口销。
另外考虑到电流输出是间歇的，电流大小也是变化的，发电驴头平衡系统设计有蓄电池(25)，将不稳定的输出电流不断输入(25)，再由(25)输出给磕头式伴生气抽油机的各个用电装置，自给自足，满足磕头式伴生气抽油机的正常工作要求。见图1。
伴生气储气罐安全系统由伴生气储气罐(19)、伴生气输气硬管(7)、伴生气软管(8)、伴生气检漏仪(28)、伴生气超标鼓风机(29)和移动式智能检漏仪(20)组成，见图 1；(19)远离(1)；(28)和(20)检测信号与智能控制器(26)连接，出现异常情况时，(26) 启动保护装置，或驱散偶发的超标伴生气，恢复正常值，或熄火停机检修。
Claims (10)
1.一种磕头式伴生气抽油机，其特征是：用该抽油机中摆筒温差发动机的摆筒取代上下摆动的电动磕头机游梁；摆筒温差发动机以石油伴生气为热源，直接将热能转换成机械能，驱动摆筒上下摆动，替代电动磕头机的电动机；底座支撑架托起摆筒温差发动机的摆筒热能转换器，转换器抽真空后，注入一定量的低沸点液体；热头端有外燃内导的伴生气液面加热系统；热头端外部安装有发电驴头，带动平衡直行发电机工作，发出的电能满足磕头式伴生气抽油机中各用电装置需求；冷头端外部安装有抽油驴头，带动抽油机构工作，抽出石油及其伴生气；伴生气储气罐安全系统和抽油机控制系统保障磕头式伴生气抽油机安全运行。
2.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：热头端伴生气液面辐射型加热方式除采取黑体悬浮珠结构外，或采取黑体格栅结构，在启动热端液面位置安装黑体格栅层，黑体格栅层固定在热端内壁上。
3.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：辐射板采用铜板加石墨烯热辐射贴片结构；导热管采用铜管内装导热介质结构，或采用渠式超导热型导热管。
4.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：热端反射板为白体材料，安装在热端上部内壁上，反射电磁波。
5.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：热头端液面除采取辐射型加热方式外，或采用传导型加热方式，外部热能通过导热管传导给导热软线，导热软线再传导给悬浮导热板；悬浮导热板依靠导热板导向机构悬浮在热端液面上下移动，导热板导向机构限制其前后左右移动，防止其撞击热端内壁。
6.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：磕头式伴生气抽油机冷头端部安装抽油驴头采油机构，热头端部安装发电驴头平衡系统；驴头用来将热头和冷头两端往复圆弧运动变为垂直直线往复运动；热头端和冷头端驴头圆弧面半径等于支撑轴心为圆心分别到热头端和冷头端驴头圆弧面的长度。
7.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：平衡直行发电机上方安装通——断换向开关，冷头端下冲程时抽油杆柱下落，换向开关为接通状态，发电机发电做功；冷头端到下死点热头端到上死点，触碰换向开关，换向开关处断路状态，冷头端上冲程时抽出井下原油，同时热头端下摆，发电机不发电做功；冷头端到上死点热头端到下死点时，换向开关转向，恢复通路状态，冷头端抽油杆柱下落时热头端上摆，发电机又继续发电。
8.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：平衡直行发电机内的动子磁铁组中的磁铁和定子线圈组的线圈间距采用不等距设计，磁铁间的间距和线圈间的间距由下向上逐步减小，A端在向上摆动时发电做功阻力逐步变大，输出电流会逐步变大。
9.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：发电驴头平衡系统可选用平衡直行发电机或平衡旋转发电机；若采用平衡旋转发电机，热头端不安装发电驴头，而采用四连杆机构，摆筒的摆动带动平衡旋转发电机旋转，定子采用半周线圈设计。
10.根据权利要求1所述的磕头式伴生气抽油机，其特征是：伴生气储气罐安全系统由储气罐、输气管、输气软管和漏气监测保护装置组成；储气罐远离抽油机的摆筒热能转换器；漏气监测信号与抽油机控制器连接，出现异常情况时，抽油机控制器启动保护装置，或驱散偶发的超标伴生气，降低浓度，或熄火停机检修。
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|---|---|---|---|---|
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