CN202181885U - 液压抽油机 - Google Patents

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黎本
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Abstract

本实用新型涉及一种液压抽油机,包括二次控制技术单元(1)、由二次控制技术单元(1)控制进而带动抽油杆往复移动的油缸(2)、用于设定油缸活塞杆的冲程的位移传感器(6)、与二次控制技术单元(1)传动连接的滑差电机(3)、与滑差电机传动连接的势能蓄能器(4)以及基于位移传感器的信号控制二次控制技术单元运动正反向的二次控制技术单元控制器(5)。本实用新型能充分采油,减少漏油,提高了产量,且由于势能蓄能器能储存势能并随后释放,因此降低了电能损耗。

Description

液压抽油机
技术领域
本实用新型涉及一种采油设备,特别涉及一种液压抽油机。
背景技术
在目前的采油过程中,不论是因为缺乏内部压力还是其它原因,如果不能从生产井自然流出原油,则必须寻求一种“人工方法”,现在最常用的就是机械式抽油机,通常被称作“磕头机”,其由机械齿轮系统供能。
影响日常采油的一个重要指标是填充因数。对于传统的磕头机来说,由于抽油杆在上冲程和下冲程中产生正弦曲线形式的相同速度,如图1所示,很难根据不同的油井和工况作出抽油杆上下速度的调节,这意味着抽油机的效率在某些时候受到限制,特别是对于高粘度或“重型”原油的情况,导致填充因数很低,产量降低。
另外,在磕头机中,在抽油杆的上死点和下死点之间的转换点不可避免地出现曲柄平衡的大驱动转矩,使得需要选择较大功率的马达来克服。
因此,传统的磕头机具有诸多缺点,比如:产量低、电能消耗高、由于开放环境下的生锈导致难以调整冲次和冲程以及由于抽油杆偏心导致停机频率很高等。
实用新型内容
考虑到现有技术的至少一个上述缺陷,本实用新型要解决的技术问题是提供一种提高产量并减少电能损耗的液压抽油机。
根据本实用新型,提供了一种液压抽油机,该液压抽油机包括二次控制技术单元、由二次控制技术单元控制进而带动抽油杆往复移动的油缸、用于设定油缸活塞杆的冲程的位移传感器、与二次控制技术单元传动连接的滑差电机、与滑差电机传动连接的势能蓄能器以及基于位移传感器的信号控制二次控制技术单元运动的正反向的二次控制技术单元控制器。由于本实用新型的液压抽油机采用二次控制技术来控制二次控制单元对油缸的驱动并且借助于势能蓄能器来储存抽油杆的重力势能,因此优化了油缸活塞杆以及抽油杆的运行速度,提高了产量,降低了电能损耗。
优选地,滑差电机、位移传感器以及二次控制技术单元控制器均电连接到液压抽油机的电气控制箱。
优选地,所述二次控制技术单元是双向作用柱塞泵,所述二次控制技术单元控制器是比例阀,通过利用比例阀控制双向作用柱塞泵的正反向以及改变其排量,能够控制油缸活塞杆以及抽油杆的运动速度。
优选地,所述比例阀是比例减压阀。
优选地,所述势能蓄能器是飞轮。
优选地,所述位移传感器为分别设置在油缸支架上部和下部的上部接近开关和下部接近开关。
优选地,二次控制技术单元、滑差电机和势能蓄能器共轴布置,使得装置的结构紧凑。
优选地,所述滑差电机的滑差范围为9%-11%,在此滑差范围内,液压抽油机的运行工况稳定。
优选地,该液压抽油机还包括检测抽油杆运动状况的抽油杆保护装置,所述抽油杆保护装置经由电气控制箱与二次控制技术单元控制器电连接。通过检测抽油杆的运动状况,在发现抽油杆异常时,抽油杆保护装置给二次控制技术单元控制器发送电信号,控制二次控制单元不断往复操作,进而使抽油杆不断小范围往复运动,将抽油杆从卡死的状态下解脱。
优选地,所述抽油杆保护装置包括检测液压系统油缸中油压的压力开关,所述压力开关通过液压抽油机的电气控制箱电连接到比例阀,能够往复采用低电流信号及低压力控制双向作用柱塞泵的低排量,导致抽油杆的低速往复运动。
附图说明
图1示出了现有的磕头机与本实用新型的液压抽油机的上下冲程运动的对比图;
图2示出了本实用新型的主要结构示意图;
图3示出了根据本实用新型的优选实施例的部分油路图。
具体实施方式
现在参照附图描述本实用新型的实施例。
本实用新型涉及一种液压抽油机,用于驱动井下泵抽油,其总体结构如图2示意性地示出。
该液压抽油机包括二次控制技术单元1、由二次控制技术单元1控制进而带动抽油杆往复移动的油缸2、用于设定活塞杆的冲程的位移传感器(例如,图2所示并将在后文中描述的上部接近开关6A和下部接近开关6B)、与二次控制技术单元1传动连接的滑差电机3、与滑差电机3传动连接的势能蓄能器4以及基于位移传感器的信号控制二次控制技术单元1运动的正反向的二次控制技术单元控制器5。
其中滑差电机3、位移传感器以及二次控制技术单元控制器5与液压抽油机的电气控制箱8电连接,油缸2安装在油缸支架上,油缸2的活塞杆与井下泵的抽油杆连接,以带动抽油杆上下往复运动。位移传感器安装在油缸支架上。
其中,二次控制技术单元1、滑差电机3、势能蓄能器4以及二次控制技术单元控制器5安装在液压抽油机的机壳内,由电气控制箱控制液压抽油机的操作。电气控制箱具有人机控制界面,用来控制液压抽油机的总电源、控制滑差电机3的启动与停止、调节二次控制技术单元控制器的通电电流以及选择液压抽油机处于手动工作状态还是处于自动工作状态等。
该液压抽油机通过将油缸的活塞杆与井下泵的抽油杆连接来带动抽油杆上下往复运动抽油,其一个工作循环如下:
当油缸的活塞杆上升到达上止点时,抽油杆下一步将向下运动,位移传感器经电气控制箱给二次控制技术单元控制器发送信号,二次控制技术单元控制器控制二次控制技术单元反向操作,其将抽油杆下降产生的重力势能通过滑差电机传递至势能蓄能器储存起来。而当油缸的活塞杆下降到达下止点时,抽油杆下一步将向上运动,位移传感器经电气控制箱给二次控制技术单元控制器发送信号,二次控制技术单元控制器控制二次控制技术单元正向操作,滑差电机以及蓄能器中储存的重力势能驱动二次控制技术单元,进而驱动油缸的活塞杆带动抽油杆上升。由此完成一个抽油动作,如此周而复始,不断的从井下抽油。
优选地,该液压抽油机还具有检测抽油杆的运动状态防止抽油杆卡死的抽油杆保护装置,该抽油杆保护装置通过检测液压抽油机中液压系统的油压比如油缸中的油压来实现保护功能,在油压异常时,抽油杆保护装置经由电气控制箱给二次控制技术单元控制器发送信号,使二次控制技术单元往复运动,进而使油缸的活塞杆往复地小范围低速运动,从而使抽油杆从卡死的状态下脱出,恢复正常操作。
优选地,油缸的活塞杆与井下泵的抽油杆布置在一条直线上,从而两者始终没有偏心地共线,保证了井下泵抽油杆可以长时间工作,延长了使用寿命。
优选地,二次控制技术单元为双向作用柱塞泵,其可以反向操作用作液压马达,也可以正向操作用作液压泵。
优选地,二次控制技术单元控制器为比例阀,比如比例减压阀、比例换向阀等,其具有两个比例电磁铁,通过根据位移传感器传来的信号对不同的比例电磁铁通电可以切换二次控制技术单元的正反向运动,比如切换双向作用柱塞泵的正反向。并且,根据对比例电磁铁通电的电流大小,能够改变双向作用柱塞泵的排量,从而改变抽油杆的运动速度。
其中,位移传感器可以是开关量传感器,比如分别设置在油缸支架的上下部的两个接近开关:上部接近开关6A和下部接近开关6B,如见图2所示,也可是模拟量传感器,从而可以在最大冲程范围内的任何位置改变冲程。
根据本实用新型的液压抽油机具有两种工作状态:手动工作状态和自动工作状态。在手动工作状态下,二次控制技术单元控制器的通电电流的大小被设定为固定值,进而二次控制技术单元的驱动量也是固定的,从而油缸的活塞杆带动抽油杆升降的速度也是不能调节的。而在自动工作状态下,二次控制技术单元控制器的通电电流可以被调节,从而可以改变二次控制技术单元的驱动量,进而活塞杆带动抽油杆升降的速度也可以被调节。
图3示出了根据本实用新型的一优选实施例的部分油路图,在该优选实施例中,请结合图2,二次控制技术单元1为双向作用柱塞泵,势能蓄能器4为飞轮,其将抽油杆的重力势能转化为自身的旋转动能。优选将双向作用柱塞泵、滑差电机以及飞轮共轴布置,使得液压抽油机的结构紧凑。控制器5为比例减压阀,位移传感器为常闭的上部接近开关6A和下部接近开关6B,当然,接近开关也可以为常开型。比例减压阀根据接近开关的电信号来选择对比例电磁铁5A还是5B通电,从而控制双向作用柱塞泵的正反向操作。在本实施例中,该抽油杆保护装置包括压力开关7,压力开关7通过电气控制箱8电连接到比例减压阀,此处的压力开关7也可以替换为模拟量的压力传感器。根据该优选实施例的液压抽油机的工作原理如下:
自动状态
在活塞杆和抽油杆上下往复运动时,上部和下部接近开关不断的感应活塞杆的存在而发出信号,然后通过电气控制箱转换为使比例电磁铁5A和5B往复的信号来控制双向柱塞泵的正反向运动。具体如下:
当井下泵的抽油杆处于下降阶段时,抽油杆自重带动油缸2向下运动,上部接近开关6A断开,比例电磁铁5B通电,比例减压阀5控制双向作用柱塞泵1反向工作用作马达,驱动滑差电机3的轴以及与滑差电机3连接的飞轮4转动,允许抽油杆的势能被回收或存储在飞轮4中,作为滑差电机3所允许的9%-11%的滑差范围,优选为11%。
当井下泵的抽油杆处于上升阶段时,下部接近开关6B断开,比例电磁铁5A通电,比例减压阀5控制双向作用柱塞泵1作为正向泵使用,滑差电机3以及飞轮4所储存的能量驱动双向作用柱塞泵1打出压力油,推动油缸2向上运动,从而带动井下泵的抽油杆上升抽油。
手动状态
当在手动状态下工作时,与在自动状态下的不同点在于不能在电气控制箱的控制界面手动调节比例电磁铁的通电电流,只能通过调节电气控制箱内采集的电流数值来改变速度,从而不能轻易调节抽油杆的升降速度,在现场生产作业当中可以起到低速安全保护的作用。
在上述两种工作状态下,若出现抽油杆卡死的情况,液压抽油机则进行如下操作:
在抽油杆卡住时,油缸内的压力过高,压力开关7发送电信号给电气控制箱8,进而使比例减压阀5的电磁铁交替得电,其中均采集低电流信号,此时比例减压阀5控制双向作用柱塞泵来回往复低速运动,从而上下移动抽油杆以将其松动,直到压力低于设定值时,抽油杆恢复为正常工作状态,若持续高压力,则发送停机指示,并停止滑差电机3。若检测到油缸内的压力过低时,则说明液压抽油机出现故障,发送停机指示,并停止滑差电机3。
根据本实用新型的液压抽油机具有以下优点:
通过用比例减压阀5控制二次控制技术双向作用柱塞泵1,在控制当中保证了滑差电机3的运转方向固定,即始终沿同一个方向转动,飞轮4储存了抽油杆下降过程传递过来的重力势能。
由于飞轮(蓄能器)4储存了抽油杆下降过程中的重力势能,并且在之后抽油时该重力势能得到释放被重新利用来驱动液压泵,因此,根据本实用新型的液压抽油机降低了电能损耗,从而可以使用功率较小的电机。
另外,在滑差电机9%-11%的滑差范围内,根据本实用新型的液压抽油机将传统的机械抽油机运行速度的正弦波转换为图1所示的近似矩形波,油缸活塞杆的运行速度稳定,如图1中折线的水平段所示。与传统的机械抽油机相比,能够控制油缸的活塞杆在下降过程中速度缓慢,充分采油,而在充满油之后快速上升,使得流出的油减少,提高了工作效率并且提高了产量。
与传统的机械抽油机的运行速度取决于时间不同,本实用新型的液压抽油机依赖于冲程,通过将上冲程和下冲程的速度设定成期望的值,能达到90%的高填充因数,远远高于传统机械抽油机的70%。这是通过对双向作用柱塞泵1的排量进行正向和反向调节从而对油缸产生预定的流量实现的。因此,根据不同的原油特性,通过对变量泵的排量控制,在任何时候都能优化下冲程速度,实现了高的填充因数。
本实用新型通过结合滑差电机、双向作用柱塞泵以及飞轮,提高了产量,节省了电能,降低了设备功率。
另外,本实用新型通过设置抽油杆保护装置,防止抽油杆卡死,从而增加了抽油杆的工作时间并延长了其寿命。
对于本领域技术人员而言,其它优点和变型是显而易见的。因此本实用新型就其更宽泛的意义而言不限于所示和所述的具体细节、代表性结构以及示例性示例。

Claims (10)

1.一种液压抽油机,其特征在于,该液压抽油机包括二次控制技术单元(1)、由二次控制技术单元(1)控制进而带动抽油杆往复移动的油缸(2)、用于设定油缸活塞杆的冲程的位移传感器、与二次控制技术单元(1)传动连接的滑差电机(3)、与滑差电机传动连接的势能蓄能器(4)以及基于位移传感器的信号控制二次控制技术单元(1)运动的正反向的二次控制技术单元控制器(5)。
2.根据权利要求1所述的液压抽油机,其特征在于,滑差电机(3)、位移传感器以及二次控制技术单元控制器(5)均电连接到液压抽油机的电气控制箱(8)。
3.根据权利要求1所述的液压抽油机,其特征在于,所述二次控制技术单元(1)是双向作用柱塞泵,所述二次控制技术单元控制器(5)是比例阀。
4.根据权利要求3所述的液压抽油机,其特征在于,所述比例阀是比例减压阀。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液压抽油机,其特征在于,所述势能蓄能器(4)是飞轮。
6.根据权利要求1-4任一项所述的液压抽油机,其特征在于,所述位移传感器为分别设置在油缸支架上部和下部的上部接近开关(6A)和下部接近开关(6B)。
7.根据权利要求1-4任一项所述的液压抽油机,其特征在于,二次控制技术单元(1)、滑差电机(3)和势能蓄能器(4)共轴布置。
8.根据权利要求1-4任一项所述的液压抽油机,其特征在于,所述滑差电机的滑差范围为9%-11%。
9.根据权利要求1-4任一项所述的液压抽油机,其特征在于,还包括检测抽油杆运动状况的抽油杆保护装置,所述抽油杆保护装置经由电气控制箱(8)与二次控制技术单元控制器(5)电连接。
10.根据权利要求9所述的液压抽油机,其特征在于,所述抽油杆保护装置包括检测油缸中油压的压力开关(7)。
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