CN203239661U - 液压式抽油机的动力单元及相应的液压式抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了液压式抽油机的动力单元及相应的液压式抽油机。液压式抽油机的动力单元包括：电机；传动连接且由电机驱动的至少一个第一二次液压控制单元和至少一个第二二次液压控制单元；与第一二次液压控制单元液压连接的第一液压分流马达，其与用于使第一组抽油杆同步往复运动的第一组驱动装置液压连接；与第二二次液压控制单元液压连接的第二液压分流马达，其与用于使第二组抽油杆同步往复运动的第二组驱动装置液压连接；适于设定第一、第二组抽油杆的冲程的第一、第二传感器系统；适于基于传感器系统的信号控制各个二次液压控制单元的运转方式的控制阀，其构造成适于使在第一和第二二次液压控制单元运转的至少部分时段内，其中一个用作马达，与电机一起驱动用作泵的另一二次液压控制单元。能用于多口井。

Description

液压式抽油机的动力单元及相应的液压式抽油机

技术领域

本实用新型涉及一种采油设备，特别是涉及一种液压式抽油机的动力单元以及一种包括该动力单元的液压式抽油机。

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他原因，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”，现在最常用的就是游梁式抽油机，通常被称作“磕头机”。游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、三相异步电机和辅助装备等组成。采油时，综合效率比较低，功率因数比较小，电能消耗高。而且，这种游梁式抽油机体积庞大，节能效率低，成本高，产量低，而且安装维修不便。

为此，中国专利CN202181885U公开了一种液压式抽油机，其具有二次控制液压单元、由二次控制液压单元控制进而带动抽油杆往复运动的油缸、用于设定油缸活塞杆（即，抽油杆）的冲程的传感器、与二次控制液压单元传动连接的异步电机、与异步电机传动连接的势能蓄能器（优选采用飞轮的形式）以及基于上述传感器的信号控制二次控制液压单元运动正反向的二次控制液压单元控制器。利用这种液压式抽油机，可以根据油井的特性灵活地控制冲程和速度，从而，能够充分采油，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，提高了生产效率。

这种液压式抽油机仅能用于一口井，即，每口井都需要配备这种液压式抽油机。然而，实际中，在一个较近的区域往往具有多口井，如果为每口井都单独配备一个液压式抽油机，会使得设备的成本剧增，安装空间受限，而且不能在多口井之间实现能量的最佳分配。

在这种情况下，迫切需要一种能够高效运行且可用于多口井的液压式抽油机的动力单元。

实用新型内容

考虑到现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够高效运行且可用于多口井的液压式抽油机的动力单元。

根据本实用新型的第一个方面，提供了一种液压式抽油机的动力单元，其特征在于，所述动力单元包括：

电机；

传动连接且由电机驱动的至少一个第一二次液压控制单元和至少一个第二二次液压控制单元；

与第一二次液压控制单元液压连接的第一液压分流马达，所述第一液压分流马达与用于使包括至少两个抽油杆的第一组抽油杆同步往复运动的第一组抽油杆驱动装置液压连接；

与第二二次液压控制单元液压连接的第二液压分流马达，所述第二液压分流马达与用于使包括至少两个抽油杆的第二组抽油杆同步往复运动的第二组抽油杆驱动装置液压连接；

适于设定第一组抽油杆的冲程的第一传感器系统；

适于设定第二组抽油杆的冲程的第二传感器系统；以及

适于基于所述第一和第二传感器系统的信号分别控制各个第一二次液压控制单元和第二二次液压控制单元的运转方式的控制阀，所述控制阀被构造成适于使在第一和第二二次液压控制单元运转的至少部分时段内，其中一个二次液压控制单元用作马达，与电机一起驱动用作泵的另一个二次液压控制单元。

优选地，所述控制阀被构造成适于使第一和第二二次液压控制单元交替地用作马达和泵。

优选地，所述第一和/或第二组抽油杆驱动装置包括油缸和/或液压绞车。

优选地，所述第一和/或第二二次液压控制单元是双向柱塞泵；和/或所述控制阀是比例减压阀或比例换向阀或普通电磁换向阀与压力阀的组合；和/或第一组抽油杆中的抽油杆的数量等于第二组抽油杆中的抽油杆的数量。

优选地，所述第一传感器系统是由所述第一组抽油杆中的每个抽油杆所对应配备的第一位移传感器构成的第一组位移传感器；和/或所述第二传感器系统是由所述第二组抽油杆中的每个抽油杆所对应配备的第二位移传感器构成的第二组位移传感器。

优选地，所述第一和/或第二组位移传感器中的至少一个由上部接近开关和下部接近开关构成。

优选地，所述控制阀被构造成适于基于第一组位移传感器的信号与第二组位移传感器的信号之间的“或”的关系控制各个第一二次液压控制单元和第二二次液压控制单元的运转方式。

优选地，所述第一传感器系统由配置给所述第一组抽油杆中的一个抽油杆的位移传感器构成；和/或所述第二传感器系统由配置给所述第二组抽油杆中的一个抽油杆的位移传感器构成。

优选地，电机、第一和第二二次液压控制单元同轴布置。

优选地，所述动力单元还包括通过控制阀向第一和第二二次液压控制单元供给控制油的控制泵，所述控制泵与电机、第一和第二二次液压控制单元同轴布置。

根据本实用新型的第二个方面，提供了一种液压式抽油机，其特征在于，所述液压式抽油机包括至少一个上述动力单元。

本实用新型的液压式抽油机的动力单元能够高效地用于多口井的同时采油，且能耗低，设备结构简单，成本低，占用空间小。而且，本实用新型的液压式抽油机能够耐受更大的风，仅需要为每口井配备一个油缸，且许多口井可共用一个液压动力单元。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本实用新型，可以更好地理解本实用新型的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的液压式抽油机的动力单元的简图。

具体实施方式

下面，将参看附图更详细地描述本实用新型的具体实施例，以便更好地理解本实用新型的基本思想。

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的液压式抽油机的动力单元100的简图。

如图1所示，该动力单元100包括：电机1；与所述电机1传动连接从而由所述电机1驱动的第一二次控制液压单元2；与第一二次控制液压单元2液压连接的第一液压分流马达3；也与电机1传动连接从而由所述电机1驱动的第二二次控制液压单元4；与第二二次控制液压单元4液压连接的第二液压分流马达5；与第一液压分流马达3液压连接从而由第一液压分流马达3驱动的三个油缸，即第一油缸61、第二油缸62和第三油缸63，它们构成第一组油缸，所述第一、第二和第三油缸61、62、63分别通过相应的第一、第二和第三油缸活塞杆611、621、631带动第一、第二和第三抽油杆（未示出）往复运动；与第二液压分流马达5液压连接从而由第二液压分流马达5驱动的另外三个油缸，即第四油缸64、第五油缸65和第六油缸66，它们构成第二组油缸，所述第四、第五和第六油缸64、65、66分别通过相应的第四、第五和第六油缸活塞杆641、651、661带动第四、第五和第六抽油杆（未示出）往复运动；分别用于设定第一、第二、第三、第四、第五和第六油缸活塞杆611、621、631、641、651、661的冲程（即，相应的抽油杆的冲程）的第一、第二、第三、第四、第五和第六传感器71、72、73、74、75、76；以及控制阀8，其根据来自第一至第六传感器71-76的信号控制第一二次控制液压单元2和第二二次控制液压单元4的运转方式。

如图1所示，第一二次控制液压单元2与第二二次控制液压单元4传动连接，并且通过控制阀8优选以彼此完全相反的运转方式运转，即，在第一组油缸活塞杆611、621、631和第二组油缸活塞杆641、651、661中的一组油缸活塞杆处于下降的过程中，第一二次控制液压单元2和第二二次控制液压单元4中的对应的一个通过控制阀8而被改变运转方式以用作马达，与电机1一起驱动第一二次控制液压单元2和第二二次控制液压单元4中的另一个运转以用作泵，使得该另一个二次控制液压单元通过相应的液压分流马达驱动第一组油缸活塞杆611、621、631和第二组油缸活塞杆641、651、661中的另一组油缸活塞杆上升。第一液压分流马达3能够使第一组油缸活塞杆611、621、631同步地往复运动。类似地，第二液压分流马达5能够使第二组油缸活塞杆641、651、661同步地往复运动。

如上所述，第一、第二二次控制液压单元2、4根据控制阀8的控制可用作泵或马达。通过设置两个既能用作泵又能用作马达的二次控制液压单元2、4，使得第一组油缸活塞杆611、621、631在下降过程中的势能可被用来驱动第二组油缸活塞杆641、651、661上升。反之，第二组油缸活塞杆641、651、661下降过程中的势能可被用来驱动第一组油缸活塞杆611、621、631上升。从而，大大节省了电机的能耗。

电机1可以采用普通电机，也可以采用滑差电机。

第一和第二二次控制液压单元2、4优选为双向柱塞泵，在控制阀8的作用下可以改变运转方式，在正常运转时，在输入端受驱动用作泵，以通过相应的液压分流马达驱动相应的一组油缸活塞杆上升抽油，而在一组油缸活塞杆下降产生势能时，相应的二次控制液压单元利用该势能用作马达在输出端输出扭矩，与电机1一起驱动另一个二次控制液压单元（此时用作泵）运转带动另一组油缸活塞杆上升抽油。

第一至第六油缸61-66分别安装在各自的油缸支架91-96上，第一至第六油缸活塞杆611、621、631、641、651、661分别与相应的抽油杆（未示出）连接，以带动相应的抽油杆上下往复运动。优选地，第一至第六油缸活塞杆611、621、631、641、651、661分别与相应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，这保证了井下泵的抽油杆可以长时间工作，延长了使用寿命。

第一至第六传感器71-76分别安装在相应的油缸支架91-96上，它们至少能够分别确定第一至第六油缸活塞杆611、621、631、641、651、661的往复运动的极限位置和行进方向。根据一个示例性实施例，传感器71-76可以是开关量传感器，例如分别设置在相应的油缸支架的上、下部的两个接近开关：上部接近开关711、721、731、741、751、761和下部接近开关712、722、732、742、752、762，如图1所示，上部接近开关和相应的下部接近开关之间的距离决定了相应的油缸活塞杆的冲程。根据一个示例性实施例，所述上部接近开关和下部接近开关可以为常闭型，也可以为常开型的。

根据另一个示例性实施例，第一至第六传感器71-76也可以是模拟量传感器，此时不仅可以确定油缸活塞杆的往复运动的极限位置和行进方向，而且可以确定油缸活塞杆在任何时刻的准确位置，从而理论上可以在最大冲程范围内的任何位置改变冲程。

控制阀8优选为比例阀，例如比例减压阀、比例换向阀等，其具有两个比例电磁铁81、82，根据传感器71-76传来的信号对不同的比例电磁铁通电，从而可以切换二次控制液压单元的运转方式，例如切换双向柱塞泵的运转方式。而且，根据对比例电磁铁81、82通电的电流大小，还能够改变双向柱塞泵的排量，从而改变油缸活塞杆的运动速度。控制阀8也可以通过普通电磁换向阀或压力阀或它们的组合来实现，此时速度无法电气调节，但可以手动调节。

动力单元100还包括油箱10，以给第一和第二二次控制液压单元2、4以及液压分流马达3、5等供油。优选地，所有需要供油的部件均连接到一个共用的油箱，以进一步简化结构和降低成本。

另外，动力单元100还包括控制泵11，以通过控制阀8给第一和第二二次控制液压单元2、4供给控制油来改变运转方式。第一和第二二次控制液压单元2、4以及控制泵11的输出端分别连接到泄压阀12、13、14，防止压力过高。优选地，电机1、第一和第二二次控制液压单元2、4同轴布置。更优选地，电机1、第一和第二二次控制液压单元2、4以及控制泵11同轴布置，使得这些部件均由一个电机驱动，从而整个动力单元100的结构更为紧凑。其中，在电机1、第一和第二二次控制液压单元2、4以及控制泵11之间的传动轴始终沿同一方向旋转，如图1中的顺时针方向箭头所示。当然，也可沿逆时针方向转动。

此外，第一、第二二次控制液压单元2、4的P口还通过相应的补油单向阀15、16连接到油箱10。

动力单元100通过第一至第六油缸活塞杆611、621、631、641、651和661来带动相应的抽油杆上下往复运动，从而，可通过一个动力单元100实现对多口油井抽油。理想情况下，假设第一组油缸活塞杆能够同步地达到冲程的上止点和下止点，第二组油缸活塞杆也能够同步地达到冲程的上止点和下止点。一个示例性的工作循环如下：

初始时，第一至第六油缸活塞杆611、621、631、641、651和661均位于其冲程的下止点，第一至第六传感器71-76产生对应的油缸活塞杆位于下止点的信号。此时，控制阀8接收来自第一至第六传感器71-76的信号使第一二次控制液压单元2运转用作泵，从而通过第一液压分流马达3使第一组油缸活塞杆611、621、631向上运动带动相应的抽油杆抽油，而第二二次控制液压单元4处于补油状态。此时，由于第一、第二二次控制液压单元2、4同轴连接，因此，第二二次控制液压单元4也会旋转，第二二次控制液压单元4经过补油单向阀16吸油、然后液压油经过第二二次控制液压单元4的S口回到油箱10，在整个运动过程中，控制阀8以小的控制量实现小的排量，进而油缸活塞杆以慢速运动避免了需要大的电机功率。

当第一组油缸活塞杆611、621、631从底部上升到达其冲程的上止点时，下一步将向下运动，控制阀8接收来自传感器71-73的信号使第一二次控制液压单元2用作马达，并使第二二次控制液压单元4用作泵，第一二次控制液压单元2将第一组油缸活塞杆和相应的抽油杆下降产生的重力势能转化为其输出端的旋转动能传输至第二二次控制液压单元4，从而，第一二次控制液压单元2与电机1一起驱动第二二次控制液压单元4运转用作泵，进而驱动第二组油缸活塞杆641、651、661上升带动相应的抽油杆抽油。

当第二组油缸活塞杆641、651、661从底部上升到达其冲程的上止点时，传感器74-76会产生第二组油缸活塞杆641、651、66到达上止点的信号，下一步将向下运动。此时，第一组油缸活塞杆611、621、631下降至其冲程的下止点，传感器71-73产生第一组油缸活塞杆611、621、631到达下止点的信号，控制阀8此时使第二二次控制液压单元4用作马达，并使第一二次控制液压单元2用作泵，第二二次控制液压单元4将第二组活塞杆和相应的抽油杆下降产生的重力势能转化为其输出端的旋转动能传输至第一二次控制液压单元2，从而，第二二次控制液压单元4与电机1一起驱动第一二次控制液压单元2运转用作泵，进而驱动第一组油缸活塞杆611、621、631上升带动相应的抽油杆抽油。如此周而复始。

根据一个示例性实施例，初始时，也可先使第二组油缸活塞杆向上运动。

另外，需要说明的是，在上述工作循环中，第一和第二组油缸活塞杆完全交替地运动，也即，在其中一组油缸活塞杆上升时，另一组油缸活塞杆下降。两组油缸活塞杆的运动方向始终是彼此相反的，这能最大限度地利用油缸活塞杆和抽油杆的下降势能，从而最大程度地节省能量。

上面假设了第一组油缸活塞杆能够同步地达到冲程的上止点和下止点且第二组油缸活塞杆也能够同步地达到冲程的上止点和下止点，在这种情况下，实际上只需为每组油缸活塞杆设置一个传感器即可，例如为第一组油缸活塞杆中的任一个油缸活塞杆和第二组油缸活塞杆中的任一个油缸活塞杆设置一个上部接近开关和一个下部接近开关。但实际中由于种种原因例如安装问题、长期工作磨损问题等无法确保第一组油缸活塞杆能够同步地达到冲程的上止点和下止点以及第二组油缸活塞杆能够同步地达到冲程的上止点和下止点，为此，需要为每个油缸活塞杆设置一个传感器，即为每个油缸活塞杆设置一个上部接近开关和一个下部接近开关，如图1所示。在这种情况下，只要第一组油缸活塞杆中的一个油缸活塞杆第一个达到了上止点或下止点，就认为第一组油缸活塞杆均达到了上止点或下止点。类似地，只要第二组油缸活塞杆中的一个油缸活塞杆第一个达到了上止点或下止点，就认为第二组油缸活塞杆均达到了上止点或下止点。进一步地，如果第一组油缸活塞杆达到了上止点或下止点，而第二组油缸活塞杆还没有达到下止点或上止点，此时就需要控制阀8来改变第一、第二二次液压控制单元的运转方式，即，它们之间是“或”的关系。

虽然例如由于极小量的泄露可导致各组油缸活塞杆不同步，但对于总冲程讲，误差非常小，因此每口井的冲程还是能够得到保证的。

根据一个示例性实施例，当二次控制液压单元为双向柱塞泵时，可通过使双向柱塞泵的摆角为正、例如正5度、正15度而使其作为泵使用，同时可通过使双向柱塞泵的摆角为负、例如负10度、例如负15度使其作为马达使用。实际中，双向柱塞泵的摆角大小是可以根据需要改变的，并不限于上述示例角度。

在前述实施例中，一个动力单元包括一个第一二次控制液压单元2和一个第二二次控制液压单元4，但第一和第二二次控制液压单元2、4的数量并不限于此，而均可以是多个，从而可以对更多个油井抽油，从而进一步降低了对安装泵组的空间要求。

而且，对于本领域技术人员来说，第一、第二液压分流马达3、5驱动的油缸数量也不局限于三个，例如也可以为2、4、5、6或更多个。

此外，第一、第二液压分流马达3、5驱动的油缸数量是相同的，但在某些情况下，也可以是不同的。

另外，对于本领域技术人员来说，第一、第二二次控制液压单元2、4并不限于在运转的所有时段内完全交替地运转用作泵和马达，也可以仅在部分时段内交替，虽然此时其中一组抽油杆的上升没有完全利用另一组抽油杆下降产生的重力势能，但是，部分地利用重力势能也能起到节能的作用。

对于本领域技术人员来说，虽然如前所述第一和第二二次控制液压单元2、4驱动第一组和第二组油缸带动抽油杆往复运动。但是，油缸及活塞杆的设置并不是必须的，也可以采用其它驱动机构来带动抽油杆抽油，例如，可以将油缸替换成现有的液压绞车，利用液压绞车的缆绳或皮带等拉动抽油杆上下往复运动。

对于本领域的技术人员而言，本实用新型的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本实用新型就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本实用新型的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (11)

1.一种液压式抽油机的动力单元，其特征在于，所述动力单元包括：

电机；

传动连接且由电机驱动的至少一个第一二次液压控制单元和至少一个第二二次液压控制单元；

与第一二次液压控制单元液压连接的第一液压分流马达，所述第一液压分流马达与用于使包括至少两个抽油杆的第一组抽油杆同步往复运动的第一组抽油杆驱动装置液压连接；

与第二二次液压控制单元液压连接的第二液压分流马达，所述第二液压分流马达与用于使包括至少两个抽油杆的第二组抽油杆同步往复运动的第二组抽油杆驱动装置液压连接；

适于设定第一组抽油杆的冲程的第一传感器系统；

适于设定第二组抽油杆的冲程的第二传感器系统；以及

适于基于所述第一和第二传感器系统的信号分别控制各个第一二次液压控制单元和第二二次液压控制单元的运转方式的控制阀，所述控制阀被构造成适于使在第一和第二二次液压控制单元运转的至少部分时段内，其中一个二次液压控制单元用作马达，与电机一起驱动用作泵的另一个二次液压控制单元。

2.如权利要求1所述的动力单元，其特征在于，所述控制阀被构造成适于使第一和第二二次液压控制单元交替地用作马达和泵。

3.如权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，所述第一和/或第二组抽油杆驱动装置包括油缸和/或液压绞车。

4.如权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，所述第一和/或第二二次液压控制单元是双向柱塞泵；和/或

所述控制阀是比例减压阀或比例换向阀或普通电磁换向阀与压力阀的组合；和/或

第一组抽油杆中的抽油杆的数量等于第二组抽油杆中的抽油杆的数量。

5.如权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，所述第一传感器系统是由所述第一组抽油杆中的每个抽油杆所对应配备的第一位移传感器构成的第一组位移传感器；和/或

所述第二传感器系统是由所述第二组抽油杆中的每个抽油杆所对应配备的第二位移传感器构成的第二组位移传感器。

6.如权利要求5所述的动力单元，其特征在于，所述第一和/或第二组位移传感器中的至少一个由上部接近开关和下部接近开关构成。

7.如权利要求5所述的动力单元，其特征在于，所述控制阀被构造成适于基于第一组位移传感器的信号与第二组位移传感器的信号之间的“或”的关系控制各个第一二次液压控制单元和第二二次液压控制单元的运转方式。

8.如权利要求1或2所述的动力单元，其特征在于，所述第一传感器系统由配置给所述第一组抽油杆中的一个抽油杆的位移传感器构成；和/或

所述第二传感器系统由配置给所述第二组抽油杆中的一个抽油杆的位移传感器构成。

9.如权利要求1、2、6和7中任一所述的动力单元，其特征在于，电机、第一和第二二次液压控制单元同轴布置。

10.如权利要求1、2、6和7中任一所述的动力单元，其特征在于，所述动力单元还包括通过控制阀向第一和第二二次液压控制单元供给控制油的控制泵，所述控制泵与电机、第一和第二二次液压控制单元同轴布置。

11.一种液压式抽油机，其特征在于，所述液压式抽油机包括至少一个如权利要求1-10中任一所述的动力单元。

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