CN204283356U - 平衡装置及游梁式抽油机和塔式抽油机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种平衡装置及游梁式抽油机和塔式抽油机，所公开的平衡装置包括第一储液件，其内部存储有液体；第二储液件，其具有能够存储液体的内腔；所述内腔与所述第一储液件通过管道相连通；所述第二储液件用于安装在抽油机上且能上下往复运动；泵，其连接在所述第二储液件与所述第一储液件之间；所述泵能够将液体在所述第一储液件与第二储液件之间互相传递；控制单元，其与所述泵相连；所述控制单元能够控制所述泵增减所述内腔内的液体以使抽油机平衡。本实用新型所公开的一种平衡装置及游梁式抽油机和塔式抽油机，不需要人工调整抽油机的配重块就能够使抽油机平衡。

Description

平衡装置及游梁式抽油机和塔式抽油机

技术领域

本申请涉及石油开采领域，尤其涉及一种平衡装置及游梁式抽油机和塔式抽油机。

背景技术

抽油机是石油、天然气、煤层气开发的专用设备。我们国家石油开采方法很多，有自喷井采油、气举采油、井下无杆泵采油和抽油机采油等等。其中，抽油机采油占总采油井数的85～90％，占总采油量的70～75％。天然气井排液、煤层气井排液也大量使用抽油机。抽油机的主要结构型式之一是游梁式抽油机，其结构组成包括驴头、游梁、横梁、连杆、曲柄、平衡装置、底座、减速器、皮带传动、电动机、控制柜、润滑系统等等。采油时，电动机通过减速器驱动曲柄，连杆，带动游梁、驴头作上下往复运动，驱动井下抽油泵工作。

抽油机采油过程中悬挂器悬挂着抽油杆柱作上下往复运动，即上行程和下行程。上行程过程中电动机驱动抽油机提升油气井内抽油杆柱和井内液体，下行程过程中抽油杆柱和井内液体在自重作用下拖动抽油机下行，电动机处在发电状态。为了减少电动机功率，并且避免电动机做负功，通常在抽油机上设置配重块，即下行程过程中抽油杆柱和井内液体依靠自重作用下行做的功和电动机做的功，均由配重块储备，在上行程过程中，配重块释放储备的能量帮助提升抽油杆柱和井内液体，此时电动机输出功率与无配重块时相比较，可以大幅度减少。不论抽油机在上行程还是在下行程过程中，理论上希望电动机做功相等。

在实际使用中井下载荷随着生产的进行会不断发生变化，从而不断打破抽油机原有的平衡，要实现再平衡就需要操作人员不断的调整抽油机的平衡。目前调整抽油机的平衡是通过人工增减抽油机配重块以及移动配重块的位置的方法实现的，但由于在实际生产中随着采油的进行抽油机的平衡是不断发生变化的，这就需要人工频繁的调整抽油机的配重块或平衡块，而配重块的质量一般在1吨以上，所以操作十分不便。

实用新型内容

有鉴于现有技术的不足，本申请提供一种平衡装置及游梁式抽油机和塔式抽油机，以不需要人工调整抽油机的配重块就能够使抽油机平衡。

本申请所提供的一种平衡装置，包括：

第一储液件，其内部存储有液体；

第二储液件，其具有能够存储液体的内腔；所述内腔与所述第一储液件通过管道相连通；所述第二储液件用于安装在抽油机上且能上下往复运动；

泵，其连接在所述第二储液件与所述第一储液件之间；所述泵能够将液体在所述第一储液件与第二储液件之间互相传递；

控制单元，其与所述泵相连；所述控制单元能够控制所述泵增减所述内腔内的液体以使抽油机平衡。

优选的，所述控制单元包括控制器、电流传感器、位置传感器、液位传感器；所述电流传感器能够测量抽油机的电动机在上冲程以及下冲程时的电流；所述位置传感器能够测量所述第二储液件或抽油机上下往复运动的高度位置；所述液位传感器能够测量所述内腔内的液体的液位；所述控制器与所述电流传感器、所述位置传感器、所述液位传感器、所述泵相连，其能够根据所述电流传感器、所述位置传感器、所述液位传感器测量的信息控制所述泵增减所述第二储液件内的液体。

优选的，所述平衡装置还包括报警件，所述报警件与所述控制器相连；在所述内腔内的液体超出所述内腔容积的0.9或低于所述内腔容积的0.1时，所述控制器控制所述报警件发出报警信息。

优选的，所述报警件包括报警灯和/或报警铃。

优选的，所述管道上连接有电磁阀，所述电磁阀与所述泵、所述控制单元连接；所述电磁阀能够改变所述管道内液体的流向。

优选的，所述电磁阀为三位四通换向阀。

优选的，所述第二储液件为箱体、罐体或球形。

优选的，所述液体为水或防冻液。

本申请还提供一种游梁式抽油机，包括：

支架，其顶部设置有游梁；所述游梁具有相对的第一端与第二端，所述第一端上设置有驴头；

驱动装置，其通过曲柄连接有配重块，所述配重块连接所述第二端；

如上所述的平衡装置，所述平衡装置的第二储液件设在所述游梁的第二端上。

本申请还提供一种塔式抽油机，包括：

支架，其顶部设置有滑轮；

起重绳，其绕过所述滑轮；所述起重绳的两端分别位于所述滑轮的两侧，所述起重绳的一端用于连接抽油杆，其另一端连接有配重块；

如上所述的平衡装置，所述平衡装置的第二储液件连接所述配重块。

通过以上描述，本申请所提供的平衡装置通过将第二储液件设置在抽油机上，并通过设置控制单元进而控制泵增减所述内腔的液体，进而达到维持抽油机平衡的目的。由于控制单元可以根据抽油机的状态实时调整所述内腔内液体的多少，进而通过本申请所提供的平衡装置可以不需要人工调整抽油机的配重块就能够使抽油机平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式提供的平衡装置及游梁式抽油机示意图；

图2是本申请一种实施方式提供的平衡装置的控制原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

请参考图1及图2，本申请的一种实施方式提供一种平衡装置，包括：第一储液件1，其内部存储有液体；第二储液件2，其具有能够存储液体的内腔；所述内腔与所述第一储液件1通过管道5相连通；所述第二储液件2用于安装在抽油机上且能上下往复运动；泵3，其连接在所述第二储液件2与所述第一储液件1之间；所述泵3能够将液体在所述第一储液件1与第二储液件2之间互相传递；控制单元4，其与所述泵3相连；所述控制单元4能够控制所述泵3增减所述内腔内的液体以使抽油机平衡。

使用时，所述第二储液件2安装在抽油机支架10的抽油杆的相对一侧，即，所述第二储液件2可以与配重块14安装在支架10一侧。所述第二储液件2可以随着抽油机进行上下往复运动。在抽油过程中，随着井下载荷的不断变化，为了维持抽油机的平衡，所述控制单元4控制所述泵3增减所述内腔内的液体。

通过以上描述，本实施方式所提供的平衡装置通过将第二储液件2设置在抽油机上，并通过设置控制单元4进而控制泵3增减所述内腔的液体，进而达到维持抽油机平衡的目的。由于控制单元4可以根据抽油机的状态实时调整所述内腔内液体的多少，进而通过本实施方式所提供的平衡装置可以不需要人工调整抽油机的配重块14就能够使抽油机平衡。

所述第一储液件1可以为箱体，也可以其他可以存储液体的容器。所述第一储液件1内部存储有液体。如图1所示，所述第一储液件1可以设置在支架10下，其可以安装在抽油机的基座上，也可以安装在抽油机附近以不影响抽油机附近工具作业。当然，由于所述第一储液件1为整个平衡装置提供液体，其体积相对较大，所以所述第一储液件1可以作为其他装置的基座，比如泵3。通过此种装配，可以大大节约场地占用面积，并且，可以设置一储物箱将所述第一储液件1与泵3等组成的一体结构进行集中存放。所述液体可以在所述第一储液件1与所述第二储液件2之间传递。所述液体需要有较好的流动性，并且不具有腐蚀性。考虑到成本问题，所述液体可以使用水。考虑到中国很多油田处于北方，而水在北方冬季容易结冰进而导致所述平衡装置无法使用的问题，所述液体可以采用防冻液。所以，针对中国而言，所述液体在南方地区时可以采用水，在北方地区时所述液体采用防冻液。

所述第二储液件2具有能够存储液体的内腔，其也可以为箱体，当然也可以为其他形状的容器，比如罐体、球形，本申请并不以此为限。所述内腔与所述第一储液件1通过管道5相连通，所述液体通过所述管道5在所述第一储液件1与所述内腔之间传递，通过该传递作用，实现所述内腔内的液体的增减，进而平衡抽油机的平衡。所述管道5可以为具有一定柔性的管道5，其一端连接所述第二储液件2，所以所述管道5需跟随所述第二储液件2上下往复运动。所述第二储液件2用于安装在抽油机上且能上下往复运动，具体连接方式可以为固定连接，如螺接、焊接等方式。所述第二储液件2与抽油机的吊卡或吊钩位于支架10的相对两侧。所述第二储液件2与抽油杆的运动相对运动，所述抽油杆进行下冲程时所述第二储液件2进行上冲程，所述抽油杆进行上冲程时所述第二储液件2进行下冲程。以图1所示的游梁式抽油机为例，所述第二储液件2连接在所述抽油机的游梁11的尾部。

由于在实际生产中，所述第一储液件1与所述第二储液件2之间高度位置不同，要实现所述第一储液件1与所述第二储液件2之间液体的互相传递需要使用泵3进行外力干涉。所述泵3可以为电动泵3也可以为水轮泵3，考虑到油田生产现场精细抽取的需要，在本实施方式中优选采用电动泵3。所述泵3连接在所述第二储液件2与所述第一储液件1之间；具体的，所述泵3连接在所述管道5上，即所述管道5经过所述泵3。所述液体在管道5中经过所述泵3时流向可以发生改变，进而实现将液体在所述第一储液件1与第二储液件2之间互相传递。以图2所示为例，所述控制单元4控制所述泵3的开启与关闭，当然，在系统需要时也可以控制所述泵3的正转与反转。

进一步的，考虑到目前在工业控制系统中电磁阀6可以调整介质的方向、流量，电磁阀6里设有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来开启或关闭不同的通孔。所以在所述管道5上可以连接有电磁阀6，所述电磁阀6与所述泵3、所述控制单元4连接。所述电磁阀6能够改变所述管道5内液体的流向。如图2所示，所述电磁阀6可以接受所述控制单元4发出的电磁阀6指令来进行改向操作，所述泵3为单向泵3，只需要保持一个方向运转即可。在一个具体的实施例中，所述电磁阀6可以为三位四通换向阀。所述三位四通换向阀处于中位时，所述管道5关闭，所述泵3停止运行。在本实施例中，所述泵3只需要保持单向运转，并不需要进行频繁的正反转，其寿命可以保持更久。

请参考图2，所述控制单元4可以包括控制器、电流传感器、位置传感器、液位传感器。所述电流传感器能够测量抽油机的电动机在上冲程以及下冲程时的电流。所述位置传感器能够测量所述第二储液件2或抽油机上下往复运动的高度位置。所述液位传感器能够测量所述内腔内的液体的液位。所述控制器与所述电流传感器、所述位置传感器、所述液位传感器、所述泵3相连，其能够根据所述电流传感器、所述位置传感器、所述液位传感器测量的信息控制所述泵3增减所述第二储液件2内的液体。

相应的，所述控制器既可以为软件也可以为实体硬件，比如PLC和软PLC等等均可。人工也可对控制器施加控制信号，以实现对控制器的人工控制，比如输入程序指令、开机、关机等。所述电流传感器为所述控制器提供抽油机的电动机在上下冲程时的电流信息；所述位置传感器提供抽油机上下冲程的位置信息，进而判断抽油机处于上下冲程哪种时段；所述液位传感器将所述内腔内的液体的液位信息通过液位信号传输给所述控制器，进而控制器判断增减液体量的多少。当然，所述第一储液件1也可以设有所述液位传感器。

本实施方式所提供的平衡装置是将电流平衡法与功率平衡法有机结合到一起，实现抽油机的精确调整平衡。首先，利用抽油机上、下冲程电流比值来计算平衡率，使用所述电流传感器测量抽油机上冲程的最大电流I_上与下冲程过程中的最大电流I_下，然后通过所述控制器计算抽油机第一平衡率，所述第一平衡率为所述I_下与所述I_上的比值，即：E＝I_下/I_上。其中，所述位置传感器可以设置两个，分别设置在所述抽油机的上死点(抽油机上冲程变向处)与下死点(抽油机下冲程变向处)处，通过位置传感器感知所述抽油机吊卡的位置，然后位置传感器将位置信号传递给控制器，控制器根据位置信号进而判断出抽油机是处于上冲程还是下冲程。

如果所述第一平衡率E在80％至110％之间，则认为抽油机平衡，如果不在上述范围内则可认定抽油机不平衡，此时，所述控制器即可发出指令控制所述电磁阀6进行换位，进而实现所述内腔内的液体的增加或减少直至所述第一平衡率位于80％至110％之间。在抽油机不平衡时，所述液位传感器将内腔内的液体的液位通过液位信号传递给控制器，控制器通过所述液位信号判断出所述内腔内液体的体积，然后发出指令控制所述电磁阀6进行相应操作，以适量增减所述内腔内液体的多少。同时，所述液位传感器可以实时监测所述内腔内的液体的多少。

但是，在实际生产中，电流平衡法并不能完全保证抽油机平衡，因为不同抽油机的电机与变压器不同，它空载时的电流就达额定电流30％至40％，在负载开始增加时，电流变化并不大，而是功率因素在变化，所以对于低效抽油机即使是不平衡也很难从电流上表现出来。

相应的，利用抽油机上、下冲程能耗比值来计算第二平衡率可以更好的解决上述问题。首先，可以认为抽油机的平衡运行状态就是指电动机(驱动装置12)在上、下冲程都做正功且相等。所以，抽油机是否平衡，可以通过电动机在上、下冲程中的输出电能是否相等来进行判断。同时，电动机的输出电能与输入电能成正比，因此可以通过测试电动机在上、下冲程的输入电能是否相等来加以判断，目前，抽油机普遍采用的为三相异步电动机，通过三相对称正弦电路的传统式推导出抽油机上、下冲程载荷平衡时的公式为：

该公式中，V为电动机的输入电压，cosθ为电动机功率因数。

上述公式表示为电动机在上冲程中的功率曲线所包围的面积与电动机在下冲程的功率曲线所包围的面积相等，也就是说上冲程所耗电能与下冲程所耗电能相等。以理论推导公式为依据，存储上、下冲程的功率曲线并计算出各自所包围的曲边形面积，也就是电动机上、下冲程中所消耗的电能，然后算出其比值即为平衡率的大小。该功率平衡法综合考虑了影响抽油机平衡的包括瞬时电流、电压和功率因素在内的影响，可为抽油机的平衡测试提供较为准确可靠的分析依据，以便及时调整抽油机的不平衡状态。

本申请是对电流平衡法和功率平衡法进行有机结合，先借助于电流平衡法进行初步的判断，得出抽油机的初始平衡率，这样一旦抽油机发生严重不平衡时可以马上判断出来，以便进行调整。相应的，当电流平衡法初步判断通过后再一次运用功率平衡法进行判断，进而更加精确的判断抽油机的平衡状态，避免了采用单一方法带来的误差。

在一个较佳的实施例中，本实施方式所提供的平衡装置还包括报警件，所述报警件与所述控制器相连；在所述内腔内的液体超出所述内腔容积的0.9或低于所述内腔容积的0.1时，所述控制器控制所述报警件发出报警信息。进一步的，所述报警件包括报警灯和/或报警铃。

进一步的，所述第一储液件1与所述第二储液件2可以为同一种容积的箱体，并均安装有相应的液位传感器。报警件也可以针对所述第一储液件1内的储液情况进行报警。

请参考图1，本申请一种实施方式还提供一种游梁式抽油机，包括：支架10，其顶部设置有游梁11；所述游梁11具有相对的第一端与第二端，所述第一端上设置有驴头15；驱动装置12，其通过曲柄13连接有配重块14，所述配重块14连接所述第二端；如上所述的平衡装置，所述平衡装置的第二储液件2设在所述游梁11的第二端上。

所述支架10与所述游梁11可以为铰接，进而所述游梁11可以围绕所述支架10的顶端进行转动。所述驴头15设置在所述游梁11的第一端上，所述驴头15上通常设置有连接有吊卡的起重绳，通过吊卡连接抽油杆进而进行采油工作。所述第二端也可以视为所述游梁11的尾端，所述平衡装置的第二储液件2连接在所述第二端，具体连接方式可以有多种，比如螺接、焊接等固定连接方式均可。所述驱动装置12一般位于抽油机的基座上，一般为电动机等装置。该驱动装置12通过曲柄13连接有配重块14。因为，所述平衡装置可以视为精细调控抽油机的平衡，所以在游梁式抽油机上配重块14是必不可少的。

本实施方式所提供的游梁式抽油机通过将平衡装置的第二储液件2设置在游梁11尾部上，并通过设置控制单元4进而控制泵3增减所述内腔的液体，进而达到维持抽油机平衡的目的。由于控制单元4可以根据抽油机的状态实时调整所述内腔内液体的多少，进而通过本实施方式所提供的游梁式抽油机可以不需要人工调整抽油机的配重块14就能够使抽油机平衡。

本申请一种实施方式还提供一种塔式抽油机，包括：支架，其顶部设置有滑轮；起重绳，其绕过所述滑轮；所述起重绳的两端分别位于所述滑轮的两侧，所述起重绳的一端用于连接抽油杆，其另一端连接有配重块；如上所述的平衡装置，所述平衡装置的第二储液件连接所述配重块。

本实施方式所提供的塔式抽油机通过将平衡装置的第二储液件与配重块相连接上，并通过设置控制单元进而控制泵增减所述内腔的液体，进而达到维持抽油机平衡的目的。由于控制单元可以根据抽油机的状态实时调整所述内腔内液体的多少，进而通过本实施方式所提供的游梁式抽油机可以不需要人工调整抽油机的配重块就能够使抽油机平衡。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种平衡装置，其特征在于，包括：

第一储液件，其内部存储有液体；

第二储液件，其具有能够存储液体的内腔；所述内腔与所述第一储液件通过管道相连通；所述第二储液件用于安装在抽油机上且能上下往复运动；

泵，其连接在所述第二储液件与所述第一储液件之间；所述泵能够将液体在所述第一储液件与第二储液件之间互相传递；

控制单元，其与所述泵相连；所述控制单元能够控制所述泵增减所述内腔内的液体以使抽油机平衡。

2.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于：所述控制单元包括控制器、电流传感器、位置传感器、液位传感器；所述电流传感器能够测量抽油机的电动机在上冲程以及下冲程时的电流；所述位置传感器能够测量所述第二储液件或抽油机上下往复运动的高度位置；所述液位传感器能够测量所述内腔内的液体的液位；所述控制器与所述电流传感器、所述位置传感器、所述液位传感器、所述泵相连，其能够根据所述电流传感器、所述位置传感器、所述液位传感器测量的信息控制所述泵增减所述第二储液件内的液体。

3.如权利要求2所述的平衡装置，其特征在于：所述平衡装置还包括报警件，所述报警件与所述控制器相连；在所述内腔内的液体超出所述内腔容积的0.9或低于所述内腔容积的0.1时，所述控制器控制所述报警件发出报警信息。

4.如权利要求3所述的平衡装置，其特征在于：所述报警件包括报警灯和/或报警铃。

5.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于：所述管道上连接有电磁阀，所述电磁阀与所述泵、所述控制单元连接；所述电磁阀能够改变所述管道内液体的流向。

6.如权利要求5所述的平衡装置，其特征在于：所述电磁阀为三位四通换向阀。

7.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于：所述第二储液件为箱体、罐体或球形。

8.如权利要求1所述的平衡装置，其特征在于：所述液体为水或防冻液。

9.一种游梁式抽油机，其特征在于，包括：

支架，其顶部设置有游梁；所述游梁具有相对的第一端与第二端，所述第一端上设置有驴头；

驱动装置，其通过曲柄连接有配重块，所述配重块连接所述第二端；

如权利要求1至8任意一项所述的平衡装置，所述平衡装置的第二储液件设在所述游梁的第二端上。

10.一种塔式抽油机，其特征在于，包括：

支架，其顶部设置有滑轮；

起重绳，其绕过所述滑轮；所述起重绳的两端分别位于所述滑轮的两侧，所述起重绳的一端用于连接抽油杆，其另一端连接有配重块；

如权利要求1至8任意一项所述的平衡装置，所述平衡装置的第二储液件连接所述配重块。