超长行程采油装置.pdf

本实用新型是提供一种超长行程采油装置，它包括井上部分和井下部分，井上部分由井架、动力系统、地面控制系统、电机和减速器组成,通过电机正反转,实现活塞往复运动，井上部分传动系统通过链条将电机动力传递至滚筒，带动柔性轴运动，通过链条带动排绳器左右运动，确保滚筒上柔性轴排列整齐，井下部分采用超长冲程抽油泵，泵筒全长大于50米，用5根以上泵筒组成，泵筒之间用螺纹连接，确保每两根泵筒连接后内径同心度误差不大于0.02mm,螺纹轴线和泵筒同心不大于0.02mm，泵筒一端安装油管接箍I，另一端安装油管接箍Ⅱ，采用柔性抽油杆抽油。本实用新型一次性投资少，提高开采量，泵效比高，节能效果明显，使用方便。适合各种条件的油田使用。

权利要求书
1.   超长行程采油装置，它包括井上部分和井下部分，井上部分由井架、动力系统、地面控制系统、电机和减速器组成,通过电机正反转,实现活塞往复运动 ，井上部分传动系统通过链条将电机动力传递至滚筒，带动柔性轴运动，通过链条带动排绳器左右运动，确保滚筒上柔性轴排列整齐，其特征在于：井下部分采用超长冲程抽油泵，泵筒全长大于50米，用5根以上泵筒组成，泵筒之间用螺纹连接，确保每两根泵筒连接后内径同心度误差不大于0.02mm,螺纹轴线和泵筒同心不大于0.02mm，泵筒一端安装油管接箍I（1），另一端安装油管接箍Ⅱ（12），采用柔性抽油杆抽油。

2.  根据权利要求1所述的超长行程采油装置，其特征在于：所述地面控制系统由4个部分组成；伺服变频驱动单元、中央运算综合控制器、在井架支臂上安装的智能型力学传感器、安装在定滑轮上的角位移传感器，安装在井架支臂上的智能型力学传感器，将测得的应变信号转化为吊索的负荷值；通过识别柱塞下行过程中的发生负荷转移的位置，确定泵筒内有液行程长度，进而计算出上一运行周期内井下的产液速度，作为确定下一周期冲次和冲程的依据，冲程可在最大行程范围内自适应按需调整，在下死点位置已确定条件下，只要未曾断电，用非接触式高精度角位移传感器计量定滑轮角位移，均能准确定位柱塞的位置，保证柱塞定位精度， 启动和运行过程中，吊索拉力与电机转速形成闭环控制关系。

说明书超长行程采油装置
技术领域
 本实用新型涉及石油开采技术领域，确切地说它是一种超长行程采油装置。
背景技术
   石油开采中广泛使用的是游梁式抽油机、无油梁式抽油机和螺杆泵，但螺杆泵采油适用于浅井、油比较稠、含砂量较高的油井，工艺要求较高。游梁式抽油机指含有游梁，通过连杆机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，俗称“磕头机”。通常由普通交流异步电动机直接拖动。其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机工作在电动/发电状态。上升过程电机从电网吸收能量电动运行；下降过程电机的负载性质为位势负载，加之井下负压等使电动机处于发电状态，把机械能量转换成电能回馈到电网。然而，井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。恒速应用问题显而易见。如抛却这些不谈，就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。但是减速机和抽油泵都对采油影响很大，抽油泵的影响更大。虽然传统的游梁式抽油机皮实耐用、但传动路径长、机械效率低、大马拉小车、行程调参困难，并且受游梁式抽油机结构所限，抽油泵行程一般在六米左右，泵效较低，耗能较高。为此，人们又发明了无油梁式抽油机。目前市场上有一种“智能宽皮带式抽油机”（专利号200620085658.4），这种抽油机具有长冲程、低冲次，适合大泵提液、小泵深抽场合、也适合稠油开采，是推广量最大的一种无油梁式抽油机。它取消取传统意义的抽油泵，实际上以油杆做泵筒，由于油杆很长，加工质量很难保证，抽油过程中泄露严重，并且它仍然采用的是传统油梁式抽油机用的电机，还是大马拉小车，并且维修困难，成本高。中国专利号CN103670339A公开了一种“皮带钢丝绳组合牵引数字化节能抽油机”，它实际上是依靠电机的正反转带动两套皮带传动系统来拉活塞，泵的冲程还是收到限制，泵效比没有得到多大的提高。还有名称为 “一种自动化间歇抽油装置”的实用新型专利，专利号为200620147780.3），它也是依靠电机正反转来实现拉动活塞的，泵的冲程仍然受到限制。
发明内容
 本实用新型的目的是提供一种超长行程采油装置，超长行程采油装置，它包括井上部分和井下部分，井上部分由井架、动力系统、地面控制系统、电机和减速器组成,通过电机正反转,实现活塞往复运动 ，井上部分传动系统通过链条将电机动力传递至滚筒，带动柔性轴运动，通过链条带动排绳器左右运动，确保滚筒上柔性轴排列整齐，其特征在于：井下部分采用超长冲程抽油泵，泵筒全长大于50米，用5根以上泵筒组成，泵筒之间用螺纹连接，确保每两根泵筒连接后内径同心度误差不大于0.02mm,螺纹轴线和泵筒同心不大于0.02mm，泵筒一端安装油管接箍I，另一端安装油管接箍Ⅱ，采用柔性抽油杆抽油。所述地面控制系统由4个部分组成；伺服变频驱动单元、中央运算综合控制器、在井架支臂上安装的智能型力学传感器、安装在定滑轮上的角位移传感器，安装在井架支臂上的智能型力学传感器，将测得的应变信号转化为吊索的负荷值；通过识别柱塞下行过程中的发生负荷转移的位置，确定泵筒内有液行程长度，进而计算出上一运行周期内井下的产液速度，作为确定下一周期冲次和冲程的依据，冲程可在最大行程范围内自适应按需调整，在下死点位置已确定条件下，只要未曾断电，用非接触式高精度角位移传感器计量定滑轮角位移，均能准确定位柱塞的位置，保证柱塞定位精度， 启动和运行过程中，吊索拉力与电机转速形成闭环控制关系。采用φ22毫米以上抽油杆做为加重杆，解决下行遇阻问题，柔性杆与井下设备连接方式为压接方式。泵筒是多级联接而成，每节泵筒端口有外螺纹，用泵管接箍连接。
本实用新型的优点是：将泵筒设计成为多节连接，一次性投资少，提高开采量，泵效比高，节能效果明显。按照设定制度自动运行，过载及遇阻后自动停机，操作可靠。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明长冲程采油技术原理图。
图3是本发明中超长冲程抽油泵泵筒结构示意图。
图4是本发明超长冲程泵组合状态示意图。
图中1是油管接箍Ⅰ，2是拉杆，3是B室，4是柱塞出油阀，5是泵筒Ⅰ，6是柱塞，7是柱塞进油阀，8是泵筒接箍，9是泵筒Ⅱ，10是A室，11是泵筒进油阀，12是油管接箍Ⅱ；B室是泵筒上部腔室，A室是泵筒下部腔室，13是滚筒，14控制柜，15柔性杆，16滑轮，17盘根盒，18井口，19底座。
具体实施方式
 本实用新型是在现有技术的基础改进， 它包括井上部分和井下部分，井上部分由井架、动力系统、地面控制系统、电机和减速器组成,通过电机正反转,实现活塞往复运动 ，井上部分传动系统通过链条将电机动力传递至滚筒，带动柔性轴运动，通过链条带动排绳器左右运动，确保滚筒上柔性轴排列整齐，井下部分采用超长冲程抽油泵，泵筒全长大于50米，用5根以上泵筒组成，泵筒之间用螺纹连接，确保每两根泵筒连接后内径同心度误差不大于0.02mm,螺纹轴线和泵筒同心不大于0.02mm，泵筒一端安装油管接箍I，另一端安装油管接箍Ⅱ，采用柔性抽油杆抽油。柱塞6采用喷焊柱塞，柱塞6密封面长度大于或等于1.5米，柱塞6与泵筒之间的配合间隙为一级间隙。泵筒一端安装油管接箍I，另一端安装油管接箍Ⅱ12。泵筒采用拧扣摩擦钳工具在现场连接。泵筒采用精密冷拔无缝钢管，要求材料在保证标准规定强度要求的情况下，经过反复轧拔工艺，确保泵筒内外壁等壁厚，直线度不超过0.05mm/M；内外径同轴度不超过0.10mm；为保证每个单根泵筒与组装后泵筒的直线度，对每根泵筒进行下料后校直、镀铬后校直、螺纹加工后校直以及与相邻泵筒组装后校直共四道校直工序，为保证每根泵筒的直线度，要求每个班采用校正杆对珩磨机的加紧装置进行一次校正；校直后进行珩磨，在珩磨前校直泵管直线度为0.05mm/米以内，进行珩磨后进入激光熔履和镀铬以及加工螺纹，螺纹加工采用不旋转加工数控机床，用6米的涨心胎具通过以内孔定心为基准，加工泵管外螺纹，确保每两根泵筒连接后内径同心度误差不大于0.02mm,螺纹轴线和泵筒同心不大于0.01mm。
为防止螺纹加工中因震动产生的弯曲变形，螺纹加工采用工件不旋转加工工艺；确保每根成品泵管的直线度在1500mm的通径规检测时拉动灵活，每根泵管之间用泵管接箍连接起来。
泵管接箍的加工采用精度0.01mm的翻转卡盘，夹持外径先加工一端，数控机床自动翻转卡盘再加工另一端，保证接箍同轴度不超过0.02mm。
    地面控制系统设4个组成部分：伺服变频驱动单元、中央运算综合控制器（DSP和arm组成的）、井架支臂上加装智能型力学传感器、将测得的应变信号转化为吊索的负荷（即吊索拉力）值；在定滑轮上加装的角位移传感器，通过识别柱塞下行过程中的发生负荷转移的位置，确定泵筒内有液行程长度，进而计算出上一运行周期内井下的产液速度，作为确定下一周期工作制度（冲次和冲程）的依据。冲程可在最大行程范围内自适应按需调整，以满足不同产液量和不同间歇时间的要求。可以冲程做自适应动态调整，冲次固定（由上下行程的运行时长和死点处的间歇等待。也可以冲次做自适应动态调整，冲程固定；每次停机后再启动时，首先向下运行直至找到下死点。在下死点位置已确定条件下，只要未曾断电，均能准确定位柱塞的位置（用较高精度的非接触式高精度角位移传感器计量定滑轮角位移，保证柱塞定位精度不超过10cm）。 启动和运行过程中，吊索拉力与电机转速形成闭环控制关系。 启动过程：吊索拉力变化率一旦超过警戒阀值，立即调低电机的加速度；回到警戒阀值后，控制电机的转速逐步回归至指定启动转速曲线； 闭环控制的第二原则：吊索拉力值一旦超过警戒阀值，立即将电机转速调至最低，一旦超过设定的最高阀值则降致0速；回到警戒阀值后，控制电机的转速逐步回归至指定转速；闭环控制的流程： 吊索拉力信号 > 中央运算综合控制器 > 转速控制信号 > 伺服变频器 > 电机 。吊索的拉力信号可以用伺服变频器内部提供的电机的输出扭矩信号所替代。