本发明提供了一种新的机械采油设备。 目前,机械采油设备常用的有有杆采油设备和无杆采油设备,有杆采油设备是用得最多的一种,有杆采油设备主要有游梁式抽油机和链条抽油机。这两种抽油机都各有不足之处:游梁式抽油机平衡效果差,且扭矩大,冲程小,用钢量大;链条抽油机平衡效果虽较好,但气平衡系统和机械换向系统复杂,成本高,易出故障。
针对以上问题,本发明提出了一种新型的长冲程均平衡抽油机,旨在改善抽油机的平衡效果和提高整体效率,并节省钢材,降低成本,增大抽油机的冲程以增大排液量。
本发明的目的是这样实现的:主要组成部分有电机、减速器、制动器、滚筒、平衡重、井架、转向舵轮、小胶车、钢丝绳胶带、缓冲器和控制系统等。电机与减速器用联轴器连接,减速器与滚筒之间用联轴器连接,滚筒是双向滚筒,正向绕的钢丝绳胶带通过转向舵轮接悬绳器,反向绕的钢丝绳胶带通过转向舵轮与平衡重联接;滚筒的另一端装有与滚筒同轴的齿轮,齿轮旁边有监测传感器,控制信号取自该监测齿轮。电机、制动器、监测传感器均与控制系统电连接,受控制系统控制。平衡重是一个铁箱,内部由重量适当的若干块钢渣压制块或混凝土块充填。钢渣是炼钢中的废品,钢渣压制块比重较大,且成本低。平衡重的重量可以方便地调节。从而能保证电机在上下冲程中负载均衡,故此种抽油机称为均平衡抽油机。
图1是本发明所提出的长冲程均平衡抽油机的结构示意图。
图2是本发明所提出的长冲程均平衡抽油机的原理图。
图3是本发明所提出的长冲程均平衡抽油机的控制系统原理图。
图中,1-光杆,2-悬绳器,3-钢丝绳胶带,4-转向舵轮,5-转向舵轮,6-滚筒,7-转向舵轮,8-转向舵轮,9-导轨,10-导轮,11-平衡重,12-弹簧缓冲器,13-井架,14-减速器,15-电机,16-制动器,17-控制系统,18-监测齿轮,19-监测传感器,20-滚筒支臂,21-小绞车,22-液压千斤顶,23-平衡重安全围栏,24-控制系统电源,25-过流、断相、短路保护电路(电流监测电路),26-控制驱动电路,27-不间断电源(UPS),28-控制执行电路(KS),29-主机CPU,30-信息显示和手动控制板,31-与CPU独立的应急控制电路,32-平面铰链支座,33-前舵轮横支杆。
下面结合附图详细描述本发明的具体结构及工作过程。
该抽油机的结构及传动过程是:电机(15)轴的输出端用联轴器与减速器(14)联接,减速器(14)的输出端与滚筒(6)之间用联轴器联接,滚筒(6)上正向绕钢丝绳胶带(3),通过转向舵轮(4)(5)接悬绳器;滚筒上反向绕钢丝绳胶带(3′),通过转向舵轮(7)(8)与平衡重(11)连接,平衡重(11)沿导轨(9)作上下运动;滚筒(6)地另一端装有与滚筒同轴的监测齿轮(18),齿轮(18)旁边装有监测传感器(19)。
控制系统(17)与电机(15)、制动器(16)、监测传感器(19)电连接。控制系统(17)是以单片机为核心的微机控制系统,控制信号取自监测齿轮(18),用双向晶闸管来控制电机换向。
平衡重(11)是一个铁箱子,在箱子上装有导轮,箱子内充填重量适当的若干块钢渣压制块或混凝土块。在平衡重(11)的下面装一个弹簧缓冲器(12),以抵消平衡重到达最低点时的冲击,使得整个系统在运行过程中比较平稳,在平衡重(11)的周围设有安全围栏,以免发生危险。
平衡重的重量G取悬点最小载荷(Pmin)加上悬点最大载荷(Pmax)与悬点最小载荷(Pmin)之差的一半,即
G=Pmin+(Pmax-Pmin)/2
由于平衡的均匀性,电机的功率取决于(Pmax-Pmin)/2和光杆平均速度。
为补偿无功功率,提高功率因素,在电机(15)上并联电容器。
该抽油机的工作过程是:开始时,平衡重(11)在最低点,光杆(1)在最高点,电机(15)正向起动,起动后电机(15)拉平衡重(11)开始上行,光杆(1)开始下行,当平衡重上行到接近最高点时,控制系统(17)指令电机(15)断电,这时平衡重(11)的重量大于光杆的下行载荷(即最小载荷Pmin),但由于系统动能(惯性)的作用,平衡重(11)仍能向上滑行一段距离,滑行一段距离后停止,光杆(1)到达下死点,结束了光杆(1)的下冲程。当平衡重(11)到达最高点停止后,电机(15)反向起动,起动后电机(15)拉光杆(1)上行,平衡重(11)下行。当光杆(1)接近上死点时,控制系统(17)指令电机(15)断电。这时平衡重的重量小于光杆上行载荷(即最大载荷Pmax),平衡重(11)滑行后在缓冲器(12)作用下平稳地停在最低点,完成光杆的上冲程。此时,电机(15)又正向起动,开始下一个冲程。在换向过程中,当系统本身平稳地停止以后,电机再反向起动。因此大大减小了机械冲击,可以延长抽油机的使用寿命。
该抽油机控制系统的功能:①当抽吸工况发生变化时,根据电机(上、下冲程)电流的变化,主机CPU可将电流差转换成平衡重的平衡的偏差,并显示在显示板上,如规定这个偏差大于5%时(或者说平衡效果低于95%时),控制系统将自动将平衡重停在最低点,并发出调平信息,显示平衡重需要增或减的重量;②当电机发生过流、断相、短路等故障时,控制系统将指令电机停止,并显示故障原因;③当电源突然断电时,不间断电源支持主机不致丢失检测数据。电力液压制动器自动上闸;④当发生突然断杆(指抽油杆),监测传感器将立即发出信息,CPU将立即指令制动器制动。一般这种故障发生在光杆的上冲程的开始;⑤当某一个冲程不到位电机停止,CPU将会使下一个冲程自动补回冲程损失,同时,光杆到达极限位置时,CPU出现误操作,应急控制电路(31)会立即驱动制动器制动,并指令电机断电;⑥控制系统可以在手动控制板上设置换向时的停留时间,因此,可以在平衡重在最低点时设置适当的停留时间,以实现根据不同的抽吸工况,选择不同的冲次。同时控制系统也可以确定不同的冲程。
该抽油机的修井作业方法:①当测示功图时,先在手动控制板上令平衡重停在最高点,卡住光杆。装上滚筒支臂,用液压千斤顶顶起支臂,使平衡重再上升一段高度,悬绳器(2)处于松开状态,加上压力传感器,缓慢地放下支臂,撤走千斤顶,以测出示功图;②修井时,仍是先将平衡重停在最高点,卡住光杆,再用千斤顶顶起支臂,从悬绳器处摘下钢丝绳胶带,作业人员沿井架扶梯爬上去。先用细钢丝绳将前舵轮(4)挂在小绞车轴勾上,再松开舵轮(5)轴上的螺母,摘下前舵轮横支杆右边的挂勾,用小绞车拉回前舵轮后,棘爪卡住棘轮。修井后,将前舵轮放回,挂上横支杆挂勾,旋紧螺母即可。
本发明的特点:①由于平衡重(11)是由钢渣压制块或混凝土块充填而成,故可方便地调节其重量,使电机在上下冲程中负载均衡;②由于系统平衡效果好,使减速器扭矩大大减小,电机功率也大大减小,降低了成本,提高了效率;③井架和整机结构合理,平衡重用钢渣压制块或混凝土块来充填,整机重量减轻,节约了大量铁材。例如,12型的游梁抽油机,整机钢铁总重量为30余吨;12型的链条抽油机,整机钢铁总重量为14吨,而依据本发明所提出的同型号长冲程均平衡抽油机,整机总重量为15吨,其中钢铁总重量只有7吨。如果平衡重铁箱内用铁块充填,则铁箱的体积可以缩小一半,但每台抽油机的成本增加1.2-1.5万元;④采用电机换向,可选用能够适应频繁启动且启动性能好的YXQR新系列电机,克服了机械换向的机构复杂、冲击大、成本高之不足,且较大地提高了换向效率;⑤采用微机控制系统,控制信号取自与滚筒同轴的齿轮,控制精度高,而且安全可靠;⑥电机、减速器、滚筒、控制系统等安装在井架下面,便于安装和维修;⑦钢丝绳胶带用做传动带,耐疲劳性能好,使用寿命长,可靠性高;⑧控制系统可以根据不同的抽吸工况选择不同的冲程和冲次;⑨成本低于同型号的游梁抽油机和链条抽油机;⑩修井作业方便。