脉动往复式液压抽油机 【技术领域】
本发明涉及一种脉动往复式液压缸的抽油装置， 具体涉及一种脉动往复式液压抽油机。 背景技术 目前， 在石油开采中广泛使用的抽油机种类繁多， 结构形式多种多样， 产品有调径 变距系列抽油机、 下偏杠铃型游梁复合平衡抽油机、 摆杆式抽油机、 链条式抽油机及滑动式 柔性抽油等。机械式有杆抽油机的共同特点是经久耐用、 维修方便、 可靠性好， 但也具有装 机功率大、 能耗高、 效率低以及制动控制差等明显的缺陷。
为了解决上述机械式抽油机存在的一些问题， 人们在抽油机中应用了液压技术， 它容易实现抽油机的长冲程、 低冲次， 可使抽油机的整机重量和占地面积都大大减少， 这一 特点尤其适合于稠油、 低产井的原油开采。 与常规游梁式抽油机相比， 液压抽油机参数调节 方便， 容易实现无级调节， 能较好地适应各种不同工况， 还可实现工作载荷的全过程平衡。 在抽油机的传动链中加入了液压传动环节， 很容易实现工作参数的动态监测和自动控制， 有效地提高了抽油机的灵活性和实用性。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足， 应用液压技术的优点， 发明了一种脉动往复式液 压抽油机。本发明提供一种脉动往复式液压抽油机， 是一种能在上下冲程中实现连续抽油 的抽油机， 达到结构简单、 操作方便、 效率高、 灵活性和适应性强的目的。
其技术方案为 ：
一种脉动往复式液压抽油机， 包括平衡式活塞泵、 活塞杆、 脉动式活塞泵、 脉动式 活塞泵、 出油阀、 进油阀和活塞阀、 气液分离器、 补液回路和安全回路， 其特征在于， 抽油机 的下端安装有气液分离器， 中间设置有平衡式活塞泵， 上端安装有脉动式活塞泵， 在补液回 路给脉动式活塞泵补液完成后， 通过电机驱动曲轴， 并进一步驱动脉动式活塞泵， 最终通过 油液驱动平衡式活塞泵的活塞杆上下运动， 以及出油阀、 进油阀和活塞阀开闭， 实现油液的 举升。
加入产液后， 通过曲轴驱动的动力液活塞和产液活塞上下运行， 进而使平衡式活 塞泵内的活塞杆上的上活塞和下活塞上下表面受到的液体作用力不同， 最终实现活塞杆的 上下运动， 由于运动时产生的压力差促使进原油通过活塞阀， 进油阀和出油阀的关闭实现 原油的举升。
进一步优选， 所述平衡式活塞泵的上缸与脉动式活塞泵的环空连通， 其下缸通过 旁通通道与脉动式活塞泵的油管连通 ； 上、 下活塞由活塞杆刚性连接， 活塞杆中间设有上下 腔通道， 环空用分割器使其与泵体相分离， 上下缸用上下缸隔板使其各自独立。
进一步优选， 所述平衡式活塞泵主要由产业活塞和动力液活塞组成， 产液活塞和 动力液活塞相互独立， 由同一个曲轴驱动， 其运动方向正好相反 ； 在动力液活塞缸上设置有补液口， 在产液活塞缸上设置有出油口， 并安装有限压阀， 其产液活塞缸通过油管和旁通通 道与平衡式活塞泵的下缸相连， 动力液活塞缸通过环空与平衡式活塞泵的上缸相连。
进一步优选， 所述活塞阀、 出油阀和进油阀均为单向阀， 其开闭要与平衡式活塞泵 的活塞杆的上行和下行相配合。
进一步优选， 所述气液分离器中， 进液管和中心管与螺旋管和螺旋外套通过接头 相连， 下接头安装在进液管底部， 进液管中设置油液下行通道， 进液口安装在进液管， 油液 从进液口进入进液管后， 下行进入中心管， 部分大气泡从混合液中分离出来并上行， 从进液 孔排出， 进入油套环空， 完成油液的重力分离 ； 在中心管进入螺旋管处安装有一个促使油液 作螺旋运动的接头， 使其油液进入后作螺旋运动 ； 螺旋管使液体在进入后由下向上做圆周 运动， 外部安装有一个螺旋外套， 螺旋管与螺旋外套构成环空， 环空下边与中心管相通， 油 液从螺旋管必须下行才能进入中心管 ； 中心管与平衡式活塞泵相连 ； 工作外套的顶端安装 有放气阀。
进一步优选， 所述补液回路通过压力传感器反馈给智能控制器， 进而驱动补液油 路的电机， 电机驱动液压泵使其通过单向阀给系统进行补液。
进一步优选， 所述安全回路的主单向节流阀和单向节流阀共同构成了液压锁， 三 位六通手动换向阀， 使其能在三种不同的工况下运行， 设置有手动泵能使在抽油机断电的 情况下实现平衡时活塞泵活塞杆的自锁， 并设置有补油缸， 以及在通路上设置了单向节流 阀和溢流阀。 本发明的有益效果 ：
1. 本发明使用了液压脉动平衡式活塞泵可以方便的控制活塞的速度， 实现无级调 速， 并且降低了对工况的要求， 尤其对一些低产、 稠油井效果更好。
2. 本发明由于在抽油过程中使用了双活塞的往复驱动， 在抽油时两个活塞同时实 现上下运动， 使平衡式活塞泵的活塞同时受到液压回路的拉推作用， 增大了抽油机的推举 力。
3. 本发明在平衡式活塞泵中使用了上下活塞刚性连接， 在上活塞上安置有活塞 阀， 中间设置有上下腔通道， 使抽油机在上下行程中实现连续抽吸， 并可以方便调节上、 下 冲程的速度， 解决了上下冲程速度不同出现的 “液力冲击” 现象， 提高了抽油效率。
4. 在液压脉动平衡式活塞泵的上腔和下缸之间设置了旁通管， 实现了抽油机脉动 往复的抽油方式， 提高了系统的整体效率。
5. 本发明使用了油气自动分离装置， 实现了油气的自动分离， 进而降低子气体对 抽油过程的影响， 避免了 “大马拉小车” 和 “空吸” 等现象。
6. 本发明在驱动活塞时安装有飞轮， 并且在控制中使用液压和无线智能控制方 式， 使其结构紧凑、 质量轻、 移动方便。
7. 可以根据工况的不同实现对冲程、 冲次的适时调节， 使其更加的智能化， 并且在 控制方式上更加人性化。
8. 效率高、 控制方便、 节能效果明显特别适合低产井、 稠油井的开采要求。
附图说明
图 1 是本实用新型的工作原理结构示意图。图中 1、 泵体 ； 2、 进油阀 ； 3、 液气传感器 ； 4、 下腔 ； 5、 下活塞 ； 6、 上下腔通道 ； 7、 封 隔器 ； 8、 压力传感器 ； 9、 活塞杆 ； 10、 上下腔隔板 ； 11、 上缸 ； 12、 上活塞 ； 13、 活塞阀 ； 14、 上 腔； 15、 旁通通道 ； 16、 活塞阀 ； 17、 环空 ； 18、 油管 ； 19、 产液活塞 ； 20、 出油口 ； 21、 限压阀 ； 22、 压力传感器 ； 23、 速度传感器 ； 24、 飞轮 ； 25、 机架 ； 26、 曲轴 ； 27、 连杆 ； 28、 信号线 ； 29、 信 号线 ； 30、 信号线 ； 31、 信号线 ； 32、 A/D 转换器 ； 33、 联轴器 ； 34、 补液口 ； 35、 动力液活塞 ； 36、 液控单向阀 ； 37、 液控单向阀 ； 38、 液控单向阀 ； 39、 下缸 ； 40、 单向阀 ； 41、 光电编码器 ； 42、 油箱 ； 43、 滤油器 ； 44、 液压泵 ； 45、 电动机 ； 46、 电磁溢流阀 ； 47、 滤油器 ； 48、 油箱压力表 ； 49、 电加热器 ； 50、 远程调压阀 ； 51、 溢流阀 ； 52、 高压截止阀 ； 53、 压力表 ； 54、 蓄能器 ； 55、 高 压截止阀 ； 56、 单向阀 ； 57、 电接点压力表 ； 58、 高压截止阀 ； 59、 调速阀 ； 60、 两位两通电磁 换向阀 ； 61、 双向电动机 ； 62、 双向液压泵 ； 63、 单向阀 ； 64、 溢流阀 ； 65、 单向阀 ； 66、 补油罐 ； 67、 溢流阀 ； 68、 单向节流阀 ； 69、 三位六通手动换向阀 ； 70、 手动泵 ； 71、 单向节流阀 ； 72、 D/ A 转换器 ； 73、 智能控制器 ； 74、 无线通信模块 ； 75、 放大器 ； 76、 放大器 ； 77、 放大器 ； 78、 放大 器； 79、 变频器 ； 80、 电动机 ； 81、 液控单向阀 ； 82、 放气阀 ； 83、 工作外套 ； 84、 螺旋管 ； 85、 螺 旋外套 ； 86、 接头 ； 87、 进液口 ； 88、 中心管 ； 89、 下接头 ； 90、 进液孔 ； 91、 油套环空 ； 92、 井筒 ； 93、 螺旋通道 ； 94、 中心通道 ； 95、 平衡式活塞泵 ； 96、 脉动式活塞泵。
图 2 是脉动往复式液压抽油机活塞泵上行工作原理图。
图 3 是脉动往复式液压抽油机活塞泵下行工作原理图。 具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
参照图 1， 油气混合液要经过油气分离器整个过程， 即原油 ( 含有气体 ) 进入到井 筒 90， 在泵上冲程， 油气混合液从进液管 87 下行进入中心管 88 过程中， 部分大气泡从混合 液中分离出来并上行， 从进液孔 92 排出， 进入油套环空 91， 完成第 1 次分离即重力分离。 但 大部分小气泡仍被液体携带经中心管 88 继续上行， 经特殊接头 86， 进入螺旋管 84。混合液 进入螺旋通道 93 后， 液体和气体同时沿轴线作圆周运动， 密度小的气体向轴线靠近， 并通 过叶片与螺旋管 84 之间的间隙上升到放气阀 82 下部， 密度大的液体 ( 水和油 ) 则远离轴 线而靠近螺旋外管上行， 在泵的吸入力和螺旋力的作用下， 转向进入螺旋外管 85 和工作外 套 83 之间的环空， 此时完成第 2 次分离即螺旋分离过程， 使混合液中大部分小的气泡在螺 旋力的作用下从混合液中分离出来。经 2 次分离后的混合液在螺旋外管 85 和工作外套 83 之间的环空下行过程中， 混合液中剩余的气体在重力作用下又上升到放气阀 82 下部， 这样 完成第 3 次分离。经过 3 次彻底分离后的液体通过螺旋管 84 的中心通道 94 进入平衡式活 塞泵 95 内。 在平衡式活塞泵 95 的下冲程中， 在液体反馈力作用下打开放气阀 82， 聚集在放 气阀下部的气体从放气阀 82 排出。
脉动式往复式液压抽油机是由与其相配套的平衡式活塞泵 95 和脉动式活塞泵 96 组成， 在环空 17 中设置平衡式活塞泵 95， 它的上缸 11 与环空 l7 连通， 其下缸 39 通过旁通 通道 15 与油管 18 连通。在缸内设有活塞杆 9， 并且中间有上下腔通道 6， 两端有活塞 12 和 5 并刚性连接， 上下行运动方向相同， 上活塞 12 上面设有活塞阀 13。在平衡式活塞泵 95 的 进油口处设有液气传感器 3， 并通过信号线 31 和 A/D 转换器 32 与无线通信模块 74 相连， 最 后通过无线通信装置把对井下的工况传输给智能控制器 73， 对其做出及时的响应并通过智能控制器 73 做出反应， 通过 D/A 转换器 72 和光电编码器 41 连接到电动机 45， 通过联轴器 驱动液压泵 44， 通过单向阀 81 给活塞缸的补液管道 34 进行补液， 最后再由智能控制其 73 和变频器 79 控制电动机 80， 然后通过联轴器 33 驱动曲轴 26 使动力液活塞 35 和产液活塞 19 做上下往复运动， 使上缸 11 和上腔 14 产生压力差。
补液口与主补油回路相连， 主补油回路主要由油箱 42、 滤油器 43、 液压泵 44、 电动 机 45、 单向阀 40、 光电编码器 41、 电磁溢流阀 46、 滤油器 47、 油箱压力表 48、 电加热器 49、 等 组成。当环空 17 的油液压力不足时就要通过主补液回路进行补液， 通过传感器检测到环空 17 压力不足是， 通过信号线和 A/D 转换器 32， 最后由无线通信模块 74 传到智能控制器 73， 对主补液回路进行开启的控制， 对系统进行补油， 使系统在开始工作时给油管 18 内加入引 导液， 否则会因为平衡式活塞泵 95 上下缸内的压力不平衡而失去下行动力， 进而导致其不 能正常工作。
液压抽油机当管路破裂而漏油使可能将油箱小的大部分补液油损失掉， 不仅造成 巨大浪费， 还会因无油而使整个系统瘫痪。 因此存油箱中装有液位控制器是十分必要的， 液 位一旦低于设定油面时， 控制电路便被接通， 启动了自动停机报警程序。油液的压力表 48 处设置有液位传感器， 报警的开关就是液位传感器的开关， 最后是在智能控制器的控制下 决定是否对报警回路进行开启。报警回路开启后， 开始声光报警。 油温控制回路的控制原理也与液位控制原理相向。一日因故油温高于预设值时， 就会通过传感器与智能控制器 73 启动自动停机报警程序。
油管 18 与辅助补油回路相连， 提高抽油泵在抽吸过程中抽油泵的充满系数， 也需 要补油装置在开始补油后根据智能控制器对系统的油液进行及时地补充。 通过压力传感器 8 对平衡式活塞泵 95 的工作压力进行及时地检测， 并通过信号线 30 和 A/D 转换器 32 以及 放大器 76， 最后通过无线通信模块 74 传送到智能控制器 73， 最后决定是否启动补油装置对 系统进行补油。补油回路要实现平衡式活塞泵 95 中活塞杆上行快、 下行慢的特殊运动规 律， 以进一步提高井下抽油泵的充满系数。补油回路主要包括蓄能器 54、 溢流阀 51、 单向阀 56、 调速阀 59、 二位二通电磁换向阀 61、 高压截止阀 52、 高压截止阀 55 和压力表 53 等。显 然， 蓄能器 54 通过溢流阀 51 所在的这个管路进行充液， 而溢流阀 51 的开闭出油源压力来 进行控制。溢流阀 51 开启压力设置到稍大于油源压力的的最大值， 并令溢流阀 46 的开启 压力远大于溢流阀 51 的开启压力。当平衡式活塞泵 95 中的由于一些原因使其压力大于溢 流阀 51 的开启压力时， 使溢流阀 51 开启， 蓄能器 54 开始充液。当泵内的压力不足时， 蓄能 器 54 存储的高压油将经单向阀 56、 调速阀 59， 进入二位二通电磁换向阀 60 中的入口。电 磁换向阀 60 开通方向由智能控制器 73 对系统压力进行收集与对比后， 通过 D/A 转换器 72 对其进行控制， 进而能够提高泵内的油的充满系数， 使系统能够匀速的进行工作。
安全控制回路， 主要用于突然开启电源和突然断电， 避免系统受到液压力冲击， 造 成系统瘫痪的状况。主要有双向电动机 61、 双向液压泵 62、 单向阀 63、 溢流阀 64、 单向阀 65、 补油罐 66、 溢流阀 67、 单向节流阀 68、 三位六通手动换向阀 69、 手动泵 70、 单向节流阀 71、 夜控单向阀 37、 液控单向阀 38 等组成。回路的两端分别与平衡式活塞泵 95 的环空 17 和下缸 39 相连， 环空 17 与上腔 11 相连， 液控单向阀 17、 18 相互并联， 构成自锁 ； 智能控制 器 73 控制电机 61 进而驱动双向泵 62， 油液主要由补油缸 66 来提供， 手动泵 70 主要是用于 当系统停电时作为备用油源， 给系统进行补液。单向节流阀 68 和单向节流阀共同构成了液
压锁， 保证系统的安全性。
下面主要就脉动式活塞泵的工作原理作如下说明 ：
如图 2 所示， 脉动往复式液压抽油机活塞泵上行工作原理图。
智能控制器 73 在检测了油源以及工作条件后， 控制主补油回路， 对整个系统进行 补油， 使其达到正常工作的条件下， 最后通过信号线和变频器 79， 与电机 80 相连， 最后联轴 器 33 驱动曲轴 26， 使动力液活塞 35 下行同时产液活塞 19 正在上行， 环空 17 内的动力液 由于被动力液活塞压缩， 使其压力开始上升 ； 此时， 平衡式活塞泵 95 的下活塞 5 处于下端。 当环空动力液压力上升到一定值时， 动力液进入上缸 11 内， 从而作用在上活塞 12 底部环面 上的作用力克服产液作用在下活塞 5 上的作用力推动活塞杆 9 连接的上、 下活塞上行 ； 此时 活塞阀 13 关闭， 进油阀 2 打开， 出油阀 16 打开 ； 结果， 上腔 14 内的产液被泵入油管 18， 井 内的产液被吸入下腔 4， 同时， 起平衡作用的产液充入下缸 39 被挤回油管 18。在井口出油 口的产液克服限压阀 21 的压力， 最后经过出油口 20 被排出。
如图 3 所示， 脉动往复式液压抽油机活塞泵上行工作原理图。
活塞杆 9 上行一直持续到动力液活塞 35 开始上行， 此时产液活塞开始下行， 动力 液活塞 35 的上行造成的真空度使环空 17 的压力降低， 最终使上缸 11 内的动力液的压力也 开始下降 ； 此时， 平衡式活塞泵 95 的上活塞 12 处于上端。产液活塞 56 下行， 缸内的高压油 液通过旁通通道 15 进入到下缸 4， 高压油液作用在下活塞 5 环面上的作用力大于作用在上 活塞 12 底部环面上的作用力， 推动活塞杆 9 连接的上活塞 12 和下活塞 5 同时下行 ； 此时 活塞阀 13 打开， 进油阀 2 出油阀 16 同时关闭 ； 最后结果使下腔 4 内的产液被泵入上腔 14， 同时， 起平衡作用的产液通过旁通通道 15 再次进入下缸 4， 上缸 11 内的动力液被压回环空 17， 同时也推动了动力液活塞 35 的上行， 压力传感器 8 实时地检测平衡式活塞泵 95 内的油 液压力， 当出现油液压力不足时， 智能控制器 73 就及时地启动补液回路和辅助补液回路， 给系统进行及时地补液， 为下一循环平衡式活塞泵 95 工作做好准备。最终实现连续抽油， 提高泵的利用率， 提高抽油机的整体工作效率。
以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 本发明的保护范围不限于此， 任何熟 悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内， 可显而易见地得到的技术方案的简 单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。