CN103944251A - 供能装置以及含其的抽油机*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供能装置以及含其的抽油机***，该供能装置用于为一抽油机提供电能，该供能装置包括一清洁能源发电模块、一控制模块以及一蓄电模块；该清洁能源发电模块用于将清洁能源转换为电能，并将该电能输送至该蓄电模块；该蓄电模块用于存储该电能，并给该抽油机提供电能；该控制模块用于控制该清洁能源发电模块的启动和停止。本发明还提供了一种使用该供能装置的抽油机***。本发明克服了抽油机在野外工作时需要携带大量燃料，在开采过程当中需要耗费大量不可再生资源，并且对环境造成巨大污染的问题，提供了一种能够使用清洁能源，具有高效、节能、对环境友好并且机动性高的供能装置以及含其的抽油机***。

Description

供能装置以及含其的抽油机***

技术领域

本发明涉及一种供能装置，特别涉及一种供能装置以及含其的抽油机***。

背景技术

石油是世界上迄今为止应用最为广泛的一种能源，也是人类工业活动的主要能量来源，而在石油勘探和开采的过程中却消耗着大量的能量。

以游梁式抽油机为例，作为机械采油设备中温室最早的抽油机机种，由于其具有结构简单、可靠耐用等优点，一直占据着干泵采油设备的主导地位，但是由于其结构特点，使得在运转过程中“大马拉小车现象”造成能源的浪费。同时由于其结构原因，抽油机轴承的运转速度不定甚至会出现抽油机轴承运转速度高于电机运转速度的现象出现，造成无功功率的上升，甚至出现倒送电的现象。

由于石油的勘探和开采属于野外作业，抽油机需要长期在野外进行工作，在勘探试采阶段，除了抽油机以外还需要携带大量的燃料，以供应抽油机的使用消耗，这使得石油的野外勘探非常不便。

另外，抽油机连续工作时间较长，功率很高，在石油开采过程中需要消耗大量的能量，如果使用柴油电动机带动抽油机工作，还会产生大量的废气，对环境造成巨大的污染。因此石油行业迫切需要找到一种高效、节能并且对环境友好的抽油机***。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服抽油机在野外工作时需要携带大量燃料，在开采过程当中需要耗费大量不可再生资源，并且对环境造成巨大污染的问题，提供了一种能够使用清洁能源，具有高效、节能、对环境友好并且机动性高的供能装置以及含其的抽油机***。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种供能装置，该供能装置用于为一抽油机提供电能，其特点在于，该供能装置包括一清洁能源发电模块、一控制模块以及一蓄电模块；

该清洁能源发电模块用于将清洁能源转换为电能，并将该电能输送至该蓄电模块；

该蓄电模块用于存储该电能，并给该抽油机提供电能；

该控制模块用于控制该清洁能源发电模块的启动和停止。

清洁能源是指在生产和使用过程、不产生有害物质排放的能源。可再生的、消耗后可得到恢复，或非再生的(如风能、水能、天然气等)及经洁净技术处理过的能源(如洁净煤油等)。因此本发明中的清洁能源发电模块即是通过所述清洁能源来实现发电的目的。

较佳地，该供能装置还包括一电容模块；

该清洁能源发电模块还用于将该电能输送至该电容模块；

该电容模块用于存储该电能，并在该抽油机启动过程中为该抽油机提供电能；

该蓄电模块用于在该抽油机启动结束后的正常运行过程中为该抽油机提供电能。

由于抽油机的伺服电机在启动时，其电流会在很短的时间内由0mA上升至该伺服电机的额定工作电流的4-7倍，例如一伺服电机的额定工作电流为10mA，则在刚启动时该伺服电机的电流会从0mA瞬间上升至70mA，之后会逐渐降低至该伺服电机的额定工作流10mA，此时伺服电机开始正常工作，并且其电流在10mA附近波动。由于在启动瞬间伺服电机需要非常大的电流，采用蓄电池为伺服电机启动进行供能需要该蓄电池的容量非常的大，这会使得成本大大增加，并且在该伺服电机启动结束，进入正常工作状态之后，又并不需要容量太大的蓄电池，此时使用大容量的蓄电池又会造成资源浪费。因此可以选择通过电容模块来启动伺服电机，电容模块容量较大，能够满足伺服电机启动的需求，并且造价相对于蓄电池要低。

较佳地，该控制模块还用于在该蓄电模块的当前电量值低于该蓄电模块的充电预警值或该电容模块的当前电量值低于该电容模块的充电预警值时，控制该清洁能源发电模块启动，否则该控制模块控制该清洁能源发电模块停止；

该蓄电模块的充电预警值为该蓄电模块的容量的70%-80%；

该电容模块的充电预警值为该电容模块的容量的40%-50%。

该蓄电模块的充电预警值以及该电容模块的充电预警值是可以通过人为设定的，例如当该清洁能源发电模块采用太阳能光伏发电时，如果所处位置气候条件比较稳定，长期能够接受到阳光照射时，可以将该蓄电模块的充电预警值以及该电容模块的充电预警值设定得较低，减少该清洁能源发电模块的频繁开启造成的损耗；如果气候条件不稳定，例如进入雨雪季节，可能长期无法接受到阳光照射，此时可以将该蓄电模块的充电预警值以及该电容模块的充电预警值设定得较高，以保证在无阳光时能够有充足的电量供应。

较佳地，该供能装置还包括一柴油发电机；

当该蓄电模块的当前电量值小于该蓄电模块的低电量值，并且该电容模块的当前电量值小于该电容模块的低电量值时该控制模块切换至由该柴油发电机向该抽油机提供电能；

该蓄电模块的低电量值为该蓄电模块的容量的10%-20%；

该电容模块的低电量值为该电容模块的容量的5%-10%。

柴油发电机的作用是当该清洁能源发电模块长期无法发电，使得该蓄电模块以及该电容模块长期无法获得充电时，可以暂时通过柴油发电机对抽油进行供能，避免在极端条件下，由于该蓄电模块以及该电容模块电量不足导致柴油工作无法继续进行。

较佳地，该清洁能源发电模块为太阳能光伏发电模块、潮汐能发电模块、风能发电模块或地热能发电模块。

除了太阳能光伏发电模块之外，其他使用清洁能源的，例如风能、地热能、潮汐能等的清洁能源发电模块均可以根据实地情况选择使用。例如当石油开采平台位于海上时，采用潮汐能来进行发电会是比较好的选择。

较佳地，该太阳能光伏发电模块还包括一液压模块，该液压模块与该控制模块以及该太阳能光伏发电模块相连，该液压模块用于根据该控制模块的指令控制该清洁能源发电模块启动或者停止。

太阳能光伏发电模块是通过太阳能板对太阳能进行接受的，该液压模块的作用就是当该控制模块控制该清洁能源发电模块启动时，该液压模块可以将该太阳能板展开，而当该控制模块控制该清洁能源发电模块停止时，该液压模块可以将该太阳能板收起。

较佳地，该控制模块为PLC控制器。

较佳地，该蓄电模块包括至少一块蓄电池。

可以在满足当地的使用情况的条件下，选择使用的蓄电池的数量。

较佳地，该电容模块包括至少一个超级电容。

超级电容，超级电容器(Supercapacitors)，又名电化学电容器(Electrochemical Capacitors)，是上世纪七、八十年代发展起来的一种新型的储能装置。它是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，因而不同于传统的化学电源。超级电容器的突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽。

较佳地，该控制模块中包括一单刀双掷开关，该单刀双掷开关用于切换由该蓄电模块还是由该电容模块为该抽油机提供电能。

较佳地，该控制模块中包括一单刀三掷开关，该单刀三掷开关用于切换由该蓄电模块、该电容模块或该柴油发电机为该抽油机提供电能。

本发明还提供了一种如上所述的供能装置的抽油机***。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：克服了抽油机在野外工作时需要携带大量燃料，在开采过程当中需要耗费大量不可再生资源，并且对环境造成巨大污染的问题，提供了一种能够使用清洁能源，具有高效、节能、对环境友好并且机动性高的供能装置以及含其的抽油机***。

并且还具有以下优点：

1.自动化，在安装时设定参数后无需人工控制，例如设定了蓄电模块的充电预警值以及电容模块的充电预警值之后，控制模块可以根据蓄电模块的当前电量以及电容模块的当前电量来控制清洁能源发电模块给蓄电模块以及电容模块充电。

2.智能化，根据抽油机的工作状况自动调节电能的供给。

3.可实现无人值守，由于该供能装置以及含其的抽油机***是全自动的，其主要电气元件都安装于小型控制箱内，适应室外安装。除非电气元件损坏，否则无需工作人员驻守看护。

附图说明

图1为本发明的实施例中的供能装置的结构框图。

图2为本发明的实施例中的含有供能装置的抽油机***的结构框图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

一供能装置，该供能装置包括一清洁能源发电模块、一控制模块、一蓄电模块、一电容模块以及一柴油发电机5（如图1）。

如图1所示，该控制模块为PLC控制器1，该清洁能源发电模块为太阳能光伏发电模块2，该太阳能光伏发电模块2中还包括一液压模块，该蓄电模块为蓄电池3，该电容模块为超级电容4。蓄电池3、超级电容4、柴油发电机5以及太阳能光伏发电模块2与PLC控制器1相连；太阳能光伏发电模块2与蓄电池3、超级电容4以及PLC控制器1相连。

该供能装置与一抽油机相连，如图2所示，该供能装置的PLC控制器1与该抽油机的伺服电机6相连，伺服电机6与抽油机7相连。该供能装置、伺服电机6以及抽油机7共同组成一抽油机***。

当抽油机7启动时，PLC控制器1首先检测蓄电池3以及超级电容4的当前电量，当蓄电池3的当前电量值低于一蓄电池的充电预警值或者当超级电容4的当前电量值低于一超级电容的充电预警值时，PLC控制器1控制该液压模块启动。在本实施例中该蓄电池的充电预警值为该蓄电池容量的80%，该超级电容的充电预警值为该超级电容的容量的50%。当该液压模块启动之后，太阳能光伏发电模块2展开，开始获取太阳能，并开始将太阳转化为电能，并将电能输送至蓄电池3以及超级电容4，即为蓄电池3以及超级电容4进行充电。同时，PLC控制器1通过控制一单刀三掷开关切换至超级电容4与伺服电机6接通，此时超级电容4的电能输送至伺服电机6，令伺服电机6能够启动，从而带动抽油机7启动。另外，如果蓄电池3的当前电量值不低于该蓄电池的充电预警值并且超级电容4的当前电量值不低于该超级电容的充电预警值，则PLC控制器1不控制该液压模块启动，并且PLC控制器1通过控制该单刀三掷开关切换至超级电容4与伺服电机6接通，使伺服电机6能够启动，从而带动抽油机7启动。

本领域技术人员应当明白，伺服电机6的启动需要经过一个过程，例如说，伺服电机6的额定工作电流为10mA，而伺服电机6未启动时伺服电机6的电流应为0mA，当超级电容4与伺服电机6接通之后，超级电容4输送给伺服电机6的电能使得伺服电机6的电流从0mA上升至伺服电机6的额定工作电流的4-7倍，即40mA-70mA，之后会逐步的下降至伺服电机6的额定电流10mA左右，此时伺服电机6开始进入正常工作状态，伺服电机6的工作电流也维持在10mA左右。如何使得PLC控制器1获得伺服电机6的电流值属于本领域常用技术，例如使用电流互感器，在此不作赘述。

当伺服电机6进入正常工作状态后，PLC控制器1通过控制该单刀三掷开关切换至蓄电池3与伺服电机6接通，此时由蓄电池3为伺服电机6提供电能，保持伺服电机6维持正常工作状态，同时抽油机7也维持在正常工作状态。

由于该抽油机***长期在野外工作，天气条件并不稳定，如果连续多天遇到阴雨天气，太阳能光伏发电模块2无法获得太阳能，无法产生电能给蓄电池3以及超级电容4充电。此时，PLC控制器1通过检测蓄电池3以及超级电容4的当前电量值，并分别于一蓄电池的低电量值或者一超级电容的低电量值进行比较，该蓄电池的低电量值为该蓄电池容量的20%，该超级电容的低电量值为该超级电容的容量的10%，如果蓄电池3的当前电量值低于该蓄电池的低电量值并且超级电容4的当前电量值低于该超级电容的低电量值时，为了避免蓄电池3以及超级电容4电量耗尽导致该抽油机***停止工作，PLC控制***1通过控制该单刀三掷开关切换至柴油发电机5与伺服电机6接通，此时可以通过柴油发电机5给伺服电机6提供电能，保持伺服电机6的正常工作。

本领域技术人员应当明白，蓄电池以及超级电容的型号、种类、数量是可以根据实际情况，例如气候条件、抽油机型号等，进行相应改变的，本实施例中列举的仅作实施例之用。同样，本实施例中涉及的蓄电池以及超级电容的充电预警值以及低电量值的设定也是可以根据使用情况进行更改的。

虽然本实施例中选择使用太阳能光伏发电，但是根据抽油机***使用的地域条件是可以选择其他利用诸如风能、潮汐能、地热能等清洁能源来进行发电的模块的。

虽然本实施例中列举了使用蓄电模块、电容模块以及柴油发电机三种供能方式同时对抽油机***进行供能的例子，但是本领域技术人员应当明白，在保留蓄电模块的同时，另外两种供能方式是可以任意选择进行组合的，例如可以单独使用蓄电模块、蓄电模块以及电容模块等组合方式。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种供能装置，该供能装置用于为一抽油机提供电能，其特征在于，该供能装置包括一清洁能源发电模块、一控制模块以及一蓄电模块；

该清洁能源发电模块用于将清洁能源转换为电能，并将该电能输送至该蓄电模块；

该蓄电模块用于存储该电能，并给该抽油机提供电能；

该控制模块用于控制该清洁能源发电模块的启动和停止。

2.如权利要求1所述的供能装置，其特征在于，该供能装置还包括一电容模块；

该清洁能源发电模块还用于将该电能输送至该电容模块；

该电容模块用于存储该电能，并在该抽油机启动过程中为该抽油机提供电能；

该蓄电模块用于在该抽油机启动结束后的正常运行过程中为该抽油机提供电能。

3.如权利要求2所述的供能装置，其特征在于，该控制模块还用于在该蓄电模块的当前电量值低于该蓄电模块的充电预警值或该电容模块的当前电量值低于该电容模块的充电预警值时，控制该清洁能源发电模块启动，否则该控制模块控制该清洁能源发电模块停止；

该蓄电模块的充电预警值为该蓄电模块的容量的70%-80%；

该电容模块的充电预警值为该电容模块的容量的40%-50%。

4.如权利要求3所述的供能装置，其特征在于，该供能装置还包括一柴油发电机；

当该蓄电模块的当前电量值小于该蓄电模块的低电量值，并且该电容模块的当前电量值小于该电容模块的低电量值时该控制模块切换至由该柴油发电机向该抽油机提供电能；

该蓄电模块的低电量值为该蓄电模块的容量的10%-20%；

该电容模块的低电量值为该电容模块的容量的5%-10%。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的供能装置，其特征在于，该清洁能源发电模块为太阳能光伏发电模块、潮汐能发电模块、风能发电模块或地热能发电模块。

6.如权利要求5所述的供能装置，其特征在于，该太阳能光伏发电模块还包括一液压模块，该液压模块与该控制模块以及该太阳能光伏发电模块相连，该液压模块用于根据该控制模块的指令控制该清洁能源发电模块启动或者停止。

7.如权利要求6所述的供能装置，其特征在于，该控制模块为PLC控制器。

8.如权利要求7所述的供能装置，其特征在于，该蓄电模块包括至少一块蓄电池。

9.如权利要求2所述的供能装置，其特征在于，该电容模块包括至少一个超级电容。

10.如权利要求3所述的供能装置，其特征在于，该控制模块中包括一单刀双掷开关，该单刀双掷开关用于切换由该蓄电模块还是由该电容模块为该抽油机提供电能。

11.如权利要求4所述的供能装置，其特征在于，该控制模块中包括一单刀三掷开关，该单刀三掷开关用于切换由该蓄电模块、该电容模块或该柴油发电机为该抽油机提供电能。

12.一种使用如权利要求1-11中任意一项所述的供能装置的抽油机***，其特征在于，该抽油机***包括该供能装置。