CN1071486A - 一种数控运行长行程抽油机 - Google Patents

Abstract

一种数控运行长行程抽油机，它有抽油泵装置、 动力执行装置和由定动滑轮组组成的抽油活塞增程 装置。其特征在于：液箱是密封的，有对其压力进行 调节的压缩空气源，动力源为带有可调逆变电源的交 流电机，在其中有石油压力、温度、液压压力、液箱压 力和活塞位置传感器，有接收各个传感器信号并对可 调逆变电源和压缩空气源进行控制的可编程控制 器。通过测量实际运行参数自行调节抽油活塞的运 动，达到最佳工作效率。

Description

一种数控运行长行程抽油机，它属于油田开采设备，用于油田油井的石油生产中。

现在在油田使用的抽油机，由于采用机械传动的方法使活塞上下运动进行抽油，使活塞运动的力与位移关系不相匹配，因而抽油效率很低。同时，由于曲柄机构的限制，抽油活塞的行程较短，不能得到较高的抽油效率。有个别的抽油机，如专利申请号为CN91109248.X的抽油机，使用液压***进行抽油活塞的驱动，采用定滑轮组和动滑轮组进行抽油活塞的行程增程，解决了抽油活塞行程问题，并能使抽油活塞在抽油行程时基本处于恒力工作状态，使抽油效率得到一定的提高。但是，由于它的位移和力的关系不能改变，因此不能适应各种不同油质、不同粘度和压力的油井，也不能改变抽油活塞的运动周期，改变油井的生产率，满足最佳抽油效率和生产管理的需要。

本发明的目的是发明一种可自行调节抽油活塞运动速度关系并使之满足最佳位移和力关系的数控运行长行程抽油机。它有最佳的工作效率，并可方便地改变油井的生产率，满足生产管理的需要。

本发明如附图1所示。它有由抽油机缸体1、抽油活塞2、抽油机机架3和连绳4组成的抽油泵装置，有由动力源5、液压缸6、液压活塞7、液压泵9和液箱11组成的动力执行装置以及由支承于抽油机机架3上的定滑轮组12和固定于液压活塞7上的动滑组13组成的抽油活塞增程装置，其特征在于：液箱11是密封的，并充有一定压力的气体，在液箱11上接有可调节液箱11中气体压力的压缩空气源19，动力源5为交流电动机，在电动机的输入端接有可调逆变电源10，在抽油泵装置中装有测量输出石油压力和温度的压力传感器14、温度传感器15和测量抽油活塞2位置的位置传感器16，在动力执行装置中，液压缸6处装有液压压力传感器18，液箱11上装有气压传感器17，有接收传感器14、15、16、17和18信号和对可调逆变电源10和压缩空气源19进行控制的可编程控制器8。

本发明的工作原理如下。当抽油活塞2处于上提抽油行程时，在可编程控制器8的控制下，液压泵9正向旋转工作，输出的高压液进入液压缸6上腔，推动液压活塞7移动，使动滑轮组13和定滑轮组12间的距离增大，从而使连绳3拉抽油活塞2上升。动滑轮组13和定滑轮组12都有n个滑轮，n可以是1、2、3或其它整数。由于动、定滑轮组的作用，连绳3固定于抽油活塞的一端的运动速度是动滑轮组13运动速度的2n倍，使得抽油活塞2运动行程是液压活塞7运动行程的2n倍。当抽油活塞2上升到顶位后，可编程控制器8接收活塞位置传感器16的信号，控制可调逆变电源10的输出，使其反相，使动力源5的电机和液压泵9反向旋转。在液压泵9的反向输送下，液压缸6上腔的液压液被压入液箱11。在抽油活塞2下降到回程底位时，可编程控制器8接收到活塞位置传感器16的信号，控制可调逆变电源10输出再次反相，使动力源5的电机正向转动，带动液压泵9正向工作，输出高压液压液，推动液压活塞移动，完成动作循环。

在本发明中，采用可调逆变电源10给作为动力源5的交流电动机供电，通过可编程控制器8的控制，改变可调逆变电源10的输出频率和相位关系，便可以改变交流电动机的转速和旋转方向，进而改变液压泵的排液方向。这样，用可编程控制器8可以调节抽油活塞2的运动速度和工作方向。此外，可编程控制器8还对压缩空气源19进行控制。它通过控制压缩空气源19对液箱11的补气而使液箱11具有一定的压力。在抽油活塞2等下降回程时，重力经过定滑轮组12和动滑轮组13的扩力而作用在液压缸6上腔，其产生的压力可以与液箱11中气压近似平衡。这样，一方面回收了抽油活塞2等的位能，另一方面也使液压泵9在反向工作时，也处于正功率（做功）状态，可以使用调整电动机转速的方法，方便控制其反向输出排量。由于液箱11中具有一定的压力，在抽油活塞2回程时被压入的液压液具有一定的能量（包括抽油活塞2位能和液压泵9反向工作时输入的能量）。在抽油活塞2转入抽油行程后，液箱11给液压泵9提供了一个背压，减小了液压泵9的工作负荷，把所存储的能量提供给液压缸6。

本发明中，在抽油泵内装有压力传感器14、温度传感器15和活塞位置传感器16，在液压缸6的液腔中装有液压压力传感器18，在液箱11上有气压传感器17，它们作为可编程控制器8的输入。可编程控制器8通过上述传感器测量抽油机运行的状态。如通过压力传感器14和温度传感器15可以测得被抽石油的出油情况并经过计算能得到石油的可能粘度;通过压力传感器18可以测得抽油活塞2的运动阻力等。使用可编程控制器8对这些量进行处理，并与可编程控制器8内设定的最佳运行值进行比较，做出相应的决策，从而控制抽油活塞2的运行速度，使之与作用力相匹配。另外，可编程控制器8利用测得的被抽石油数据，控制抽油活塞2回程时，液压泵9的反向旋转速度，以此控制抽油活塞2的回程速度，得到最佳的吸油条件，避免空泡产生。通过对抽油活塞2上升和回程速度的控制，还控制了抽油机的运动周期，从而控制了生产率，满足生产管理的需要。重要的一点是，每一口油井都有一个对应其生产特的最佳运动（循环）规律。对粘稠的油开采这一点特别重要，本发明可按照这种规律编制控制程序做到这一点，而采用常规的方法是做不到的。

本发明中，用于调节液箱11中气体压力的压缩空气源19可以是一台受可编程控制器8控制其启停的空气压缩机，如普通用于给各种汽车、自行车轮胎充气的小型空气压缩机。在可编程控制器8的控制下，定时给液箱11供气，以补充泄漏的空气和调整其压力。在油井生产时，石油粘度、井压等参数变化不大，而且变化很缓慢，压力不用经常改变，因此空气压缩机不必随时工作。本发明的压缩空气源19也可以是用一个带有被可编程控制器8控制的通止阀门的高压气瓶。在液箱11需要补气或调压时，由可编程控制器8控制通止阀门导通一定时间，在液箱压力达到预定值后关闭，达到调压目的。所用高压气瓶可以使用一段时间后定期更换。

本发明采用可编程控制器经过将测量得到的各种抽油参数值与最佳值进行比较，控制改变抽油活塞的运动速度，使之满足最佳的位移和力的关系，达到最佳的工作效率。由于抽油活塞的抽油和恢复行程都是可控的，可以改变油井的生产率，满足生产管理的需要。

本发明使用可编程控制器进行控制，其中用于进行比较的最佳运行关系参数值可以在本发明安装在现场后，根据该油井的实际情况试验确定。因此，本发明可以适应各种不同情况（如不同石油粘度、含水率、井压）的油井，在各个油井中都有最佳的工作效率。

本发明使用的可调逆变电源10可以使用如专利号为CN90202757和专利号为CN90203323的专利，也可以使用日本富士公司的G7系列逆变器，本发明无特殊要求。本发明中，也可以把作为动力源5的电动机和可调逆变电源10的组合换为如专利号为CN89213615的“一种全电控大功率执行装置”，或是专利号为CN89215098的“一种随机同轴换向电动机”，或是专利号为CN90202857的“一种大功率交流差频调速电动机”。本发明中的可编程控制器8可以是普通工业过程控制器，也可以是工业控制计算机，甚至可以是与其它控制部分或其它油井共有的中央控制计算机，通过标准工业控制介面，采用分时分址的方法对各传感器和控制机构进行测量和控制。位置传感器16可以使用光敏或磁敏型无接触开关，也可以是位移传感器如磁性尺等。可以安装在靠近连绳4或液压活塞7的地方，通过测量它们的位置也能反映抽油活塞2的位置。本发明可以在可编程控制器8的输入端增加如环境温度等的传感器。增加这些测量数据，可使控制策略条件更加准确，控制精度提高，抽油机的工作更加优化。在可编程控制器8的输入部分还可以增加适应于油田生产管理控制的输入端，通过油田生产调度控制各个油井的生产，实现生产管理自动化。

Claims (1)

1、一种数控运行长行程抽油机，它有由抽油机缸体1、抽油活塞2、抽油机机架3和连绳4组成的抽油泵装置，有由动力源5、液压缸6、液压活塞7、液压泵9和液箱11组成的动力执行装置以及由支承于抽油机机架3上的定滑轮组12和固定于液压活塞7上的动滑组13组成的抽油活塞增程装置，其特征在于：液箱11是密封的，并充有一定压力的气体，在液箱11上接有可调节液箱11中气体压力的压缩空气源19，动力源5为交流电动机，在电动机的输入端接有可调逆变电源10，在抽油泵装置中装有测量输出石油压力和温度的压力传感器14、温度传感器15和测量抽油活塞2位置的位置传感器16，在动力执行装置中，液压缸6处装有液压压力传感器18，液箱11上装有气压传感器17，有接收传感器14、15、16、17和18信号和对可调逆变电源10和压缩空气源19进行控制的可编程控制器8。