一種數控運行節能抽油機的製作方法
2023-06-04 16:34:21 3
專利名稱：一種數控運行節能抽油機的製作方法
一種數控運行節能抽油機，它屬於油田開採設備，用於油田油井的石油生產中。
現在在油田使用的抽油機，由於採用機械傳動的方法使活塞上下運動進行抽油，使活塞運動的力與位移關係不相匹配，因而抽油效率很低。有個別的抽油機，使用液壓系統進行抽油活塞的驅動，雖然能使抽油活塞的在抽油行程時基本處於恆力工作狀態，但由於它的位移和力的關係不能改變，因此不能適應各種不同油質、不同粘度和壓力的油井。同時，也不能改變抽油活塞的運動周期，滿足最佳抽油效率和生產管理的需要。
本實用新型的目的是實用新型一種可以自行調節抽油活塞運動速度關係並使之滿足最佳位移和力關係的數控運行節能抽油機。它有最佳的工作效率，並可方便地改變油井的生產率，滿足生產管理的需要。
本實用新型如附
圖1所示，它有由抽油缸體1、抽油活塞2和抽油杆4組成的抽油泵裝置，和由動力源5、液壓缸6、液壓活塞7、液壓泵9和液箱11組成的動力執行裝置，抽油杆4與液壓活塞7相連，其特徵在於液箱11是一承壓容器，在液箱11上接有可調節液箱11中氣體壓力的壓縮空氣源8，動力源5為交流電動機，在電動機的輸入端接有可調逆變電源10，在抽油泵中有壓力傳感器14，溫度傳感器15和活塞位置傳感器16，在液壓缸6的液腔中有液壓壓力傳感器13，在液箱11上有氣壓傳感器12，有對可調逆變電源10和壓縮空氣源8進行控制的可編程控制器3，傳感器12、13、14、15和16與可編程控制器3的輸入端相連。
本實用新型的工作原理如下當抽油活塞2處在上提抽油行程時，液壓泵9正向旋轉，輸出的高壓液進入液壓缸6下腔，推動液壓活塞7並通過抽油杆4進而帶動抽油活塞2上提，完成抽油動作。當達到抽油行程頂位時，可編程控制器3接收活塞位置傳感器16的信號，控制可調逆變電源10的輸出，使其反相，使動力源5電機帶動液壓泵9反向旋轉。在液壓泵9的輸送下，液壓缸6下腔的液壓液被壓入液箱11。在抽油活塞2下降到回程底位時，可編程控制器3接收到活塞位置傳感器16的信號，控制可調逆變電源10輸出再次反相，使動力源5的電機正向轉動，從而帶動液壓泵9正向工作，輸出高壓液壓液，推動液壓活塞上升，完成動作循環。
在本實用新型中，使用可調逆變電源10給作為動力源5的交流電動機供電。通過可編程控制器3的控制，改變可調逆變電源10的輸出頻率和相位關係，可以改變交流電動機的轉速和旋轉方向，從而改變液壓泵9的排量和排液方向。這樣，通過可編程控制器3可以調節抽油活塞2運動速度和工作方向。此外，可編程控制器3還對壓縮空氣源8進行控制。它通過控制壓縮空氣源8對液箱11的補氣而使液箱11具有一定的壓力，可以與抽油活塞2等在回程下降時，由於重力作用而在液壓缸6下腔產生的壓力近似平衡。這樣一方面回收抽油活塞2等的位能。另一方面也使液壓泵9在反向工作時，也處於正功率(做功)工作狀態，可以方便控制。液箱11中有一定壓力，在抽油活塞2回程時被壓入的液壓液具有一定的能量(包括抽油活塞2位能和液壓泵9反向工作時輸入的能量)，在抽油活塞2轉入抽油行程後，液箱11給液壓泵9提供了一個背壓，把所存儲的能量提供給液壓缸6，減小了液壓泵9的工作負荷。
本實用新型中，在抽油泵內裝有壓力傳感器14、溫度傳感器15和活塞位置傳感器16，在液壓缸6的液腔中裝有液壓壓力傳感器13，在液箱11上有氣壓傳感器12，它們作為可編程控制器3的輸入。可編程控制器3通過上述傳感器測量抽油機運行的狀態。如用壓力傳感器14和溫度傳感器15可以測得被抽石油的出油情況並經過計算能得到石油的可能粘度;通過壓力傳感器13可以測得抽油活塞2的運動阻力等。使用可編程控制器3對這些量進行處理，並與可編程控制器中設定的最佳運行值進行比較，做出相應的決策，從而控制抽油活塞2的運行速度，使之與作用力相匹配。另外，可編程控制器3利用測得的被抽石油數據，控制抽油活塞2回程時，液壓泵9的反向旋轉速度，以此控制抽油活塞2的回程速度，得到最佳的吸油條件，避免空泡產生。通過對抽油活塞2上升和回程速度的控制，還控制了抽油機的運動周期，從而控制了生產率，滿足生產管理的需要，重要的一點是每一口油井都有一個對應其生產特徵的最佳運動(循環)規律，對粘稠油開採這一點特別重要，本實用新型可按照這種規律編制控制程序做到這一點，而採用常規的方法是作不到的。
本實用新型中，用於調節液箱11中氣體壓力的壓縮空氣源8可以是一臺受可編程控制器3控制其啟停的空氣壓縮機，如普通用於給各種汽車、自行車輪胎充氣的小型空氣壓縮機。在可編程控制器3的控制下，定時給液箱11供氣，以補充洩漏的空氣和調整其壓力。在油井生產時，石油粘度、井壓等參數變化不大，而且變化很緩慢，壓力不用經常改變，因此空氣壓縮機不必隨時工作。本實用新型的壓縮空氣源8也可以是用一個帶有被可編程控制器3控制的通止閥門的高壓氣瓶。在液箱11需要補氣或調壓時，由可編程控制器3控制通止閥門導通一定時間，在液箱壓力達到預定值後關閉，達到調壓目的。所用高壓氣瓶可以使用一段時間後定期更換。
本實用新型採用可編程控制器經過將測量得到的各種抽油參數值與最佳值進行比較，控制改變抽油活塞的運動速度，使之滿足最佳的位移和力的關係，達到最佳的工作效率。由於抽油活塞的抽油和恢復行程都是可控的，可以改變油井的生產率，滿足生產管理的要求。
本實用新型使用可編程控制器進行控制，其中用於進行比較的最佳運行關係參數值可以在本實用新型安裝在現場後，根據該油井的實際情況試驗確定。因此本實用新型可以適應各種不同情況(如不同石油粘度、含水率、井壓)的油井，在各個油井中都有最佳的工作效率。
本實用新型使用的可調逆變電源10可以使用如專利號CN90202757和專利號為CN90203323的專利，也可以使用日本富士公司的G7系列逆變器，本實用新型無特殊要求。本實用新型中，也可以把作為動力源5的電動機和可調逆變電源10的組合換為如專利號為CN89213615的「一種全電控大功率執行裝置」，或是專利號為CN89215098的「一種隨機同軸換向電動機」，或是專利號為CN90202857的「一種大功率交流差頻調速電動機」。本實用新型中的可編程控制器3可以是普通工業過程控制器，也可以是工業控制計算機，甚至可以是與其它控制部分或其它油井共有的中央控制計算機，通過標準工業控制介面，採用分時分址的方法對各傳感器和控制機構進行測量和控制。位置傳感器16可以使用光敏或磁敏型無接觸開關，也可以是位移傳感器如磁性尺等。可以安裝在靠近抽油杆4或液壓活塞7的地方，通過測量它們的位置也能反映抽油活塞2的位置。本實用新型可以在可編程控制器3的輸入端增加如環境溫度等的傳感器。增加這些測量數據，可使控制策略條件更加準確，控制精度提高，抽油機的工作更加優化。在可編程控制器3的輸入部分還可以增加適應於油田生產管理控制的輸入端，通過油田生產調度控制各個油井的生產，實現生產管理自動化。
權利要求
1.一種數控運行節能抽油機，它有由抽油缸體1、抽油活塞2和抽油杆4組成的抽油泵裝置，和由動力源5、液壓缸6、液壓活塞7、液壓泵9和液箱11組成的動力執行裝置，抽油杆4與液壓活塞7相連，其特徵在於液箱11是一承壓容器，在液箱11上接有可調節液箱11中氣體壓力的壓縮空氣源8，動力源5為交流電動機，在電動機的輸入端接有可調逆變電源10，在抽油泵中有壓力傳感器14，溫度傳感器15和活塞位置傳感器16，在液壓缸6的液腔中有液壓壓力傳感器13，在液箱11上有氣壓傳感器12，有對可調逆變電源10和壓縮空氣源8進行控制的可編程控制器3，傳感器12、13、14、15和16與可編程控制器3的輸入端相連。
全文摘要
一種數控運行節能抽油機，它有由抽油活塞等組成的抽油泵裝置和由液壓缸等組成的動力執行裝置。其特徵在於液箱是承壓容器，有對其壓力進行調節的壓縮空氣源，動力源為帶有可調逆變器的交流電機，在其中有石油壓力、溫度、液壓壓力、液箱氣壓和活塞位置傳感器，有接收各個傳感器信號並對可調逆變器和壓縮空氣源進行控制的可編程控制器。通過測量實際運行數據自行調節抽油活塞的運動，達到最佳工作效率。
文檔編號E21B43/00GK1071730SQ9110947
公開日1993年5月5日 申請日期1991年10月10日 優先權日1991年10月10日
發明者李三, 石一機 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠