平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油的製造方法
2023-05-13 16:40:51
專利名稱:平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油機，所公開的平衡裝置包括第一儲液件，其內部存儲有液體；第二儲液件，其具有能夠存儲液體的內腔；所述內腔與所述第一儲液件通過管道相連通；所述第二儲液件用於安裝在抽油機上且能上下往復運動；泵，其連接在所述第二儲液件與所述第一儲液件之間；所述泵能夠將液體在所述第一儲液件與第二儲液件之間互相傳遞；控制單元，其與所述泵相連；所述控制單元能夠控制所述泵增減所述內腔內的液體以使抽油機平衡。本實用新型所公開的一種平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油機，不需要人工調整抽油機的配重塊就能夠使抽油機平衡。
【專利說明】平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油機
【技術領域】
[0001] 本申請設及石油開採領域，尤其設及一種平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油 機。
【背景技術】
[0002] 抽油機是石油、天然氣、煤層氣開發的專用設備。我們國家石油開採方法很多，有 自噴井採油、氣舉採油、井下無杆累採油和抽油機採油等等。其中，抽油機採油佔總採油井 數的85?90%，佔總採油量的70?75%。天然氣井排液、煤層氣井排液也大量使用抽油 機。抽油機的主要結構型式之一是遊梁式抽油機，其結構組成包括驢頭、遊梁、橫梁、連杆、 曲柄、平衡裝置、底座、減速器、皮帶傳動、電動機、控制櫃、潤滑系統等等。採油時，電動機通 過減速器驅動曲柄，連杆，帶動遊梁、驢頭作上下往復運動，驅動井下抽油累工作。
[0003] 抽油機採油過程中懸掛器懸掛著抽油杆柱作上下往復運動，即上行程和下行程。 上行程過程中電動機驅動抽油機提升油氣井內抽油杆柱和井內液體，下行程過程中抽油杆 柱和井內液體在自重作用下拖動抽油機下行，電動機處在發電狀態。為了減少電動機功率， 並且避免電動機做負功，通常在抽油機上設置配重塊，即下行程過程中抽油杆柱和井內液 體依靠自重作用下行做的功和電動機做的功，均由配重塊儲備，在上行程過程中，配重塊釋 放儲備的能量幫助提升抽油杆柱和井內液體，此時電動機輸出功率與無配重塊時相比較， 可W大幅度減少。不論抽油機在上行程還是在下行程過程中，理論上希望電動機做功相等。
[0004] 在實際使用中井下載荷隨著生產的進行會不斷發生變化，從而不斷打破抽油機原 有的平衡，要實現再平衡就需要操作人員不斷的調整抽油機的平衡。目前調整抽油機的平 衡是通過人工增減抽油機配重塊W及移動配重塊的位置的方法實現的，但由於在實際生產 中隨著採油的進行抽油機的平衡是不斷發生變化的，該就需要人工頻繁的調整抽油機的配 重塊或平衡塊，而配重塊的質量一般在1噸W上，所W操作十分不便。 實用新型內容
[0005] 有鑑於現有技術的不足，本申請提供一種平衡裝置及遊梁式抽油機和塔式抽油 機，W不需要人工調整抽油機的配重塊就能夠使抽油機平衡。
[0006] 本申請所提供的一種平衡裝置，包括：
[0007] 第一儲液件，其內部存儲有液體；
[000引第二儲液件，其具有能夠存儲液體的內腔；所述內腔與所述第一儲液件通過管道 相連通；所述第二儲液件用於安裝在抽油機上且能上下往復運動；
[0009] 累，其連接在所述第二儲液件與所述第一儲液件之間；所述累能夠將液體在所述 第一儲液件與第二儲液件之間互相傳遞；
[0010] 控制單元，其與所述累相連；所述控制單元能夠控制所述累增減所述內腔內的液 體W使抽油機平衡。
[0011] 優選的，所述控制單元包括控制器、電流傳感器、位置傳感器、液位傳感器；所述電 流傳感器能夠測量抽油機的電動機在上衝程w及下衝程時的電流；所述位置傳感器能夠測 量所述第二儲液件或抽油機上下往復運動的高度位置；所述液位傳感器能夠測量所述內腔 內的液體的液位；所述控制器與所述電流傳感器、所述位置傳感器、所述液位傳感器、所述 累相連，其能夠根據所述電流傳感器、所述位置傳感器、所述液位傳感器測量的信息控制所 述累增減所述第二儲液件內的液體。
[0012] 優選的，所述平衡裝置還包括報警件，所述報警件與所述控制器相連；在所述內腔 內的液體超出所述內腔容積的0. 9或低於所述內腔容積的0. 1時，所述控制器控制所述報 警件發出報警信息。
[0013] 優選的，所述報警件包括報警燈和/或報警鈴。
[0014] 優選的，所述管道上連接有電磁閥，所述電磁閥與所述累、所述控制單元連接；所 述電磁閥能夠改變所述管道內液體的流向。
[0015] 優選的，所述電磁閥為S位四通換向閥。
[0016] 優選的，所述第二儲液件為箱體、罐體或球形。
[0017] 優選的，所述液體為水或防凍液。
[001引本申請還提供一種遊梁式抽油機，包括：
[0019] 支架，其頂部設置有遊梁；所述遊梁具有相對的第一端與第二端，所述第一端上設 置有驢頭；
[0020] 驅動裝置，其通過曲柄連接有配重塊，所述配重塊連接所述第二端；
[0021] 如上所述的平衡裝置，所述平衡裝置的第二儲液件設在所述遊梁的第二端上。
[0022] 本申請還提供一種塔式抽油機，包括：
[0023] 支架，其頂部設置有滑輪；
[0024] 起重繩，其繞過所述滑輪；所述起重繩的兩端分別位於所述滑輪的兩側，所述起重 繩的一端用於連接抽油杆，其另一端連接有配重塊；
[0025] 如上所述的平衡裝置，所述平衡裝置的第二儲液件連接所述配重塊。
[0026] 通過W上描述，本申請所提供的平衡裝置通過將第二儲液件設置在抽油機上，並 通過設置控制單元進而控制累增減所述內腔的液體，進而達到維持抽油機平衡的目的。由 於控制單元可W根據抽油機的狀態實時調整所述內腔內液體的多少，進而通過本申請所提 供的平衡裝置可W不需要人工調整抽油機的配重塊就能夠使抽油機平衡。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下， 還可W根據該些附圖獲得其他的附圖。
[002引圖1是本申請一種實施方式提供的平衡裝置及遊梁式抽油機示意圖；
[0029] 圖2是本申請一種實施方式提供的平衡裝置的控制原理示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 為了使本【技術領域】的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本實用新 型保護的範圍。
[0031] 請參考圖1及圖2,本申請的一種實施方式提供一種平衡裝置，包括：第一儲液件 1，其內部存儲有液體；第二儲液件2,其具有能夠存儲液體的內腔；所述內腔與所述第一儲 液件1通過管道5相連通；所述第二儲液件2用於安裝在抽油機上且能上下往復運動；累3， 其連接在所述第二儲液件2與所述第一儲液件1之間；所述累3能夠將液體在所述第一儲 液件1與第二儲液件2之間互相傳遞；控制單元4,其與所述累3相連；所述控制單元4能 夠控制所述累3增減所述內腔內的液體W使抽油機平衡。
[0032] 使用時，所述第二儲液件2安裝在抽油機支架10的抽油杆的相對一側，即，所述第 二儲液件2可W與配重塊14安裝在支架10 -側。所述第二儲液件2可W隨著抽油機進行 上下往復運動。在抽油過程中，隨著井下載荷的不斷變化，為了維持抽油機的平衡，所述控 制單元4控制所述累3增減所述內腔內的液體。
[0033] 通過W上描述，本實施方式所提供的平衡裝置通過將第二儲液件2設置在抽油機 上，並通過設置控制單元4進而控制累3增減所述內腔的液體，進而達到維持抽油機平衡的 目的。由於控制單元4可W根據抽油機的狀態實時調整所述內腔內液體的多少，進而通過 本實施方式所提供的平衡裝置可W不需要人工調整抽油機的配重塊14就能夠使抽油機平 衡。
[0034] 所述第一儲液件1可W為箱體，也可W其他可W存儲液體的容器。所述第一儲液 件1內部存儲有液體。如圖1所示，所述第一儲液件1可W設置在支架10下，其可W安裝在 抽油機的基座上，也可W安裝在抽油機附近W不影響抽油機附近工具作業。當然，由於所述 第一儲液件1為整個平衡裝置提供液體，其體積相對較大，所W所述第一儲液件1可W作為 其他裝置的基座，比如累3。通過此種裝配，可W大大節約場地佔用面積，並且，可W設置一 儲物箱將所述第一儲液件1與累3等組成的一體結構進行集中存放。所述液體可W在所述 第一儲液件1與所述第二儲液件2之間傳遞。所述液體需要有較好的流動性，並且不具有 腐蝕性。考慮到成本問題，所述液體可W使用水。考慮到中國很多油田處於北方，而水在北 方冬季容易結冰進而導致所述平衡裝置無法使用的問題，所述液體可W採用防凍液。所W， 針對中國而言，所述液體在南方地區時可W採用水，在北方地區時所述液體採用防凍液。
[0035] 所述第二儲液件2具有能夠存儲液體的內腔，其也可W為箱體，當然也可W為其 他形狀的容器，比如罐體、球形，本申請並不W此為限。所述內腔與所述第一儲液件1通過 管道5相連通，所述液體通過所述管道5在所述第一儲液件1與所述內腔之間傳遞，通過該 傳遞作用，實現所述內腔內的液體的增減，進而平衡抽油機的平衡。所述管道5可W為具有 一定柔性的管道5,其一端連接所述第二儲液件2,所W所述管道5需跟隨所述第二儲液件2 上下往復運動。所述第二儲液件2用於安裝在抽油機上且能上下往復運動，具體連接方式 可W為固定連接，如螺接、焊接等方式。所述第二儲液件2與抽油機的吊卡或吊鉤位於支架 10的相對兩側。所述第二儲液件2與抽油杆的運動相對運動，所述抽油杆進行下衝程時所 述第二儲液件2進行上衝程，所述抽油杆進行上衝程時所述第二儲液件2進行下衝程。W 圖1所示的遊梁式抽油機為例，所述第二儲液件2連接在所述抽油機的遊梁11的尾部。
[0036] 由於在實際生產中，所述第一儲液件1與所述第二儲液件2之間高度位置不同，要 實現所述第一儲液件1與所述第二儲液件2之間液體的互相傳遞需要使用累3進行外力幹 設。所述累3可W為電動累3也可W為水輪累3,考慮到油田生產現場精細抽取的需要，在 本實施方式中優選採用電動累3。所述累3連接在所述第二儲液件2與所述第一儲液件1 之間；具體的，所述累3連接在所述管道5上，即所述管道5經過所述累3。所述液體在管道 5中經過所述累3時流向可W發生改變，進而實現將液體在所述第一儲液件1與第二儲液 件2之間互相傳遞。W圖2所示為例，所述控制單元4控制所述累3的開啟與關閉，當然， 在系統需要時也可W控制所述累3的正轉與反轉。
[0037] 進一步的，考慮到目前在工業控制系統中電磁閥6可W調整介質的方向、流量，電 磁閥6裡設有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩 面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來開 啟或關閉不同的通孔。所W在所述管道5上可W連接有電磁閥6,所述電磁閥6與所述累 3、所述控制單元4連接。所述電磁閥6能夠改變所述管道5內液體的流向。如圖2所示， 所述電磁閥6可W接受所述控制單元4發出的電磁閥6指令來進行改向操作，所述累3為 單向累3,只需要保持一個方向運轉即可。在一個具體的實施例中，所述電磁閥6可W為= 位四通換向閥。所述=位四通換向閥處於中位時，所述管道5關閉，所述累3停止運行。在 本實施例中，所述累3隻需要保持單向運轉，並不需要進行頻繁的正反轉，其壽命可W保持 更久。
[003引請參考圖2,所述控制單元4可W包括控制器、電流傳感器、位置傳感器、液位傳感 器。所述電流傳感器能夠測量抽油機的電動機在上衝程W及下衝程時的電流。所述位置傳 感器能夠測量所述第二儲液件2或抽油機上下往復運動的高度位置。所述液位傳感器能夠 測量所述內腔內的液體的液位。所述控制器與所述電流傳感器、所述位置傳感器、所述液位 傳感器、所述累3相連，其能夠根據所述電流傳感器、所述位置傳感器、所述液位傳感器測 量的信息控制所述累3增減所述第二儲液件2內的液體。
[0039] 相應的，所述控制器既可W為軟體也可W為實體硬體，比如PLC和軟PLC等等均 可。人工也可對控制器施加控制信號，W實現對控制器的人工控制，比如輸入程序指令、開 機、關機等。所述電流傳感器為所述控制器提供抽油機的電動機在上下衝程時的電流信息； 所述位置傳感器提供抽油機上下衝程的位置信息，進而判斷抽油機處於上下衝程哪種時 段；所述液位傳感器將所述內腔內的液體的液位信息通過液位信號傳輸給所述控制器，進 而控制器判斷增減液體量的多少。當然，所述第一儲液件1也可W設有所述液位傳感器。
[0040] 本實施方式所提供的平衡裝置是將電流平衡法與功率平衡法有機結合到一起，實 現抽油機的精確調整平衡。首先，利用抽油機上、下衝程電流比值來計算平衡率，使用所述 電流傳感器測量抽油機上衝程的最大電流與下衝程過程中的最大電流It，然後通過所 述控制器計算抽油機第一平衡率，所述第一平衡率為所述與所述的比值，即；E = /li。其中，所述位置傳感器可W設置兩個，分別設置在所述抽油機的上死點（抽油機上衝 程變向處）與下死點（抽油機下衝程變向處）處，通過位置傳感器感知所述抽油機吊卡的 位置，然後位置傳感器將位置信號傳遞給控制器，控制器根據位置信號進而判斷出抽油機 是處於上衝程還是下衝程。
[0041] 如果所述第一平衡率E在80%至110%之間，則認為抽油機平衡，如果不在上述範 圍內則可認定抽油機不平衡，此時，所述控制器即可發出指令控制所述電磁閥6進行換位， 進而實現所述內腔內的液體的增加或減少直至所述第一平衡率位於80%至110%之間。在 抽油機不平衡時，所述液位傳感器將內腔內的液體的液位通過液位信號傳遞給控制器，控 制器通過所述液位信號判斷出所述內腔內液體的體積，然後發出指令控制所述電磁閥6進 行相應操作，W適量增減所述內腔內液體的多少。同時，所述液位傳感器可W實時監測所述 內腔內的液體的多少。
[0042] 但是，在實際生產中，電流平衡法並不能完全保證抽油機平衡，因為不同抽油機的 電機與變壓器不同，它空載時的電流就達額定電流30%至40%，在負載開始增加時，電流 變化並不大，而是功率因素在變化，所W對於低效抽油機即使是不平衡也很難從電流上表 現出來。
[0043] 相應的，利用抽油機上、下衝程能耗比值來計算第二平衡率可W更好的解決上述 問題。首先，可W認為抽油機的平衡運行狀態就是指電動機（驅動裝置12)在上、下衝程都 做正功且相等。所W，抽油機是否平衡，可W通過電動機在上、下衝程中的輸出電能是否相 等來進行判斷。同時，電動機的輸出電能與輸入電能成正比，因此可W通過測試電動機在 上、下衝程的輸入電能是否相等來加W判斷，目前，抽油機普遍採用的為=相異步電動機， 通過=相對稱正弦電路的傳統式推導出抽油機上、下衝程載荷平衡時的公式為：
[0044]
【權利要求】
1. 一種平衡裝置，其特徵在於，包括： 第一儲液件，其內部存儲有液體； 第二儲液件，其具有能夠存儲液體的內腔；所述內腔與所述第一儲液件通過管道相連 通；所述第二儲液件用於安裝在抽油機上且能上下往復運動； 累，其連接在所述第二儲液件與所述第一儲液件之間；所述累能夠將液體在所述第一 儲液件與第二儲液件之間互相傳遞； 控制單元，其與所述累相連；所述控制單元能夠控制所述累增減所述內腔內的液體W 使抽油機平衡。2. 如權利要求1所述的平衡裝置，其特徵在於：所述控制單元包括控制器、電流傳感 器、位置傳感器、液位傳感器；所述電流傳感器能夠測量抽油機的電動機在上衝程W及下衝 程時的電流；所述位置傳感器能夠測量所述第二儲液件或抽油機上下往復運動的高度位 置；所述液位傳感器能夠測量所述內腔內的液體的液位；所述控制器與所述電流傳感器、 所述位置傳感器、所述液位傳感器、所述累相連，其能夠根據所述電流傳感器、所述位置傳 感器、所述液位傳感器測量的信息控制所述累增減所述第二儲液件內的液體。3. 如權利要求2所述的平衡裝置，其特徵在於；所述平衡裝置還包括報警件，所述報警 件與所述控制器相連；在所述內腔內的液體超出所述內腔容積的0. 9或低於所述內腔容積 的0. 1時，所述控制器控制所述報警件發出報警信息。4. 如權利要求3所述的平衡裝置，其特徵在於：所述報警件包括報警燈和/或報警鈴。5. 如權利要求1所述的平衡裝置，其特徵在於：所述管道上連接有電磁閥，所述電磁閥 與所述累、所述控制單元連接；所述電磁閥能夠改變所述管道內液體的流向。6. 如權利要求5所述的平衡裝置，其特徵在於；所述電磁閥為=位四通換向閥。7. 如權利要求1所述的平衡裝置，其特徵在於：所述第二儲液件為箱體、罐體或球形。8. 如權利要求1所述的平衡裝置，其特徵在於：所述液體為水或防凍液。9. 一種遊梁式抽油機，其特徵在於，包括： 支架，其頂部設置有遊梁；所述遊梁具有相對的第一端與第二端，所述第一端上設置有 驢頭； 驅動裝置，其通過曲柄連接有配重塊，所述配重塊連接所述第二端； 如權利要求1至8任意一項所述的平衡裝置，所述平衡裝置的第二儲液件設在所述遊 梁的第二端上。10. -種塔式抽油機，其特徵在於，包括： 支架，其頂部設置有滑輪； 起重繩，其繞過所述滑輪；所述起重繩的兩端分別位於所述滑輪的兩側，所述起重繩的 一端用於連接抽油杆，其另一端連接有配重塊； 如權利要求1至8任意一項所述的平衡裝置，所述平衡裝置的第二儲液件連接所述配 重塊。
【文檔編號】E21B43-00GK204283356SQ201420681624
【發明者】孫俊峰, 陳俊, 韓鎖, 唐作峰, 孟廣利, 婁維寧, 於顯永, 趙龍 [申請人]中國石油天然氣股份有限公司