專利名稱：抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抽油機(jī)的調(diào)整平衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種抽油機(jī)的液體 配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置。背景技術(shù)：
抽油機(jī)是油田石油生產(chǎn)的主要設(shè)備，也是主要的電能消耗源之一。 在抽油機(jī)的工作過程中，它的平衡直接關(guān)系著其效能。從理論上講，一個(gè)平衡很好的抽油 機(jī)僅需消耗極少的電能。但在實(shí)際使用中，井下載荷隨著生產(chǎn)的進(jìn)行會(huì)不斷發(fā)生變化，從 而不斷打破抽油機(jī)原有的平衡，要實(shí)現(xiàn)再平衡就需要操作人員不斷的調(diào)整抽油機(jī)的平衡機(jī) 構(gòu)，成為機(jī)械采油管理中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。調(diào)整抽油機(jī)的平衡是一件十分費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作，一 方面要測定平衡狀態(tài)(通過現(xiàn)場測量、計(jì)算電流差值)；另一方面，要停機(jī)、卸載，調(diào)整平衡 機(jī)構(gòu)，然后再開機(jī)測量、計(jì)算校驗(yàn)，有時(shí)反復(fù)數(shù)次才抽油機(jī)平衡率粗略達(dá)到80 %的要求，而 且抽油機(jī)在運(yùn)行中會(huì)造成平衡率波動(dòng)，為此，大多數(shù)抽油機(jī)都工作在不平衡狀態(tài)，造成了電 能的浪費(fèi)，縮短了抽油機(jī)的使用壽命，增加了生產(chǎn)能耗。以目前開采難度大、機(jī)井管理困難 的稠油熱采井為例，其抽油期分為三個(gè)生產(chǎn)階段初期、中期、后期，抽油機(jī)負(fù)荷是逐漸上升 的，稠油熱采井普遍采用變頻系統(tǒng)來調(diào)節(jié)沖次，抽油機(jī)的不平衡工作給變頻系統(tǒng)帶來的過 電壓對(duì)變頻電器元件具有危害性，而且制動(dòng)電阻消耗能耗損失也是巨大的，生產(chǎn)階段的前 兩期為產(chǎn)油好階段，應(yīng)避免停井，因此使得工人調(diào)平衡的工作任務(wù)變得緊迫而且繁瑣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種在現(xiàn)有配重式抽油機(jī)原有配重的基礎(chǔ) 上附加一套裝置，利用液體的重量作為微調(diào)游碼，配重液的重量是原采油井正常運(yùn)行期間 井下載荷變化導(dǎo)致相應(yīng)的配重鐵的變化重量。采油井載荷變化，可導(dǎo)致抽油機(jī)載荷及電動(dòng) 機(jī)電流、電壓、功率變化，采集這些數(shù)據(jù)來控制液體配重游碼的重量，及時(shí)自動(dòng)精確地調(diào)整 平衡，使抽油機(jī)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)都處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高，達(dá) 到安全節(jié)能增產(chǎn)的目的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置。其技術(shù)方案是抽油機(jī) 的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，包括抽油機(jī)的底座、電動(dòng)機(jī)、配重，在底座上設(shè)有主儲(chǔ) 液箱、電器控制箱、執(zhí)行單元，配重設(shè)有配重液箱，主儲(chǔ)液箱和配重液箱內(nèi)為配重液，執(zhí)行單 元包括泵和電磁閥，電器控制箱內(nèi)設(shè)有PLC等CPU微處理器程序控制器以及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電 信息采集傳感器，主儲(chǔ)液箱、執(zhí)行單元、配重液箱之間通過管線連接。主儲(chǔ)液箱設(shè)液位傳感 器、液量指示器、連接管、通氣管呼吸器、液位計(jì)、檢修入孔、密封箱蓋，箱蓋上設(shè)有檢修入孔 和通氣管，通氣管呼吸器管口朝下設(shè)置。配重液箱設(shè)有通氣管呼吸器，液量指示器，主儲(chǔ)液 箱和配重液箱內(nèi)為配重液，配重液為純水，或含有防腐、防凍等添加劑的水混合液，或如機(jī) 械油、變壓器油、液壓油、礦物油等等單質(zhì)或混合液體物。電磁閥為二位二通單穩(wěn)態(tài)常閉型 電磁閥，電磁閥為4個(gè)進(jìn)行導(dǎo)向作用，工作時(shí)相應(yīng)的電磁閥成對(duì)接通，實(shí)現(xiàn)控制液體的流動(dòng) 方向的作用，電磁閥設(shè)有止回裝置，管線包括固定管線和過度軟管線，連接主儲(chǔ)液箱、電磁 閥、泵、配重液箱，構(gòu)成液體正反方向流動(dòng)的通路，在運(yùn)動(dòng)的部件之間采用過度軟管線。電磁 閥和泵設(shè)有CPU微處理器程序控制系統(tǒng)來控制電磁閥和泵的開啟運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)適量地增加或 減少配重液箱中的液體的重量，CPU微處理器為單片機(jī)或PLC可編程控制器。電氣控制箱 內(nèi)設(shè)有電傳感器，電傳感器包括電流傳感器、電壓傳感器、功率傳感器，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù) 據(jù)電流、電壓、功率變化信號(hào)進(jìn)行采集。抽油機(jī)的懸繩器上設(shè)有載荷傳感器，測量一個(gè)沖次儲(chǔ)液箱上設(shè)有液位傳感器，感應(yīng)液量的變化。PLC可編程控制器設(shè)有 A/D模塊單元和D/A模塊單元，根據(jù)電傳感器采集的信號(hào)、抽油機(jī)上下沖程(位置傳感器感 應(yīng))測定一個(gè)沖程中各個(gè)位置不同的電流值，來綜合計(jì)算抽油機(jī)的平衡度，判定是否要進(jìn) 行抽油機(jī)平衡調(diào)整，根據(jù)不同的平衡度數(shù)值，控制電磁閥打開，同時(shí)泵運(yùn)行，改變液體流動(dòng) 方向，來增加或減少液體配重重量(液位傳感器感應(yīng)量)，從而達(dá)到調(diào)整抽油機(jī)平衡目的。 底座抽油機(jī)下始點(diǎn)曲柄對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有位置傳感器，或設(shè)在游梁上下運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的 位置上；皮帶式抽油機(jī)可安裝在中平臺(tái)附近或抽油機(jī)平衡箱上始點(diǎn)或者下始點(diǎn)的平衡箱對(duì) 應(yīng)的位置上。根據(jù)電傳感器采集的信號(hào)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)電流、電壓、功率變化信號(hào)，和 抽油機(jī)上下沖程狀態(tài)位置傳感器感應(yīng)來判斷抽油機(jī)的平衡狀況，運(yùn)用模糊控制理論技術(shù)由 單片機(jī)或PLC可編程控制器等CPU微處理器程序控制系統(tǒng)來控制電磁閥和泵的開啟運(yùn)轉(zhuǎn)， 及時(shí)適量地增加或減少配重液箱中的液體的重量(液位傳感器感應(yīng))，也就是跟隨負(fù)載的 變化調(diào)節(jié)配重的變化，來達(dá)到抽油機(jī)在最佳平衡點(diǎn)或最佳運(yùn)行點(diǎn)處運(yùn)行的效果。本發(fā)明與 現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下的優(yōu)點(diǎn)。可以針對(duì)抽油機(jī)需要監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)，采用電流、載荷、 角位移傳感器來進(jìn)行各種信號(hào)的測量，PLC作為該裝置核心控制器，進(jìn)行各類信號(hào)的采集和 數(shù)據(jù)運(yùn)算。采集抽油機(jī)沖程周期內(nèi)的有功功率、各相電壓、電流的變化數(shù)據(jù)，計(jì)算抽油機(jī)的 沖程周期，自動(dòng)計(jì)算抽油機(jī)沖程周期內(nèi)的上沖程電流最大值、下沖程電流最大值，根據(jù)電流 法來計(jì)算抽油機(jī)的平衡率。自動(dòng)計(jì)算抽油機(jī)沖程周期的上沖程有功功率之和、下沖程有功 功率之和，然后根據(jù)上、下沖程有功功率之和的比值來進(jìn)行計(jì)算抽油機(jī)的平衡率。如果抽油 機(jī)配重平衡，其上下沖程內(nèi)的所作負(fù)功應(yīng)沒有或者較少，所以增加沖程內(nèi)負(fù)功的累計(jì)，通過 沖程內(nèi)負(fù)功所占做功的百分比，來判斷配重是否合理。CPU作為數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)的核心模 塊，模擬量采集模塊采集電流和載荷傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)，信號(hào)采集模塊采集 的輸出值，最后采用自由口編程的方式，通過CPU上的串行通訊口將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線數(shù)據(jù) 傳輸終端，從而將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)。PLC的CPU模塊支持自由協(xié) 議編程，能夠方便地與眾多的無線數(shù)據(jù)傳輸終端進(jìn)行連接。抽油載荷是每時(shí)每刻都在變化 的，而平衡配重不可能和抽油載荷作完全一致的變化。上沖程載荷與下沖程載荷不一致時(shí)， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)(具有手動(dòng)選擇)添加或減少配置液，達(dá)到抽油機(jī)的平衡度的要求；抽油桿、油管 斷脫、油井停機(jī)、結(jié)蠟等載荷異常變化以及電源缺相或電動(dòng)機(jī)燒毀等故障造成的電流波動(dòng) 劇烈時(shí)，該裝置發(fā)出報(bào)警預(yù)告；主儲(chǔ)液箱中液量用完或蓄滿時(shí)，發(fā)出重新調(diào)整平衡的預(yù)告報(bào) 警，對(duì)于本裝置系統(tǒng)故障具有自檢報(bào)警功能；電磁閥、動(dòng)力泵通電運(yùn)行時(shí)間較短，長期運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)而液位不發(fā)生變化，控制單元會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；配重液量顯示功能、抽油機(jī)平衡度顯示功 能以及實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。使抽油機(jī)最大限度的達(dá)到節(jié)能與安全高效運(yùn)行目標(biāo)。1)、精確平 衡效果好，根據(jù)井下載荷自動(dòng)調(diào)整，可精確快速地調(diào)整平衡，調(diào)整平衡標(biāo)準(zhǔn)可按需求采用常 規(guī)的“電流平衡”或更為精確的“功率平衡”等方式，平衡度遠(yuǎn)大于目前的80%要求，理論設(shè) 計(jì)值可接近100%，在實(shí)際運(yùn)用中可根據(jù)要求給予設(shè)定；2)、快速掌握井下載荷情況，及早 發(fā)出油井異常以及須調(diào)平的預(yù)告信號(hào)，具有超載和斷載保護(hù)裝置，并能自動(dòng)停機(jī)報(bào)警；3)、 延長工人被動(dòng)調(diào)平周期，準(zhǔn)確了解須調(diào)平重量，減少停井時(shí)間；4)、當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油 機(jī)工作的一個(gè)沖程中，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，普通變頻器加能耗制動(dòng)單元以多耗電 能為代價(jià)造成能量的損失較大，對(duì)于同一井場上有多口油井的場所，可以采用共用直流母 線系統(tǒng)方案，系統(tǒng)整體顯得更復(fù)雜。對(duì)于更大功率的系統(tǒng)，采用能量回饋裝置，將再生能量
4回饋電網(wǎng)，當(dāng)然有可能存在電磁污染問題，而且投資也就更高了。此項(xiàng)發(fā)明沒有糾結(jié)在回饋 能量的回收和釋放上，能量是不可能無緣無故產(chǎn)生的，回饋能量的產(chǎn)生源于電動(dòng)機(jī)在抽油 機(jī)不平衡狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)在前半個(gè)沖程中(電動(dòng)機(jī)狀態(tài))多做的功。問題產(chǎn)生的根本抽油 機(jī)的平衡度。此項(xiàng)發(fā)明使變頻器在抽油機(jī)井中的使用發(fā)揮最好的功效，消除電能的浪費(fèi)流 失。同時(shí)避免了抽油機(jī)的不平衡工作造成變頻系統(tǒng)過電壓，由此對(duì)變頻電器元件的危害，使 抽油機(jī)異步電機(jī)用變頻器供電真正做到既安全又節(jié)能；5)、避免工頻電機(jī)在抽油機(jī)井的使 用中經(jīng)常性的出現(xiàn)的發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，從而提高電網(wǎng)的功率因數(shù)并減少對(duì)“污染”電網(wǎng)以及設(shè) 備的機(jī)械磨損；6)、抽油機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，延長抽油機(jī)各部件的使用壽命；7)、可以使油 井的用電設(shè)備包括變壓器、配電柜、電動(dòng)機(jī)都運(yùn)行在最佳狀態(tài)，安全及節(jié)能效果明顯；8)、電 路配合實(shí)現(xiàn)容易，可以單獨(dú)成控制柜，也可和油井的電氣控制柜組合使用。油井的電氣控 制柜分為工頻柜和變頻控制柜，工頻控制柜內(nèi)部空間大，抽油機(jī)液體配重自動(dòng)調(diào)平衡控制 部分可與抽油機(jī)電氣控制柜組合；抽油機(jī)液體配重自動(dòng)調(diào)平衡可以減少變頻柜中的制動(dòng)單 元，因此也有安裝空間，而且信號(hào)采集、程序控制也可以采用變頻器中的CPU完成，可以說 在抽油機(jī)上的應(yīng)用和變頻控制系統(tǒng)是最佳組合。9)、容易推廣，便于制造，便于現(xiàn)場改裝，對(duì) 現(xiàn)有常規(guī)型游梁抽油機(jī)及異相型、雙驢頭式、下偏杠鈴式、復(fù)合平衡式等配重抽油機(jī)改裝方 便；對(duì)在目前先進(jìn)的立式(皮帶式)抽油機(jī)上安裝制造更為簡易可行。10)、具有以平衡液 體積形式直觀顯示反映平衡狀況的功能和油井異常情況報(bào)警功能，便于工人及時(shí)方便地掌 握抽油機(jī)、采油井的工作狀態(tài)。11)、可以技術(shù)先進(jìn)設(shè)備匹配，可與實(shí)時(shí)采集的載荷示功圖分 析儀器或電動(dòng)機(jī)調(diào)速器、變頻器結(jié)合使用，便于與監(jiān)測抽油機(jī)電機(jī)的各種電參數(shù)及油井其 它參數(shù)(如井口壓力、井口溫度、電機(jī)溫度、示功圖等)各種儀器以及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 完美配合，實(shí)現(xiàn)油井科學(xué)管理。四

圖1為本發(fā)明游梁式抽油機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明游梁雙驢頭式抽油機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明游梁下偏杠鈴式抽油機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明皮帶式抽油機(jī)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明元器件工作原理示意圖；圖6為本發(fā)明電氣系統(tǒng)控制連接圖。五具體實(shí)施例方式參照附圖所示，抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置包括 抽油機(jī)的底座7、電動(dòng)機(jī)10、配重，在底座7上設(shè)有主儲(chǔ)液箱1、電器控制箱6、執(zhí)行單元2，配 重設(shè)有配重液箱5，主儲(chǔ)液箱1和配重液箱5內(nèi)為配重液，執(zhí)行單元2包括泵和電磁閥，電器 控制箱6內(nèi)設(shè)有PLC等CPU微處理器程序控制器以及電動(dòng)機(jī)10運(yùn)行電信息采集傳感器，主 儲(chǔ)液箱1、執(zhí)行單元2、配重液箱5之間通過管線連接。主儲(chǔ)液箱1設(shè)液位傳感器、液量指示 器、連接管、通氣管呼吸器、液位計(jì)、檢修入孔、密封箱蓋，箱蓋上設(shè)有檢修入孔和通氣管，通 氣管呼吸器管口朝下設(shè)置。配重液箱5設(shè)有通氣管呼吸器，液量指示器，主儲(chǔ)液箱1和配重 液箱5內(nèi)為配重液，配重液為純水，或含有防腐、防凍等添加劑的水混合液，或如機(jī)械油、變 壓器油、液壓油、礦物油等等單質(zhì)或混合液體物。電磁閥為二位二通單穩(wěn)態(tài)常閉型電磁閥， 電磁閥為4個(gè)進(jìn)行導(dǎo)向作用，工作時(shí)相應(yīng)的電磁閥成對(duì)接通，實(shí)現(xiàn)控制液體的流動(dòng)方向的 作用，電磁閥設(shè)有止回裝置，管線包括固定管線3和過度軟管線4，連接主儲(chǔ)液箱1、電磁閥、 泵、配重液箱5，構(gòu)成液體正反方向流動(dòng)的通路，在運(yùn)動(dòng)的部件之間采用過度軟管線4。電磁閥和泵設(shè)有CPU微處理器程序控制系統(tǒng)來控制電磁閥和泵的開啟運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)適量地增加或 減少配重液箱中的液體的重量，CPU微處理器為單片機(jī)或PLC可編程控制器。電氣控制箱 6內(nèi)設(shè)有電傳感器，電傳感器包括電流傳感器、電壓傳感器、功率傳感器，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù) 據(jù)電流、電壓、功率變化信號(hào)進(jìn)行采集。抽油機(jī)的懸繩器上設(shè)有載荷傳感器，測量一個(gè)沖次 過程中各點(diǎn)壓力值。主儲(chǔ)液箱1上設(shè)有液位傳感器，感應(yīng)液量的變化。PLC可編程控制器 設(shè)有A/D模塊單元和D/A模塊單元，根據(jù)電傳感器采集的信號(hào)、抽油機(jī)上下沖程(位置傳感 器感應(yīng))測定一個(gè)沖程中各個(gè)位置不同的電流值，來綜合計(jì)算抽油機(jī)的平衡度，判定是否 要進(jìn)行抽油機(jī)平衡調(diào)整，根據(jù)不同的平衡度數(shù)值，控制電磁閥打開，同時(shí)泵運(yùn)行，改變液體 流動(dòng)方向，來增加或減少液體配重重量(液位傳感器感應(yīng)量)，從而達(dá)到調(diào)整抽油機(jī)平衡目 的。底座7抽油機(jī)下始點(diǎn)曲柄8對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有位置傳感器，或設(shè)在游梁9上下運(yùn)動(dòng)始 點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的位置上；皮帶式抽油機(jī)可安裝在中平臺(tái)附近或抽油機(jī)平衡箱上始點(diǎn)或者下始點(diǎn) 的平衡箱對(duì)應(yīng)的位置上。工作原理根據(jù)電傳感器采集的信號(hào)(電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)電流、電壓、功率變化 信號(hào))和抽油機(jī)上下沖程狀態(tài)(位置傳感器感應(yīng))來判斷抽油機(jī)的平衡狀況，運(yùn)用模糊控 制理論技術(shù)由單片機(jī)或PLC可編程控制器等CPU微處理器程序控制系統(tǒng)來控制電磁閥和 泵的開啟運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)適量地增加或減少配重液箱中的液體的重量(液位傳感器感應(yīng))，也就 是跟隨負(fù)載的變化調(diào)節(jié)配重的變化，來達(dá)到抽油機(jī)在最佳平衡點(diǎn)或最佳運(yùn)行點(diǎn)處運(yùn)行的效^ ο3、工作步驟抽油機(jī)在工作過程中分為上、下沖程，位置傳感器感應(yīng)可以反映抽油 機(jī)的工作狀態(tài)位置，當(dāng)上沖程載荷很大，下沖程載荷較小，這樣就會(huì)造成上沖程電動(dòng)機(jī)做功 很大，下沖程電機(jī)做負(fù)功，即電動(dòng)機(jī)上沖程工作電流大，下沖程工作電流小(或下沖程電機(jī) 負(fù)功率)，通過傳感器將電動(dòng)機(jī)10的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行采集輸入PLC可編程控制器進(jìn)行計(jì) 算比較，當(dāng)上、下沖程峰值電流或功率(在電動(dòng)機(jī)使用變頻器的電路中還可以利用變頻器 輸入電流與輸出電流的對(duì)比)差值，達(dá)到設(shè)定值時(shí)，向上灌入方向的電磁閥打開，同時(shí)動(dòng)力 泵運(yùn)行，將主儲(chǔ)液箱1中的液體給配重液箱內(nèi)灌入配重液，來加大配重達(dá)到平衡要求。加入 的液量可以按照時(shí)間、液位感應(yīng)的液量以及PLC設(shè)定的電流動(dòng)作值來確定。同理，當(dāng)上沖程 載荷很小，下沖程載荷較大，該裝置可以從配重液箱5內(nèi)抽取配重液，來減小配重達(dá)到平衡 要求。構(gòu)件組成1、配重液純水，或含有防腐、防凍等添加劑的水混合液，或如機(jī)械油、變壓器油、 液壓油、礦物油等等單質(zhì)或混合液體物。配重液的選擇根據(jù)氣候、環(huán)境、成本來選擇，水類液 體成本低、使用方便，在零度以下的環(huán)境建議使用防凍液或油類液體。配重液的重量是原采 油井正常運(yùn)行期間井下載荷變化(井下滲油和滲水量的變化等因素)導(dǎo)致相應(yīng)的配重鐵的 變化重量。因此根據(jù)配重鐵變化的重量來算出配重液的體積，(1L的水的重量約等于1KG) 從而來選擇配重液箱5和主儲(chǔ)液箱1的體積。2、主儲(chǔ)液箱一般制作方形、矩形或圓柱形，裝設(shè)液位傳感器、液量指示器，一般采 用碳素鋼板焊接而成.在有條件時(shí)，采用耐蝕的不銹鋼是很好的選擇。一些新興材料，如塑 料、玻璃鋼、等均可用作主儲(chǔ)液箱材料。主儲(chǔ)液箱1 一般應(yīng)設(shè)連接管、通氣管呼吸器、液位 計(jì)、檢修入孔等附件。連接管一般從側(cè)壁接或底部接入，主儲(chǔ)液箱1應(yīng)設(shè)有密封箱蓋，箱蓋上應(yīng)設(shè)有檢修入孔和通氣管。通氣管呼吸器應(yīng)應(yīng)防止灰塵、昆蟲和蚊蠅進(jìn)入，一般應(yīng)將管口 朝下設(shè)置。通氣管管徑一般采用不小于50MM。液位計(jì)一般應(yīng)該在水箱側(cè)壁上安裝玻璃液 位計(jì)或磁翻板液位指示器等。主儲(chǔ)液箱安裝油井底座上，要求布置方便，占地較小，便于觀 測。主儲(chǔ)液箱的體積按油井型號(hào)、油井載荷導(dǎo)致的配重變化量、安裝條件來選擇，一般規(guī)格 在400L至1200L以上。3、配重液箱該發(fā)明繼承和保留了幾乎所有現(xiàn)用抽油機(jī)優(yōu)點(diǎn)，是抽油機(jī)精確配重平衡的高效節(jié) 能、安全快捷的輔助手段，配重液是抽油機(jī)配重的可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的游碼，做為配重的組成一 部分，因此配重液箱5和原配重安裝在一起，原配重可以適當(dāng)相應(yīng)地減少體積和重量。由于 戶外環(huán)境易銹蝕，配重液箱5 —般采用不銹鋼等材料，也可以參考主儲(chǔ)液箱的用料。配重液 箱5設(shè)有通氣管呼吸器，結(jié)構(gòu)簡單，可根據(jù)具體條件設(shè)計(jì)成和原配重結(jié)合一體的任意形狀， 容積參照主儲(chǔ)液箱1的規(guī)格來設(shè)計(jì)。例如1)在常規(guī)游梁抽油機(jī)和復(fù)合平衡式抽油機(jī)中，配重液箱5安裝在游梁尾部， 起到游梁輔助配重的作用。配重液箱5制作方形、矩形或圓柱形都可，要便于和游梁尾部安 裝固定。2)下偏杠鈴游梁復(fù)合平衡抽油機(jī)、游梁雙驢頭式抽油機(jī)、異相型抽油機(jī)等，這些常 規(guī)游梁抽油機(jī)的改進(jìn)抽油機(jī)是將配重或輔助配重的位置加以改變，使平衡扭矩更有效地起 到均衡扭矩的作用，使得凈扭矩曲線峰值減小，曲線趨于平緩，從而在運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)力性能 等方面較常規(guī)機(jī)都有很大改善。配重液箱同樣應(yīng)和其改進(jìn)的配重位置在一起，而且根據(jù)具 體條件設(shè)計(jì)成和原配重溶為一體的任意形狀，起到抽油機(jī)自動(dòng)精確調(diào)平衡的目的，到達(dá)抽 油機(jī)高效節(jié)能的完美效果。3)立式(皮帶式)抽油機(jī)，以美國威德福國際公司和我國勝利油田高原石油裝備 有限責(zé)任公司合作生產(chǎn)的Rotaflex 700A型皮帶式抽油機(jī)為例，在實(shí)際應(yīng)用中，配重鐵占 平衡箱空間的二分之一左右，剩余空間體積經(jīng)計(jì)算為1000升左右。皮帶式抽油機(jī)平衡箱防 盜性能差，采油生產(chǎn)對(duì)皮帶式抽油機(jī)調(diào)整平衡后一般將平衡箱進(jìn)行焊接，給下次調(diào)平衡帶 來不便。將平衡箱內(nèi)的部分空間改造成配重液箱，1000升的空間容納水重量為1000公斤， 通常皮帶式抽油機(jī)二次調(diào)整平衡的配重鐵重量在200公斤至600公斤，因此該裝置可以完 全實(shí)現(xiàn)皮帶式抽油機(jī)精確平衡需求。4、執(zhí)行單元電磁閥和動(dòng)力泵電磁閥、動(dòng)力泵通電運(yùn)行時(shí)間較短，長期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)而液位不發(fā)生變化，控制單元會(huì)發(fā) 出報(bào)警信號(hào)。1)電磁閥一般采用二位二通單穩(wěn)態(tài)常閉型電磁閥。由于增壓泵的轉(zhuǎn)向固定，因此 采用4個(gè)電磁閥進(jìn)行導(dǎo)向作用，工作時(shí)相應(yīng)的電磁閥成對(duì)接通，實(shí)現(xiàn)控制液體的流動(dòng)方向 的作用。電磁閥參數(shù)直流DC12V，可選用有壓閥或無壓閥，電磁閥自身帶有止回裝置。2)動(dòng)力泵采用高效增壓泵，要求易于安裝，水利部件采用防腐蝕處理，全揚(yáng)程IOM 至15M左右，排水量2t/h至6t/h以上，配置高效電機(jī)，電源220v/50Hz (單相)，輸出功率 100W至600W左右。根據(jù)抽油機(jī)的型號(hào)、井下載荷的情況對(duì)配重液量的需求合理選擇增壓泵 及管線。5、連接管線包括固定管線3和過度軟管線4，作用是將主儲(chǔ)液箱1、電磁閥、增壓
7泵、配重液箱5連接起來，構(gòu)成液體正反方向流動(dòng)的通路，在運(yùn)動(dòng)的部件之間采用過度軟管 線4。固定管線3可以采用PI^R管或耐腐蝕的金屬管線。過度軟管線4推薦采用(MESA)柔性軟管，是以橡膠軟管作為主體，以不銹鋼或聚 酯纖維材料作為耐磨保護(hù)外套的柔性軟管。柔性軟管通過兩端接頭與固定管線3連接。抽 油機(jī)在運(yùn)行過程中，軟管的運(yùn)動(dòng)軌跡確定，因此設(shè)計(jì)合理不會(huì)對(duì)耐磨軟管線造成影響。6、傳感設(shè)備1)電傳感器包括電流傳感器、電壓傳感器、功率傳感器等，對(duì)電動(dòng)機(jī)10的運(yùn)行數(shù) 據(jù)電流、電壓、功率變化信號(hào)進(jìn)行采集。原油井電動(dòng)機(jī)電氣控制箱6內(nèi)一般裝設(shè)有電流互 感器，特別是變頻調(diào)速的控制柜有電流、功率等輸出模擬端子，這些都可以直接利用，減少 了設(shè)備的投資。2)位置傳感器(角位移傳感器)游梁式抽油機(jī)可安裝在底座7位置抽油機(jī)下始 點(diǎn)時(shí)曲柄8對(duì)應(yīng)的位置上，或游梁支座處游梁上下運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的位置上；皮帶式抽油 機(jī)可安裝在中平臺(tái)附近或抽油機(jī)平衡箱上始點(diǎn)或者下始點(diǎn)時(shí)平衡箱對(duì)應(yīng)的位置上。3)載荷傳感器安裝在懸繩器上，測量一個(gè)沖次過程中各點(diǎn)壓力值。4)液位傳感器安裝在主儲(chǔ)液箱1，感應(yīng)液量的變化。一般可以采用投入式液位變 送器(為一體式和分體式)，均可以選擇干式陶瓷電容或擴(kuò)散硅式傳感器。干式陶瓷電容傳 感器作為測量單元時(shí)，傳感器投入被測液體中，液位壓力作用于傳感器表面膜片，根據(jù)液體 壓力與液位成正比的原理，使膜片產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的彈性位移，由于在介電常數(shù)及兩板間面積不 變時(shí)，電容值的大小與兩極間的距離成正比，就可以從襯底電極和膜片電極之間檢測到變 化的電容，檢測到的電容量經(jīng)過微調(diào)電路放大后，可輸出一個(gè)精確的電壓信號(hào)，最后輸出的 電壓信號(hào)通過變送部分轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)輸出。7、控制單元推薦使用PLC可編程控制器，也可采用單片機(jī)等CPU微處理器PLC等作為該裝置核心控制器，要帶有A/D模塊單元和D/A模塊單元，根據(jù)電傳 感器采集的信號(hào)、抽油機(jī)上下沖程(位置傳感器感應(yīng))測定一個(gè)沖程中各個(gè)位置不同的電 流值，來綜合計(jì)算抽油機(jī)的平衡度，判定是否要進(jìn)行抽油機(jī)平衡調(diào)整，根據(jù)不同的平衡度 數(shù)值，控制電磁閥打開，同時(shí)動(dòng)力泵運(yùn)行，改變液體流動(dòng)方向，來增加或減少液體配重重量 (液位傳感器感應(yīng)量)，從而達(dá)到調(diào)整抽油機(jī)平衡目的。針對(duì)抽油機(jī)需要監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)，采用電流、載荷、角位移傳感器來進(jìn)行各種信號(hào) 的測量，PLC作為該裝置核心控制器，進(jìn)行各類信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)運(yùn)算。采集抽油機(jī)沖程周 期內(nèi)的有功功率、各相電壓、電流的變化數(shù)據(jù)，計(jì)算抽油機(jī)的沖程周期，自動(dòng)計(jì)算抽油機(jī)沖 程周期內(nèi)的上沖程電流最大值、下沖程電流最大值，根據(jù)電流法來計(jì)算抽油機(jī)的平衡率。自 動(dòng)計(jì)算抽油機(jī)沖程周期的上沖程有功功率之和、下沖程有功功率之和，然后根據(jù)上、下沖程 有功功率之和的比值來進(jìn)行計(jì)算抽油機(jī)的平衡率。如果抽油機(jī)配重平衡，其上下沖程內(nèi)的 所作負(fù)功應(yīng)沒有或者較少，所以增加沖程內(nèi)負(fù)功的累計(jì)，通過沖程內(nèi)負(fù)功所占做功的百分 比，來判斷配重是否合理。CPU作為數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)的核心模塊，模擬量采集模塊采集電流 和載荷傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)，信號(hào)采集模塊采集的輸出值，最后采用自由口編 程的方式，通過CPU上的串行通訊口將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線數(shù)據(jù)傳輸終端，從而將數(shù)據(jù)通過無 線網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)。PLC的CPU模塊支持自由協(xié)議編程，能夠方便地與眾多的無 線數(shù)據(jù)傳輸終端進(jìn)行連接。
如圖5所示電參量測量傳感器，液位傳感器，位置傳感器，變頻器信號(hào)，按鈕鍵盤 控制信號(hào)通過A/D模塊單元輸入PLC，經(jīng)過運(yùn)算和程序控制，發(fā)出指令輸出得以顯示輸出及 報(bào)警，并通過D/A模塊單元、執(zhí)行繼電器控制電磁閥和動(dòng)力泵的開啟和運(yùn)轉(zhuǎn)。該裝置采用4 個(gè)電磁閥進(jìn)行導(dǎo)向作用，工作時(shí)相應(yīng)的電磁閥成對(duì)接通，實(shí)現(xiàn)控制液體的流動(dòng)方向的作用。如圖4所示，皮帶式抽油機(jī)為例，其井下載荷的變化導(dǎo)致調(diào)平衡塊的重量在300公 斤左右內(nèi)變化，我們用600升左右的配重液箱5，內(nèi)裝300升(大約300公斤的液體重量) 來作為微調(diào)配重游碼，與配重液箱5連接一個(gè)600升左右主儲(chǔ)液箱1，內(nèi)置液體300升，根據(jù) 需要配重的重量要求，手動(dòng)或自動(dòng)往配重液箱中加入或抽取液體，來實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的最佳平 衡要求的目的。該裝置可根據(jù)稠油熱采井生產(chǎn)特點(diǎn)，在稠油熱采井生產(chǎn)初期階段開井時(shí)，主儲(chǔ)液 箱1中存較多液量，液位傳感器、顯示計(jì)都安裝在主儲(chǔ)液箱1中，便于觀測且安裝方便可靠。 本裝置在抽油機(jī)人工首次調(diào)整配重鐵的階段，基本不用測量電流、計(jì)算抽油機(jī)的平衡度，通 過該裝置就可以快速掌握抽油機(jī)的平衡度。當(dāng)主儲(chǔ)液箱1中大于四分之三液量即可，當(dāng)主 儲(chǔ)液箱1中小于四分之三液量較多時(shí)，加大配重鐵，反之減少配重鐵。隨著抽油期生產(chǎn)階 段變化，原油液量負(fù)荷逐漸上升，抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置在運(yùn)行中自動(dòng) 給配重液箱5內(nèi)灌入相應(yīng)的配置液，使抽油機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。抽油期生產(chǎn)階段后期當(dāng)主儲(chǔ)液箱 1中液量用完時(shí)，該裝置發(fā)出報(bào)警預(yù)告，提醒工人改變平衡鐵的重量或者重新修正油井的生 產(chǎn)運(yùn)行階段如注汽、井下作業(yè)等。
權(quán)利要求
1.一種抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，包括抽油機(jī)的底座(7)、電動(dòng)機(jī) (10)、配重，其特征在于在底座(7)上設(shè)有主儲(chǔ)液箱(1)、電器控制箱(6)、執(zhí)行單元0)， 配重設(shè)有配重液箱(5)，主儲(chǔ)液箱(1)和配重液箱(5)內(nèi)為配重液，執(zhí)行單元( 包括泵和 電磁閥，電器控制箱(6)內(nèi)設(shè)有PLC等CPU微處理器程序控制器以及電動(dòng)機(jī)(10)運(yùn)行電信 息采集傳感器，主儲(chǔ)液箱(1)、執(zhí)行單元O)、配重液箱( 之間通過管線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于主 儲(chǔ)液箱(1)設(shè)液位傳感器、液量指示器、連接管、通氣管呼吸器、液位計(jì)、檢修入孔、密封箱 蓋，箱蓋上設(shè)有檢修入孔和通氣管，通氣管呼吸器管口朝下設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于配 重液箱( 設(shè)有通氣管呼吸器，液量指示器，主儲(chǔ)液箱(1)和配重液箱(5)內(nèi)為配重液，配 重液為純水，或含有防腐、防凍等添加劑的水混合液，或如機(jī)械油、變壓器油、液壓油、礦物 油等等單質(zhì)或混合液體物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于電 磁閥為二位二通單穩(wěn)態(tài)常閉型電磁閥，電磁閥為4個(gè)進(jìn)行導(dǎo)向作用，工作時(shí)相應(yīng)的電磁閥 成對(duì)接通，實(shí)現(xiàn)控制液體的流動(dòng)方向的作用，電磁閥設(shè)有止回裝置，管線包括固定管線(3) 和過度軟管線G)，連接主儲(chǔ)液箱(1)、電磁閥、泵、配重液箱(5)，構(gòu)成液體正反方向流動(dòng)的 通路，在運(yùn)動(dòng)的部件之間采用過度軟管線G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于電 磁閥和泵設(shè)有CPU微處理器程序控制系統(tǒng)來控制電磁閥和泵的開啟運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)適量地增加 或減少配重液箱中的液體的重量，CPU微處理器為單片機(jī)或PLC可編程控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于電 氣控制箱(6)內(nèi)設(shè)有電傳感器，電傳感器包括電流傳感器、電壓傳感器、功率傳感器，對(duì)電 動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)電流、電壓、功率變化信號(hào)進(jìn)行采集。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于抽 油機(jī)的懸繩器上設(shè)有載荷傳感器，測量一個(gè)沖次過程中各點(diǎn)壓力值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于主 儲(chǔ)液箱(1)上設(shè)有液位傳感器，感應(yīng)液量的變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于PLC 可編程控制器設(shè)有A/D模塊單元和D/A模塊單元，根據(jù)電傳感器采集的信號(hào)、抽油機(jī)上下沖 程(位置傳感器感應(yīng))測定一個(gè)沖程中各個(gè)位置不同的電流值，來綜合計(jì)算抽油機(jī)的平衡 度，判定是否要進(jìn)行抽油機(jī)平衡調(diào)整，根據(jù)不同的平衡度數(shù)值，控制電磁閥打開，同時(shí)泵運(yùn) 行，改變液體流動(dòng)方向，來增加或減少液體配重重量(液位傳感器感應(yīng)量)，從而達(dá)到調(diào)整 抽油機(jī)平衡目的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置，其特征在于底 座(7)抽油機(jī)下始點(diǎn)曲柄(8)對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有位置傳感器，或設(shè)在游梁(9)上下運(yùn)動(dòng)始 點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的位置上；皮帶式抽油機(jī)可安裝在中平臺(tái)附近或抽油機(jī)平衡箱上始點(diǎn)或者下始點(diǎn) 的平衡箱對(duì)應(yīng)的位置上。
全文摘要
本發(fā)明涉及抽油機(jī)的調(diào)整平衡技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種抽油機(jī)的液體配重游碼自動(dòng)調(diào)整平衡裝置。提供一種實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提高的平衡裝置。其包括抽油機(jī)的底座(7)、電動(dòng)機(jī)(10)，設(shè)有主儲(chǔ)液箱(1)、電器控制箱(6)、執(zhí)行單元(2)，配重設(shè)有配重液箱(5)，主儲(chǔ)液箱(1)、執(zhí)行單元(2)、配重液箱(5)之間通過管線連接。管線包括固定管線(3)和過度軟管線(4)，在運(yùn)動(dòng)的部件之間采用過度軟管線(4)。抽油機(jī)下始點(diǎn)曲柄(8)對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有位置傳感器，或設(shè)在游梁(9)上下運(yùn)動(dòng)始點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的位置上。采用上述結(jié)構(gòu)以后，精確平衡效果好，根據(jù)井下載荷自動(dòng)調(diào)整，可精確快速地調(diào)整平衡，平衡度遠(yuǎn)大于目前的80％要求，理論設(shè)計(jì)值可接近100％。
文檔編號(hào)E21B43/00GK102094597SQ20101059234
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月5日
發(fā)明者付大智, 任偉東, 馮勝, 趙寶民, 邱兵 申請(qǐng)人:邱兵