專利名稱：一種數(shù)控運行節(jié)能抽油機的制作方法
一種數(shù)控運行節(jié)能抽油機，它屬于油田開采設(shè)備，用于油田油井的石油生產(chǎn)中。
現(xiàn)在在油田使用的抽油機，由于采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(guān)系不相匹配，因而抽油效率很低。有個別的抽油機，使用液壓系統(tǒng)進行抽油活塞的驅(qū)動，雖然能使抽油活塞的在抽油行程時基本處于恒力工作狀態(tài)，但由于它的位移和力的關(guān)系不能改變，因此不能適應(yīng)各種不同油質(zhì)、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(chǎn)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(diào)節(jié)抽油活塞運動速度關(guān)系并使之滿足最佳位移和力關(guān)系的數(shù)控運行節(jié)能抽油機。它有最佳的工作效率，并可方便地改變油井的生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)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和抽油桿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(zhí)行裝置，抽油桿4與液壓活塞7相連，其特征在于液箱11是一承壓容器，在液箱11上接有可調(diào)節(jié)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(diào)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(diào)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(dāng)抽油活塞2處在上提抽油行程時，液壓泵9正向旋轉(zhuǎn)，輸出的高壓液進入液壓缸6下腔，推動液壓活塞7并通過抽油桿4進而帶動抽油活塞2上提，完成抽油動作。當(dāng)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(diào)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(zhuǎn)。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(diào)逆變電源10輸出再次反相，使動力源5的電機正向轉(zhuǎn)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(huán)。
在本實用新型中，使用可調(diào)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(diào)逆變電源10的輸出頻率和相位關(guān)系，可以改變交流電動機的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)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，由于重力作用而在液壓缸6下腔產(chǎn)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，也處于正功率(做功)工作狀態(tài)，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(zhuǎn)入抽油行程后，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(fù)荷。
本實用新型中，在抽油泵內(nèi)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(tài)。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并經(jīng)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，并與可編程控制器中設(shè)定的最佳運行值進行比較，做出相應(yīng)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(shù)據(jù)，控制抽油活塞2回程時，液壓泵9的反向旋轉(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)率，滿足生產(chǎn)管理的需要，重要的一點是每一口油井都有一個對應(yīng)其生產(chǎn)特征的最佳運動(循環(huán))規(guī)律，對粘稠油開采這一點特別重要，本實用新型可按照這種規(guī)律編制控制程序做到這一點，而采用常規(guī)的方法是作不到的。
本實用新型中，用于調(diào)節(jié)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，如普通用于給各種汽車、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，以補充泄漏的空氣和調(diào)整其壓力。在油井生產(chǎn)時，石油粘度、井壓等參數(shù)變化不大，而且變化很緩慢，壓力不用經(jīng)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(diào)壓時，由可編程控制器3控制通止閥門導(dǎo)通一定時間，在液箱壓力達到預(yù)定值后關(guān)閉，達到調(diào)壓目的。所用高壓氣瓶可以使用一段時間后定期更換。
本實用新型采用可編程控制器經(jīng)過將測量得到的各種抽油參數(shù)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(guān)系，達到最佳的工作效率。由于抽油活塞的抽油和恢復(fù)行程都是可控的，可以改變油井的生產(chǎn)率，滿足生產(chǎn)管理的要求。
本實用新型使用可編程控制器進行控制，其中用于進行比較的最佳運行關(guān)系參數(shù)值可以在本實用新型安裝在現(xiàn)場后，根據(jù)該油井的實際情況試驗確定。因此本實用新型可以適應(yīng)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(diào)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(diào)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(zhí)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(diào)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(yè)過程控制器，也可以是工業(yè)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(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面，采用分時分址的方法對各傳感器和控制機構(gòu)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(guān)，也可以是位移傳感器如磁性尺等?？梢园惭b在靠近抽油桿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(huán)境溫度等的傳感器。增加這些測量數(shù)據(jù)，可使控制策略條件更加準(zhǔn)確，控制精度提高，抽油機的工作更加優(yōu)化。在可編程控制器3的輸入部分還可以增加適應(yīng)于油田生產(chǎn)管理控制的輸入端，通過油田生產(chǎn)調(diào)度控制各個油井的生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控運行節(jié)能抽油機，它有由抽油缸體1、抽油活塞2和抽油桿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(zhí)行裝置，抽油桿4與液壓活塞7相連，其特征在于液箱11是一承壓容器，在液箱11上接有可調(diào)節(jié)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(diào)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(diào)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(shù)控運行節(jié)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(zhí)行裝置。其特征在于液箱是承壓容器，有對其壓力進行調(diào)節(jié)的壓縮空氣源，動力源為帶有可調(diào)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并對可調(diào)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(shù)據(jù)自行調(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日1991年10月10日
發(fā)明者李三, 石一機 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠