專利名稱：智能化抽油系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田開發(fā)的抽油設(shè)備，尤其涉及一種高效智能抽油設(shè)備。
背景技術(shù)：
我國有油井幾十萬口，有桿抽油井占95 %以上，有桿抽油設(shè)備95%以上是國外引進的游梁式抽油機。國外的有桿抽油井也是以游梁式抽油機為主體，但國內(nèi)外油田的差異在于國情不同。首先是我國的油藏主體特征是低滲透、單位面積儲量低，形成井?dāng)?shù)眾多而單井產(chǎn)量很低的局面；其次是我國經(jīng)濟高速發(fā)展，對能源需求迫切，油井采出強度大、增產(chǎn)措施工作量大、導(dǎo)致井況差、生產(chǎn)成本升高；三是我們能源利用率低下，生產(chǎn)同一產(chǎn)品所需能耗可能是發(fā)達國家的幾倍之多。石油企業(yè)既是能源生產(chǎn)的主力，同時也是耗能大戶。全國油田的抽油機裝機容量在數(shù)百萬千瓦以上，年耗電量在數(shù)百億度以上。數(shù)量龐大的低產(chǎn)井抽油系統(tǒng)效率只有20%左右，其中大部分的特低產(chǎn)井僅有10%左右，這些油井不但浪掉費掉了大量的能源，同時因抽油機每年約300萬個沖次高速運轉(zhuǎn)，引發(fā)抽油系統(tǒng)設(shè)備如抽油泵、油桿、油管、抽油機等加速磨損，使檢泵周期大幅縮短，修井作業(yè)量大增，生產(chǎn)成本居高難下。鑒于提高系統(tǒng)效率不但可節(jié)省大量能源還可以大幅度降低生產(chǎn)成本，故已成為業(yè)界普通關(guān)注的課題之一我國油田開發(fā)總體技術(shù)水平居世界前列，有龐大的科研機構(gòu)和專業(yè)技術(shù)隊伍。多年來有無數(shù)的人前仆后繼為油田的技術(shù)進步作出了巨大的努力，取得了豐碩的成果。僅就抽油系統(tǒng)專利就有6000多項，但在系統(tǒng)效率方面的發(fā)明專利卻是鳳毛麟角，一直是困擾油田技術(shù)進步的薄弱環(huán)節(jié)，之所以沒有取得突破性的進展，究其原因主要有三個問題一是抽油系統(tǒng)包括抽油泵、油桿、油管、井口、抽油機、地面輸油流程、計量設(shè)備、油井測試等多種設(shè)施，還包括地質(zhì)、采油工程、機械設(shè)計制造、電力電器、油井測試、油氣集輸及環(huán)保等多種專業(yè)，各屬不同的部門管理，都與系統(tǒng)效率有關(guān)。因此必須用系統(tǒng)工程學(xué)的觀點解決問題，各專業(yè)單打獨斗的方式不會使全系統(tǒng)有突破性的成果。沒有通過集成的方式解決問題是系統(tǒng)效率長期低下的主要原因。二是沒有抓住關(guān)鍵問題一一泵效。平均泵效只有30%左右，很多低產(chǎn)井更低，甚至低到10%左右。泵抽不到油，抽油機就在做無用功，這是系統(tǒng)效率低的根源。如果泵能充滿，抽三次變?yōu)槌橐淮尉涂梢裕脡勖匀痪脱娱L三倍，修井作業(yè)也由三次減少到一次。當(dāng)然，保證在低沉沒度油井高產(chǎn)的條件下使泵充滿絕不是簡單的技術(shù)問題。但是，它是必須解決的問題，離開系統(tǒng)效率便無從談起。三是游梁抽油機的問題。為提高泵效而使用小泵，已使泵小到無法制造；加大沖程受減速器輸出扭矩的限制；減小沖數(shù)受電機皮帶輪最小直徑的限制，這些方案都走進了死胡同。說到底，這種困局不是游梁抽油機有問題，而是我們的國情與它不合。如果單井產(chǎn)量 20噸以上，采出強度不大，游梁抽油機當(dāng)然也可以，但國情是客觀存在的，改變不了，我們必須制造適合我們國家的抽油機。因此，近幾年多種形式的大沖程低沖次的抽油機大量出現(xiàn)， 但到目前為止，因為故障率高、可靠性差，效果一直不夠理想。至此，實踐告訴我們，要想取代游梁抽油機，必須改變其抽油 方式，由小泵徑，低效率，變速運動小沖程、高沖次的抽油方式轉(zhuǎn)變到大泵徑、高泵效，勻速直線運動大沖程，沖次數(shù)低到泵不充滿抽油機就不運轉(zhuǎn)，等待泵充滿了抽油機再運轉(zhuǎn)的抽油方式已勢在必行。通過適當(dāng)加大泵徑，把泵效提高到90以上，把沖次數(shù)降低5-10倍，工作級別由繁忙降到輕閑，系統(tǒng)效率的低下以及降低大沖程抽油機的故障率就可迎刃而解了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用大直徑高效率抽油泵配套程控長沖程抽油機，采用智能化的控制系統(tǒng)，對油井實時監(jiān)控，實現(xiàn)泵不充滿抽油機不運轉(zhuǎn)，等待泵充滿了再運轉(zhuǎn)的抽油方式。同時，通過上位機與PLC程控抽油機的互聯(lián)互通實現(xiàn)無限距離、無限油井和無限給予授權(quán)的用戶之間的信息實時共享共用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的一種高效智能抽油設(shè)備，包括抽油機、抽油泵、PLC程控器、通信服務(wù)器和電控系統(tǒng)，所述程控抽油機包括機架，其上部裝有減速器，減速器有兩個輸入端軸伸，其中的一端通過聯(lián)軸器與自動運行電機聯(lián)接，聯(lián)軸器的側(cè)面裝有接近開關(guān)；其中的另一端通過失電制動離合器及滾子鏈與手動運行電機聯(lián)接，減速器的輸出端有雙軸伸，其上分別裝有卷筒，卷筒上帶有繩槽，兩個繩槽的旋向相反，鋼繩A串過平衡輪A后形成的雙繩分別串過懸繩器上兩個滑輪用繩夾固定在兩個卷筒外端，并向后轉(zhuǎn)動卷筒，將鋼繩A纏繞在卷筒的繩槽內(nèi)， 把懸繩器提到高點，依同理再將鋼繩B串過平衡輪B后形成的兩個繩頭分別串過平衡重上兩個滑輪用繩夾固定在兩個卷筒的內(nèi)端。所述的懸繩器A與油桿連接，油桿連接柱塞，柱塞的下端帶有游動閥，所述油桿與柱塞一同置于油管和泵筒中，其特征在于泵筒上端和油管之間聯(lián)接內(nèi)管，內(nèi)管之外套裝帶有進油排氣孔的儲油器，其下端和套裝在泵筒之外的外管聯(lián)接，外管的下端和低阻固定閥下端密封固定聯(lián)接，儲油器和低阻固定閥之間形成環(huán)形通道，當(dāng)柱塞下行時儲油器內(nèi)液面為a，柱塞上行時儲油器內(nèi)的液柱壓力推動低阻固定閥的閥球向高位滾動，油液進入泵筒，柱塞到達上死點c，儲油器內(nèi)液面由a降到b后須停機給一個使儲油器液面回到a的時間Ttl ；低阻固定閥中有閥體，其中裝有中心桿，中心桿上自上而下依次套有受壓體、定位體、彈簧及彈簧座，其下端有調(diào)整墊，中心桿的下端與閥球限位套筒固定連接，限位卷筒中裝有閥球，閥球的一側(cè)面對閥座，閥球的水平中心線與中心桿的軸線夾角小于90°，并能沿閥球下面的斜面作橫向滾動；當(dāng)柱塞向下壓到受壓體上端將游動閥頂開，中心桿下端的閥球限位套筒下壓閥球則使其脫離閥座而無法關(guān)閉，實現(xiàn)油管與套管的聯(lián)通；當(dāng)柱塞上提離開時，彈簧便使其復(fù)位；所述機架的右后側(cè)裝有電控箱，其中裝有用于自動運行電機及手動運行電機的主電路、通信電路及其控制電路，所述主電路中裝有固態(tài)繼電器SSRl、SSR2、SSR3和交流接觸器KM1、KM2以及手動自動控制電流轉(zhuǎn)換開關(guān)SA，自動運行控制電路以PLC程控器為主，并通過電流互感器及低點開關(guān)、原點開關(guān)、高點開關(guān)、 荷重傳感器和接近開關(guān)分別與程序控制器PLC的各端點保持電連接；控制程控抽油機的懸繩器及其連接的柱塞上下往復(fù)運動，完成抽油過程；所述PLC上還帶有RS485端口，通過通信電路與所述服務(wù)器中的上位機的GPRS模塊互聯(lián)互通。所述的失電制動離合器，包括一個基盤，基盤通過軸承安裝在減速器輸入軸伸上， 鏈輪由螺栓固定在基盤上，制動盤和所述輸入軸伸上的花鍵套聯(lián)接；磁軛中裝有環(huán)形線圈和均布的彈簧，磁軛和銜鐵由螺栓裝到基盤上；磁軛后面有絕緣防護盤，其中心裝有電接點端子，使線圈和接電彈簧片保持電聯(lián)接，在自動運行時，失電制動離合器得電，制動盤被松開隨軸旋轉(zhuǎn)，和手動運行分離；在自動運行電機停電后，失電制動離合器失電，滾子鏈借助手動運行電機的制動器而制動；手動運行電機得電時失電制動離合器也得電打開，而失電制動離合器失電在動合狀態(tài)，減速器及其輸入軸另一端的聯(lián)軸器還在旋轉(zhuǎn)，接近開關(guān)照常工作。所述的繩夾由繩夾體和緊定螺釘構(gòu)成，繩夾體為扇形體，其上端帶有與卷筒上繩槽相吻合的旋槽，其下端則帶有緊定螺孔。所述的高效智能抽油設(shè)備的抽油方法，包括為PLC寫入或修改用戶程序、輸入或修改工作參數(shù)的步驟，其特征在于工藝過程包括下述步驟(1)系統(tǒng)進入初始狀態(tài)，將泵柱塞停到上死點C，平衡重在低點，原點開關(guān)處在動合狀態(tài)；(2)系統(tǒng)進入啟動狀態(tài)，制動器得電松開并延時Tl，為自動運行電機啟動作設(shè)備；(3)系統(tǒng)進入正轉(zhuǎn)運行狀態(tài)，自動運行電機得電啟動，正轉(zhuǎn)上行，接近開關(guān)發(fā)生脈沖信號，PLC從特征行程值S開始減記錄，到第一次泵的充滿值視為Si，同時記錄每個脈沖的載荷值和電流值并計算(3. 1)泵效 SE，Se=竺 X 100%(3. 2)單沖次的產(chǎn)油量L，L = SlXC(3. 3) PLC進行PID程序控制，當(dāng)SE/SA > 1或SE/SA < 1時，PLC自行對下一沖次的延時Ttl減少或增加；(4)系統(tǒng)進入泵效監(jiān)測狀態(tài)，根據(jù)步驟(3. 3. 3)的計算結(jié)果保持和/或調(diào)整延時 T。，平衡重開始上升；(5)系統(tǒng)進入高點停機狀態(tài)，平衡重從特征行程值S減記數(shù)值到0，自動運行電機失電并延時T2;(6)系統(tǒng)位于高點延時狀態(tài)，T2時間到，制動器延時T3 ；(7)系統(tǒng)進入高點啟動狀態(tài)，T3時間到，制動器停電后換向再延時T3 ；(8)系統(tǒng)進入自動運行電機反轉(zhuǎn)下行狀態(tài)，平衡重下行，PLC開始正記數(shù)；(9)系統(tǒng)進入自動運行電機的低點停機狀態(tài)，平衡重下行，碰觸碰鐵，使原點開關(guān)動合，手動運行電機失電關(guān)延時T2 ；(10)系統(tǒng)進入原點延時狀態(tài)，T2時間到，原點停機并延時Ttl ；(11)系統(tǒng)重復(fù)步驟⑵ 步驟(11)進入自動循環(huán)運行。采用兩個電機分別驅(qū)動手動運行和自動運行。正常生產(chǎn)時由自動運行電機驅(qū)動。 在大載荷而且要求準(zhǔn)確定位的調(diào)整作業(yè)時，使用由滾子鏈減速的手動驅(qū)動。用電器和機械雙重互鎖的上下行兩個按鈕控制交流接觸器。自動控制是由傳感器信號和各項工作參數(shù)輸入到可編程序控制器PLC，PLC按寫入的用戶程序處理后，通過晶體管集電極輸出，控制電機正反轉(zhuǎn)和制動器的固態(tài)繼電器。 PLC在控制抽油機運行的同時還要對油井實時監(jiān)測，并經(jīng)運算處理不斷刷新各項信息，其中核心信息是產(chǎn)油量和泵示功圖。懸繩器上下行程量的大小和減速器輸入軸轉(zhuǎn)數(shù)的多少是對應(yīng)的，用聯(lián)軸器感應(yīng)的接近開關(guān)和PLC組成的記數(shù)器作為行程位移傳感器，用減記數(shù)的方式監(jiān)控運行。泵柱塞下行到載荷 降到計量值時的行程位移數(shù)值可叫作泵“充滿值”，它實際是柱塞由接觸液面開始到下死點的轉(zhuǎn)數(shù)值，充滿值乘系數(shù)即為該沖次的產(chǎn)油量，可以累到班、 日、旬、月、年產(chǎn)油量。充滿值和行程位移設(shè)定值的比值百分?jǐn)?shù)即為泵效，PLC用測得的該沖次泵效值和設(shè)置的目標(biāo)泵效值的比值進入PID運算控制下一沖次的停機等待時間長短。把泵效穩(wěn)定控制在目標(biāo)值上，使抽油機的排液能力自動適應(yīng)油井的供液能力。PLC的通信接口 RS485和數(shù)據(jù)傳輸單元GPRS-DTU的RS485接口相連，再給DTU輸入接收站的域名，通過安裝手機卡進入手機通信網(wǎng)，可把數(shù)據(jù)傳送到指定的接收站服務(wù)器電腦。接收站服務(wù)器給PLC發(fā)出指令互相通信。服務(wù)器可以在無限距離對很多PLC通信并可以進行二進制數(shù)據(jù)解碼和用戶程序及工作參數(shù)的修改。轉(zhuǎn)發(fā)用戶指令，服務(wù)器對接收的大量信息經(jīng)運算處理后通過WEB服務(wù)方式傳輸給很多無限距離的給予授權(quán)的客戶，授權(quán)的客戶也可以通過服務(wù)器修改PLC工作參數(shù)，具有強大的數(shù)據(jù)接口，可與ORACLE、sql SERVER、 MySQL等各種數(shù)據(jù)庫對接實現(xiàn)與各種應(yīng)用系統(tǒng)的無縫結(jié)合，實現(xiàn)全系統(tǒng)信息實時共享共用。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是1、由于抽油泵增加了高位儲油器，能起到油氣分離和儲油緩沖的作用，改變了進油狀態(tài)，由過去的“吸入”變?yōu)椤皦喝搿?，利于油?nèi)溶解氣的釋放，保證泵的充滿，做到泵不滿抽油機不運轉(zhuǎn)，等待泵充滿了抽油機再運轉(zhuǎn)。與其說等待泵充滿，其實是等待儲油器充滿， 只有儲油器充滿了才能形成靠壓力進油，這是抽油機高效的根本。2、固定閥閥球由傳統(tǒng)垂直運動改為橫向滾動并和游動閥同時開啟，減少了自身重力對進油的阻力，消除了進油時閥球?qū)﹂y座和閥罩的高頻撞擊，延長使用壽命。當(dāng)柱塞座到固定閥上時，固定閥和游動閥就會同時開啟而油套連通，利用洗井液從油管中向下通過抽油泵和儲油器而流向井內(nèi)?？梢苑乐挂虮瞄y失靈，使管桿掉入井下的惡性事故。因洗井液用量少，洗的徹底，避免了套管高溫伸縮對固井水泥環(huán)的破壞；修井作業(yè)時泄油良好，減少了原油浪費和環(huán)境污染。3、采用雙滑輪組提升由一個卷筒兩根鋼繩同時工作以及采用專用繩卡，使減速器輸出扭矩、卷筒長度和鋼繩負(fù)荷都減小一倍，簡化了提升機結(jié)構(gòu)，使其體積小重量輕，保證了整機長期穩(wěn)定可靠的運行。4、滾子鏈輪制動器一方面是與自動運行電機相配合的制動器，一方面又是手動運行電機的離合器，用于驅(qū)動減速器低速運轉(zhuǎn)，能實現(xiàn)一個減速器分別由兩個電機驅(qū)動?？砂殉橛蜋C的裝機容量減小4倍以上，絕大多數(shù)降到IOKW以下可快速直接啟動，實現(xiàn)了抽油機可頻繁啟動停止的功能，滿足了等待泵充滿了再運轉(zhuǎn)的需求。5、用減速器輸入軸的轉(zhuǎn)數(shù)控制代替行程位移長度控制，用減記數(shù)方式去讀取“充滿值”，用接近開關(guān)每脈沖一次PLC讀取載荷值和電流值，最大限度的減化監(jiān)測過程，提高了 PLC運算處理速度，大量減少了信息數(shù)據(jù)和提高了傳輸速度。6、利用GPRS-DTU數(shù)據(jù)傳輸單元進入手機通信網(wǎng)和主站服務(wù)器通信。主站再用上網(wǎng)的方式把實時信息傳輸給客戶。系統(tǒng)簡單可靠，費用低而且使用非常方便靈活，節(jié)省了單建通信網(wǎng)的大量投資和維護費用。


本發(fā)明有附圖14幅，其中1、低阻壓入式抽油泵工作原理示意圖A ；2、低阻壓入式抽油泵工作原理示意圖B ；3、低阻開啟式固定閥結(jié)構(gòu)示意圖；4、程控抽油機的結(jié)構(gòu)示意圖；5、圖1的側(cè)視
6、圖1的俯視圖；7、繩夾結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)示意圖；8、繩夾結(jié)構(gòu)主視圖；9、圖8的A-A剖視圖；10、程控抽油機主電路圖；11、自動運行電機的控制電路示意圖；12、手動運行電機的主電路示意圖；13、手動運行電機的控制電路示意圖；14、圖14失電制動器結(jié)構(gòu)示意圖。其中1_油管 2-油桿3-內(nèi)管4-儲油器5-泵筒6-外管7-柱塞8-游動閥9-低阻固定閥10-中心桿11-受壓體12-閥體13-定位體14-彈簧15-彈簧座16-調(diào)整墊17-閥座18-閥球19-閥球限位套筒20-低點開關(guān) 21-原點開關(guān)22-機架23-懸繩器A 24-碰鐵25-鋼繩A26-高點開關(guān) 27-荷重傳感器28-平衡輪A 29-卷筒30-平衡輪B31-鋼繩B32-平衡重33-電控箱34-繩夾35-自動運行電機36-接近開關(guān)37-手動運行電機38-滾子鏈39-失電制動離合器40-減速器41-聯(lián)軸器42-緊定螺釘43-卷筒輻板 44-繩夾體45-減速器輸入軸伸46-軸承47-基盤48-鏈輪49-空心螺栓 50-制動盤51-銜鐵 52-磁軛 53-安裝螺栓54-線圈55-接電彈簧片 56-中心電接端子 57-絕緣防護盤58-花鍵套 59-彈簧 60-螺栓。
具體實施例方式如圖1 圖13所示的高效智能抽油設(shè)備，包括程控抽油機和電控系統(tǒng)，其中所述抽油機為雙滑輪組雙驅(qū)動卷揚提升式結(jié)構(gòu)，如圖1 圖3所示。機架22頂上裝有四軸伸的減速器40，其兩個輸出軸分別裝繩槽旋向相反的兩個卷筒25，一側(cè)輸入軸通過聯(lián)軸器41聯(lián)接自動運行電機35，另一側(cè)輸入軸裝外園為滾子鏈輪的失電制動離合器39，由滾子鏈38和配帶失電制動離合器的手動運行電機37聯(lián)接，減速器40前機架上裝平衡輪A28、減速器40 后下部機架上裝有一定距離的兩個平衡輪B30，機架前有雙滑輪懸繩器A23，機架背后 有雙滑輪平衡重32 ；將鋼繩A25從平衡輪A28上串過，等長兩繩頭分別串過懸繩器A23上滑輪再用專用繩夾34分別將兩個繩頭固定在兩卷筒29的外端，向后轉(zhuǎn)動卷筒29，鋼繩A25繞上卷筒29并把懸繩器23提升到高點，再把鋼繩B31串過兩個平衡輪30，等長兩繩頭分別串過平衡重32滑輪，用專用繩夾41將兩繩頭分別固定在卷筒29內(nèi)端。電機驅(qū)動卷筒29向前旋轉(zhuǎn)，卷筒29上的鋼繩A25放出，懸繩器A23、油桿2及下聯(lián)接的柱塞7下行，而卷筒29上讓開的繩槽由鋼繩B31即時繞上，平衡重32開始上行；當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時，平衡重32下行，卷筒 29上讓開的繩槽由鋼繩A25即時繞上，懸繩器A23拉動油桿及下接的柱塞7上行，懸繩器 23和平衡重32分別由兩個滑輪組29交替提升，與固定在油管下端的泵筒相對往復(fù)運動，完成抽油過程。如圖4 圖5所示的是一種低阻壓入式抽油泵，包括在油管1和泵筒5之間接一內(nèi)管3，在內(nèi)管3的外面套裝儲油器4，儲油器4下端與泵筒5之外套裝外管6，使儲油器4和低阻壓入式固定閥9聯(lián)通，井內(nèi)油液從儲油器上端進行油氣分離后向下進入儲油器4，其液面達到a以上位置，當(dāng)抽油機帶動油桿2及連接其下端的柱塞7下行時，低阻壓入式固定閥 9關(guān)閉，游動閥8打開使油液進入油管1中，如圖1中A。當(dāng)抽油機提升油桿2和下端連接的柱塞7上行時，游動閥8關(guān)閉，儲油器4中油的液柱壓力將低阻壓入式固定閥閥球18推開，油液進入泵筒5，如圖1B，上升到上死點位置為c，而儲油器4中液面由a降到b，當(dāng)柱塞 7再下行向油管1進油時，而儲油器4在儲油，并使其液面又回到a。儲油器4比泵筒5始終保持最低為be高度的液柱壓力差。儲油器4中的液柱壓力使泵進油由“抽汲”變?yōu)椤皦喝搿?。抽油機要停機給儲油器一個等待充滿的時間，等待時間長短取決于油井供液能力。固定閥球18由原來垂直運動改為橫向滾動，很小的液柱壓力即能打開，液流停止就會關(guān)閉， 只要柱塞座到固定閥上，固定閥和游動閥就會同時開啟使油管套管聯(lián)通，離開后自動復(fù)位。圖6所示的是與泵筒5下端連接的低阻壓入式固定閥，其閥座17垂直安裝在閥體 12上，閥球18裝入固接在中心桿10下端的內(nèi)孔有錐度的閥球定位套筒19內(nèi)。當(dāng)油進泵時，推動閥球18向略有高位的右方向滾動；進油停止時，閥球因自重向低位的左方向滾動而關(guān)閉。這要求閥球定位套筒19的高低位置要使閥球18和閥座17的橫向軸線在一定的公差范圍內(nèi)，保證關(guān)閉的可靠性。這要靠調(diào)整裝在中心桿10上的調(diào)整墊16的高低來實現(xiàn)。 調(diào)整墊16以上依次套裝有彈簧座15、彈簧14、定位環(huán)13和受壓體11，當(dāng)柱塞7座到受壓體 11上時，受壓體11連同中心桿10下移壓縮彈簧14，閥球限位套筒19壓著閥球18脫離閥座17下移而無法關(guān)閉，這時受壓體11座在定位環(huán)13上，而中心桿10高出部分插入柱塞7 內(nèi)將游動閥8頂開，使油管、套管聯(lián)通。柱塞7提升后彈簧14使閥球18復(fù)位。同現(xiàn)有技術(shù)相比，低阻壓入式抽油泵只是多了三根管和固定閥的結(jié)構(gòu)改變了一下，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，但是效果非凡，它使泵效達到85 %以上，提高了三倍，是高效節(jié)能的根本，再有大沖程程序監(jiān)控抽油機配套，單沖次排量可達到10升以上是翻斗流量計的4 倍，抽油泵變成更為準(zhǔn)確的產(chǎn)油自動計量設(shè)備，節(jié)省了大量基本建設(shè)投資和日常計量工作量。
固定閥的油套聯(lián)通功能使其成為作業(yè)時的泄油器，減少了原油浪費，避免了環(huán)境污染，生產(chǎn)時可用于解除泵閥失靈、清臘熱洗井時打熱水且避免套管對外固定水泥環(huán)破壞的隱憂，還可以直接對油層進行注氣后即開抽處理，可節(jié)省大量的作業(yè)費用。如圖7所示的一種程序控制抽油機的電氣控制系統(tǒng)，包括主電路和控制電路，主電路和控制電路中又有手動控制和自動控制電路。全部電路都設(shè)置在和外部動力電源連接的電氣控制箱33中。在正常生產(chǎn)時，使用通過聯(lián)軸器41聯(lián)接的自動運行電機35，驅(qū)動減速器40運行，配套制動器39為有滾子鏈輪的大扭矩直流電磁失電制動器，滾子鏈輪的定盤通過軸承裝到減速器40的另一側(cè)輸入軸上，摩擦片用齒型花鍵裝在和定盤同一輸入軸上， 隨軸旋轉(zhuǎn)。

手動運行時使用自身配帶的失電制動離合器的手動運行電機37，用滾子鏈38和制動器39聯(lián)接，在自動運行電機停電，制動器39失電制動的情況下啟動手動運行電機37 驅(qū)動抽油機運轉(zhuǎn)，而自動運行電機的轉(zhuǎn)子也跟著低速空運轉(zhuǎn)，可見制動器39在自動電機運轉(zhuǎn)時其固定盤是通過滾子鏈38聯(lián)接的手動運行電機37的制動器來固定，它才成為自動運行電機35的制動器。在手動電機37運轉(zhuǎn)時，它處在制動狀態(tài)滾子鏈帶動定盤再通過制動摩擦片驅(qū)動減速器旋轉(zhuǎn)，起到離合器的作用。手動運行和自動運行沒有任何關(guān)聯(lián)，控制電源用轉(zhuǎn)換開關(guān)SA切換。手動運行控制是由上行和下行兩個按鈕用典型電器和機械互鎖電路控制交流接觸器運行，能抗大沖擊的正反向電流、可靠耐用。運行不受任何自控保護，全靠操作人員的熟練技術(shù)和操作經(jīng)驗，可以越行程把柱塞座到固定閥上卸掉油井載荷，也可以反向越行程把平衡重座在地面上卸掉平衡重載荷這對油井所有作業(yè)都非常方便、安全可靠。如果自動運行時發(fā)生這種現(xiàn)象，因電機功率小會即時過載停機。故抽油機在結(jié)構(gòu)上不存在越行程撞機重大事故問題。抽油泵柱塞從上死點開始下行時因泵不能100%充滿，油井載荷大于平衡重；當(dāng)柱塞到下死點時液柱重量消失，平衡重大于油井載荷，所以電機在上下死點換向時，電機啟動都是在載荷助推或載荷很小的狀態(tài)下實現(xiàn)，加之同時電機容量最大為7. 5KW，所以采用直接啟動效果很好。自動運行主控設(shè)備電機正反轉(zhuǎn)換向和制動器用PLC集電極輸出控制固態(tài)繼電器 SSR，工作可靠、壽命長。PLC輸入6點、4個開關(guān)量、2個模擬量，另外要輸入的參數(shù)有UT1-制動器啟動后延時0. 1 1秒2、T2-電機停電后延時0. 1 1秒3、T3-平衡重運行到高點時制動器停電后換向延時2秒 10秒4、T0-泵等待充滿時間.平衡重運行到低點制動器停電后延時5、Aa-電流上限值超值報警6、Ab-電流上上限值超值停機7、Wa-荷重上限，超值報警8、Wb-荷重上上限，超值停機9、Wc-荷重下限，超值報警10、Wd-荷重下下限，超值停機11、S-平衡重在原點至高點間的特征行程值。即確定行程長度的電機轉(zhuǎn)數(shù)值
12、P_計量值.桿柱在空氣中的荷重KN13、C-計量系數(shù).由電機每轉(zhuǎn)行程位移量，泵徑、泵漏失量、地面校對誤差等因素構(gòu)成
14、Sa-系統(tǒng)的目標(biāo)泵效。程控抽油機自動循環(huán)控制程序包括下述步驟Mtl-初始狀態(tài)。動作指令無PLC寫入或修改用戶程序，輸入或修改工作參數(shù)，泵柱塞7停到上死點C，平衡重32 在低點20，原點開關(guān)21處在動合狀態(tài)。M1-上行啟動。動作執(zhí)令TQ = 0或啟動指令制動器39得電松開并延時T1為自動運行電機35啟動作準(zhǔn)備。M2-正轉(zhuǎn)上行。動作指令=T1 = 0電機35得電啟動，正轉(zhuǎn)上行，原點開關(guān)21動斷，接近開關(guān)36發(fā)出脈沖信號，PLC按 S減記數(shù)，同時記錄存儲每脈沖的載荷和電流值直到原點開關(guān)動合時為止。M3-泵效監(jiān)測。動作指令W = P泵柱塞7到上死點C下行接觸泵內(nèi)液面時，使泵筒5內(nèi)壓力逐漸升高，而抽油機上載荷傳感器27則顯示逐漸下降，當(dāng)泵筒5內(nèi)壓力升到大于油管1內(nèi)液柱壓力時，游動閥8 打開，泵筒5和油管1聯(lián)通，液柱壓力轉(zhuǎn)移到泵底固定閥9上。這時，抽油機載荷W只有拉動柱塞的油桿重力即桿柱載荷P，于是，依W = P為指令，PLC讀取此時刻的行程位移值Sp S1就是充滿值，它與行程值S之比的百分?jǐn)?shù)即為泵效51廣=SE。依據(jù)測得的泵效&和目標(biāo)泵效Sa對比，PLC用PID運行程序確定下一沖次泵的充滿等待時間 ；。使泵的排液量自動適應(yīng)油井的供液量。M4-高點停機。動作指令S = 0或高點開關(guān)26動合。PLC減記數(shù)到S = 0時或者記數(shù)器失靈，行程保護高點開關(guān)26動合時，電機35停電并延時T2，如果因高點開關(guān)動合停機，PLC發(fā)出報警信號，但運行正常。M5-高點延時。動作指令T2 = 0高點停機延時T2時間到，制動器39失電制動，延時T3，T3和Ttl作用一樣，都是延長停機等待油井供油時間，T3長Ttl就短，T3是輸入的固定值，T0是隨機調(diào)整值，T3的最大值不能大于Ttl的最小值，否則將使Ttl自動調(diào)整出現(xiàn)負(fù)值而失效。1~3時泵柱塞7在下死點，泵砂卡機率高，T0時柱塞7在上死點，泵漏失時間長，要根據(jù)油井狀況權(quán)衡利蔽。M6-高點啟動。動作指令Τ3 = 0高點延時T3時間到，制動器39得電松開制動延時T1,為電機35反轉(zhuǎn)啟動下行作準(zhǔn)備。M7-反轉(zhuǎn)下行。動作指令=T1 = 0T1時間到，PLC給出反相電源指令，電機35反轉(zhuǎn)，平衡重32下行，PLC開始正記數(shù)。M8-低點停機。動作指令原點開關(guān)21動合或低點20開關(guān)動合。電機35反轉(zhuǎn)，平衡重32下行到碰鐵24將原點開關(guān)21動合狀態(tài)時，電機停電并延時T2,只有在原點開關(guān)21失靈的情況下碰鐵24才能使低點開關(guān)20動合，這時PLC報警。M9-原點延時。動作指令T2 = 0T2時間到，開始原點21停機延時Ttl，但如果是在高點26或低點20開關(guān)動合報警的情況下Ttl無效，原點21停機是等待故障處理后回到初始狀態(tài)才能正常運行。PLC要完成泵效計算、PID運算確定Ttl，產(chǎn)油計算累加，沖次數(shù)累加，把接近開關(guān)36每個脈 沖的載荷值和電流值全行程數(shù)據(jù)存儲以及報警停機等記錄存儲，全部信息傳輸?shù)椒?wù)器。
權(quán)利要求
1.一種高效智能抽油設(shè)備，包括抽油機、抽油泵、程序監(jiān)控器和通信服務(wù)器，所述抽油機包括有固定基礎(chǔ)的機架(22)，頂部裝有雙輸入和雙輸出軸伸的減速器(40)，其中一個輸入軸伸通過聯(lián)軸器(41)與自動運行電機(35)聯(lián)接，聯(lián)軸器(41)的側(cè)面裝有接近開關(guān) (36)；另一輸入軸伸裝有帶同步鏈輪的失電制動離合器(39)并通過滾子鏈(38)與手動運行電磁制動電機(37)聯(lián)接；兩個輸出軸伸分別裝兩個繩槽旋向一左一右的卷筒，鋼繩 A(25)串過平衡輪A(28)后的雙繩分別串過懸繩器(23)兩滑輪用繩夾(34)分別固定在兩卷筒(29)的外端，向后轉(zhuǎn)動卷筒將鋼繩A(25)纏繞在卷筒的繩槽內(nèi)，把懸繩器(23)提到高點，再將鋼繩B(31)串過平衡輪B(30)后的兩繩頭分別串過平衡重(32)兩滑輪再用繩夾分別固定在兩卷筒(29)的內(nèi)端；所述的懸繩器(23)與油桿(2)聯(lián)接，油桿(2)聯(lián)接柱塞 (7)，柱塞(7)下端帶有游動閥(8)，所述的油桿(2)連接柱塞一同置于油管(1)和泵筒(5) 中，其特征在于泵筒(5)上端和油管(1)之間聯(lián)接內(nèi)管(3)，內(nèi)管(3)之外套裝上端有進油排氣孔的儲油器(4)，其下端和套裝在泵筒(5)外的外管(6)聯(lián)接，外管(6)的下端和泵筒(5)下聯(lián)接的低阻固定閥下端密封固定聯(lián)接，儲油器(4)和低阻固定閥之間形成環(huán)形通道，當(dāng)柱塞(7)下行時儲油器內(nèi)液面為a，柱塞(7)上行時儲油器(4)內(nèi)的油靠液柱壓力推動低阻固定閥球(18)向高位滾動使油進入泵筒，當(dāng)柱塞(7)到上死點c時，儲油器⑷內(nèi)液面由a降到b后仍保持克服進油阻力b、c之間液位高度，這時要停機給一個油井供液儲油器液面回到a的時間Ttl ；所述的機架(22)后側(cè)裝有電控箱(33)，其中裝有用于自動運行電機(35)、失電制動離合器(39)和手動運行電磁制動電機(37)的主電路和控制電路及通信電路，所述的主電路中裝有固態(tài)繼電器SSR1、SSR2、SSR3和交流接觸器KM1、KM2以及手動自動控制電源轉(zhuǎn)換開關(guān)SA,所述的控制電路有自動運行和手動運行電路，自動運行電路是以程序控制器PLC為核心配有輸入電流互感器及在電控箱(33)之外裝在機架(22)上的低點開關(guān)(20)、原點開關(guān)(21)、高點開關(guān)(26)、荷重傳感器(27)和接近開關(guān)(36)；輸出端的三點是控制固態(tài)繼電器SSR1、SSR2、SSR3的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和制動器啟停動作，實現(xiàn)上下往復(fù)運行，完成抽油過程；GPRS-DTU和個人電腦或手機之間通過裝在任意地點的服務(wù)器以網(wǎng)絡(luò)通信的方式互相通信實現(xiàn)無限距離遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效智能抽油設(shè)備，其特征在于所述的低阻固定閥(9)的閥體(12)中裝有中心桿(10)，其下端固接閥球限位套筒(19)，其套筒孔徑大于閥球(18) 直徑，其中心線為橫向切與中心桿(10)軸線傾斜夾角小于90°，左低右高，孔內(nèi)裝有閥球 (18)，關(guān)閉時和閥體(12)上垂直安裝的閥座(17)軸線重合，靠套在中心桿(10)上的調(diào)整墊(16)的高度來調(diào)整，中心桿(10)上還套裝有彈簧座(15)，彈簧(14)、定位體(13)和受壓體(U)；當(dāng)柱塞(7)向下壓到受壓體(11)時，受壓體下移壓縮彈簧(14)，重力壓在定位體(13)上，這時中心桿(10)上端將游動閥(8)頂開，中心桿下端的閥球限位套筒下壓閥球 (18)，使其脫離閥座(17)而無法關(guān)閉，實現(xiàn)油管、套管聯(lián)通，當(dāng)柱塞(7)上提離開時，彈簧 (14)使其復(fù)位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效智能抽油設(shè)備，其特征在于所述的卷筒(29)，兩個繩槽旋向各為一左一右的卷筒分別由卷筒輻板(43)直接安裝在減速器的兩個輸出軸伸上，每個卷筒外端用數(shù)個繩夾(34)固定鋼繩A(25)的一端，向后轉(zhuǎn)動卷筒提升懸繩器(23)到最高點，這時鋼繩A(25)兩繩頭分別由卷筒外端向內(nèi)端繞在兩個卷筒繩槽上，只余下一個繩槽再用數(shù)個繩夾(34)將鋼繩B(31)的兩個繩頭分別固定在兩個卷筒的內(nèi)端，當(dāng)電機驅(qū)動卷筒(29)向前轉(zhuǎn)時，鋼繩A(25)由卷筒(29)內(nèi)端向外端逐漸放出，懸繩器(23)下行，而固定在卷筒內(nèi)端的鋼繩B(31)同步繞上，平衡重(32)上行，一個卷筒A、B兩根鋼繩交替繞上或放出同時工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效智能抽油設(shè)備，其特征在于所述的繩夾(34)由繩夾體 (44)和標(biāo)準(zhǔn)件緊定螺釘(42)構(gòu)成，繩夾體(44)為一個扇形體，其一側(cè)有扇形槽，扇形槽外圓上有圓弧形溝槽，內(nèi)圓弧有數(shù)個螺孔，它和卷筒端部繩槽配合用緊定螺釘(42)將鋼繩壓緊在卷筒(29)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效智能抽油設(shè)備，其特征在于所述的失電制動離合器(39) 為一定盤，外圓裝有同步鏈輪，內(nèi)孔用軸承安裝在輸入軸伸上，摩擦片用齒型花鍵裝在同一輸入軸伸上，它隨軸旋轉(zhuǎn)， 自動運行時，失電制動離合器(39)定盤通過同步滾子鏈(38)聯(lián)接手動運行電機(37)配帶的制動器來固定，它成為自動運行電機(35)的制動器；當(dāng)手動運行電機運轉(zhuǎn)時，制動器處在失電制動狀態(tài)，同步滾子鏈帶動大鏈輪的定盤帶動制動狀態(tài)的摩擦片驅(qū)動減速器運轉(zhuǎn)，制動器(39)又成為離合器，實現(xiàn)一個減速器不用變速器和離合器的情況下，兩個不同作業(yè)電機交替驅(qū)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效智能抽油設(shè)備，其特征在于所述的自動控制是以程序控制器PLC為核心的，給PLC輸入用戶程序和工作參數(shù)，需要實現(xiàn)的控制順序、功能和要求如下M0-初始狀態(tài)平衡重在低點，低點開關(guān)(20)在動合狀態(tài) M1-啟動指令操作者給啟動執(zhí)令或Ttl = 0，制動器(39)啟動并延時T1 M2-啟動上行=T1時間到，自動運行電機(35)啟動接近開關(guān)(36)發(fā)出脈沖信號，PLC從行程值S開始減記數(shù)，同時，記錄每個脈沖信號的載荷值和電流值，平衡重開始上行，泵柱塞下行M3-泵效監(jiān)測柱塞下行到荷重W等于計量值P時對應(yīng)的行程減記數(shù)值S1為泵充滿值， 泵效Se = S1/SX100% PLC用泵效Se與目標(biāo)泵效Sa之比進行PID運算 SE/SA > 1下一沖次Ttl減少 SE/SA < 1下一沖次Ttl增加M4-高點停機行程從行程量S減記數(shù)到0時，電機停電并延時T2 M5-高點延時T2時間到，制動器(39)停電制動并延時T3 M6-反向啟動Τ3時間到，制動器(39)啟動并延時T1M7-反轉(zhuǎn)下行=T1時間到，PLC給出反相電源，電機反轉(zhuǎn)平衡重下行記數(shù)器從0開始正記數(shù)M8-原點停機當(dāng)平衡重下行到碰鐵(24)將原點開關(guān)(21)動合時電機停電延時T2 M9-低點延時仏時間到，制動器(39)停電制動開始延時Ttl ；這時PLC要完成泵效計算， PID運算確定Ttl最佳值，產(chǎn)油計算并累加，沖次數(shù)累加，把接近開關(guān)每個脈沖記錄的載荷值、 電流值及全行程數(shù)據(jù)存儲、報警停機和故障查詢等全部信息傳輸?shù)酵ㄐ欧?wù)器，服務(wù)器每個沖次全面刷新用戶信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失電制動離合器(39)，其特征在于基盤(47)通過軸承(46) 安裝在減速器輸入軸伸(45)上，鏈輪(48)由螺栓(60)安裝在基盤(47)上，制動盤(50) 和安裝在減速器輸入軸伸(45)上的花鍵套(58)聯(lián)接；磁軛(52)中裝有環(huán)形線圈(54)和多個均等分布的彈簧(59)，其上有銜鐵(51)；磁軛(52)和銜鐵(51)由安裝螺栓(53)安裝到基盤(47)上；磁軛(52)后面裝有絕緣防護盤(57)，其中心裝有中心電接點(56)，其內(nèi)端和線圈(54)、外端球面和接電彈簧片(55)保持電聯(lián)接，磁軛(52)和銜鐵(51)之間的間隙由安裝螺栓(53)和空心螺栓(49)調(diào)整；在自動運行時，失電制動離合器(39)得電，制動盤 (50)被松開隨軸旋轉(zhuǎn)，和手動運行分離；在自動運行停電后，失電制動離合器(39)失電，通過滾子鏈(38)借助手動運行電磁 制動電機的制動器而制動；手動運行時，手動運行電磁制動電機(37)得電，同時制動器也得電打開，而失電制動離合器(39)失電在動合狀態(tài)，驅(qū)動減速器及輸入軸另一端的聯(lián)軸器(41)旋轉(zhuǎn)，接近開關(guān)(36)照常工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效智能抽油設(shè)備，包括抽油機、抽油泵和PLC電控系統(tǒng)，所述抽油機包括機架，其上有減速器，其中的一個輸入端通過聯(lián)軸器與自動運行電機聯(lián)接，其側(cè)面有接近開關(guān)；其另一個輸入端通過失電制動離合器及滾子鏈與手動運行電機聯(lián)接，減速器的兩個輸出端上裝有繩槽旋向相反的兩個卷筒，鋼絲繩A、B分別繞過懸繩器和平衡重的滑輪后再用繩夾分別固定在兩卷筒的內(nèi)、外兩端；其中所述的懸繩器連接的油桿和柱塞一同置于油管和泵筒中，其特征在于泵筒的上端接內(nèi)管，其下端連接低阻固定閥，內(nèi)管、泵筒及低阻固定閥三者的外面套裝儲油器、外管和固定閥密封聯(lián)接，與固定閥構(gòu)成抽油通道；儲油器中的油靠液柱壓力打開低阻固定閥進入泵筒。
文檔編號F16D67/02GK102359361SQ201110284900
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者李紅, 王忠山 申請人:大連虹橋科技有限公司