鐘擺式恒液面智能抽油機及抽油機恒液面采油方法
【專利摘要】本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機及抽油機恒液面采油方法屬于采油裝置，是由底座、支架、電機、配重塊和電氣控制系統構成，支架底部與底座固定，頂部安裝有擺動輪盤，擺動輪盤下部設有鐘擺配重，擺動輪盤的外周設有驅動繩并與固定在底座上的驅動輪傳動連接，所述的擺動輪盤頂端的一側圓弧上固定連接著配重掛繩、另一側圓弧上固定連接著抽油桿掛繩，所述的配重掛繩的底端連接著配重塊，抽油桿掛繩的底端連接著抽油桿。本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，節省電能、取消曲柄連桿機構、節省鋼材、實現恒液面采油、實時監測動液面位置、無需示功儀就可以實時顯示功圖、計算產液量、實現遠程傳輸數據、提高泵效、換向沖擊小、易于沖程沖次調節、實現自動化調參節省大量人力物力。
【專利說明】
鐘擺式恒液面智能抽油機及抽油機恒液面采油方法
技術領域
[0001] 本發明屬于采油裝置及方法，尤其涉及鐘擺式恒液面智能抽油機及抽油機恒液面 采油方法。
【背景技術】
[0002] 目前油田常用的四連桿形式游梁式抽油機，耗電率高，動液面位置不穩定，系統效 率低，不能直接顯示功圖，實現載荷平衡難度大，換向效率低、沖擊大，不易調節沖程沖次。
【發明內容】
[0003 ]本發明旨在針對【背景技術】中存在的不足，而提出的鐘擺式恒液面智能抽油機及抽 油機恒液面采油方法。
[0004] 本發明的一種抽油機恒液面采油方法，通過下列步驟實現的： a、 確定動液面； b、 采集電機上下行有功功率； c、 計算出上下行平均功率； d、 調節沖次：當上行功率大于上下行平均功率時，動液面降低，減小沖次；當下行功率 大于上下行平均功率時，動液面升高，增加沖次； e、 恒液面采油：通過智能控制裝置在周期時間內對步驟d的沖次進行調整，實現功率 平衡，恒液面采油。
[0005] 作為本發明的進一步改進，a步驟中所述的動液面位置確定是通過下列方法實現 的:取得抽油桿重量做功W桿、油柱重量做功W油、配重箱重量做功％、電機做功W電，以及檢測所 得套管壓力做功W套、油管回壓做功ff?，根據以上已知數據可知抽油栗沉沒度做功W M艘=￥ %rW配-W電+W套-??? :??鍛=Wms^g湖i，當下栗深度為Hg，那么動液面勒麵艘。
[0006] 作為本發明的進一步改進，b步驟中所述的檢測電機上下行有功功率的方法為:在 抽油機運行時，通過實時檢測的懸點載荷，得到有功功率
機械損耗功率，計算得出上行、下行時的平均功率差，通過功率差值的大小和智能控制裝置 自動調節抽油機轉速的快慢，與功率差形成閉環控制以達到恒液面抽油。
[0007] 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，是由底座、支架、電機、配重塊和電氣控制系 統構成，其支架底部與底座固定，頂部安裝有擺動輪盤，擺動輪盤下部設有鐘擺配重，擺動 輪盤的外周設有驅動繩并與固定在底座上的驅動輪傳動連接，所述的擺動輪盤頂端的一側 圓弧上固定連接著配重掛繩、另一側圓弧上固定連接著抽油桿掛繩，所述的配重掛繩的底 端連接著配重塊，抽油桿掛繩的底端連接著抽油桿，所述的驅動輪與電機傳動連接，電機與 電氣控制系統線路連接。
[0008] 作為本發明的進一步改進，所述的擺動輪盤在裝有鐘擺配重的徑向對稱端設有扇 形開口，所述的驅動繩的兩端分別固定在扇形開口的兩個端點處;配重掛繩的頂端固定在 扇形開口的一端點處;抽油桿掛繩的頂端固定在扇形開口的另一端點處。
[0009] 作為本發明的進一步改進，所述的扇形開口的夾角為60°-120°。
[0010] 作為本發明的進一步改進，所述的配重塊垂向的兩側固定在底座上的軌道架動配 合連接。
[0011] 作為本發明的進一步改進，所述的擺動輪盤和驅動輪的徑向對稱軸位于同一直線 上。
[0012] 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機恒液面采油方法，通過鐘擺式配重、恒液面采 油、智能采油達到大量節省電能、取消曲柄連桿機構、節省鋼材、實現恒液面采油、實時監測 動液面位置、無需示功儀就可以實時顯示功圖、計算產液量、實現遠程傳輸數據、提高栗效、 換向沖擊小、易于沖程沖次調節、實現自動化調參節省大量人力物力。具有指導生產、大大 減輕采油工人的勞動強度、減少勞動時間的目的。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明鐘擺配重在下沖程最高位置的結構示意圖； 圖2為本發明鐘擺配重在上沖程最高位置的結構示意圖； 圖3為本發明鐘擺配重在停止時結構示意圖； 圖4為本發明的后視結構示意圖； 圖5為本發明的一種恒液面智能抽油機采油方法的流程圖； 圖6為本發明智能控制裝置結構框圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對發明做進一步說明： 實施例1 本發明的一種抽油機恒液面采油方法，通過下列步驟實現的： a、 確定動液面； b、 采集電機上下行有功功率； c、 計算出上下行平均功率； d、 調節沖次：當上行功率大于上下行平均功率時，動液面降低，減小沖次；當下行功率 大于上下行平均功率時，動液面升高，增加沖次； e、 恒液面采油：通過智能控制裝置在周期時間內對步驟d的沖次進行調整，實現功率 平衡，恒液面采油。
[0015] 實施例2 本發明的一種抽油機恒液面采油方法，通過下列步驟實現的，如圖1所示： a、 確定動液面； b、 采集電機上下行有功功率； c、 計算出上下行平均功率； d、 調節沖次：當上行功率大于上下行平均功率時，動液面降低，減小沖次；當下行功率 大于上下行平均功率時，動液面升高，增加沖次； e、恒液面采油：通過智能控制裝置在周期時間內對步驟d的沖次進行調整，實現功率 平衡，恒液面采油。
[0016] a步驟中所述的動液面位置確定是通過下列方法實現的：取得抽油桿重量做功W桿、 油柱重量做功W油、配重箱重量做功W配、電機做功W電，以及檢測所得套管壓力做功W套、油管回 壓做功，根據以上已知數據可知抽油栗沉沒度做功WmsS =W桿+W油-ffi5-W電+W套-，HmsS= Wms^g*e，當下栗深度為Hg，那么動液面氏9麵艘。b步驟中所述的檢測電機上下行有功 功率的方法為：在抽油機運行時，通過實時檢測的懸點載荷，得到有功功率=
+機械損耗功率，計算得出上行、下行時的平均功率差，通過 功率差值的大小和智能控制裝置自動調節抽油機轉速的快慢，與功率差形成閉環控制以達 到恒液面抽油。
[0017] 抽油機在工作時動液面會發生波動，抽油機上下運行功率就會發生變化，通過電 器控制系統調節抽油機沖次，增加或減少產液量使滲入油井的液量和采出液量達到平衡， 使動液面保持相對恒定，達到采油系統效率最優化，節省電能。在采油過程中，當動液面降 低時，電動機輸出功率增大，需減少沖次，反之則增加沖次，使動液面保持恒定，實現當油井 滲油能力強時多采油，滲油能力弱時少采油。
[0018] 實施例3 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，如圖1所示，是由底座1、支架2、電機3、配重塊4和 電氣控制系統5構成，其支架2底部與底座1固定，頂部安裝有擺動輪盤6，擺動輪盤6下部設 有鐘擺配重7,擺動輪盤6的外周設有驅動繩8并與固定在底座1上的驅動輪9傳動連接，所述 的擺動輪盤6頂端的一側圓弧上固定連接著配重掛繩10、另一側圓弧上固定連接著抽油桿 掛繩11，所述的配重掛繩10的底端連接著配重塊4,抽油桿掛繩11的底端連接著抽油桿12， 所述的驅動輪9與電機3傳動連接，電機3與電氣控制系統5線路連接。
[0019] 實施例4 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，是由底座1、支架2、電機3、配重塊4和電氣控制系 統5構成，其支架2底部與底座1固定，頂部安裝有擺動輪盤6，擺動輪盤6下部設有鐘擺配重 7,擺動輪盤6的外周設有驅動繩8并與固定在底座1上的驅動輪9傳動連接，所述的擺動輪盤 6頂端的一側圓弧上固定連接著配重掛繩10、另一側圓弧上固定連接著抽油桿掛繩11，所述 的配重掛繩10的底端連接著配重塊4,抽油桿掛繩11的底端連接著抽油桿12,所述的驅動輪 9與電機3傳動連接，電機3與電氣控制系統5線路連接。擺動輪盤6在裝有鐘擺配重7的徑向 對稱端設有扇形開口 13,所述的驅動繩8的兩端分別固定在扇形開口 13的兩個端點處;配重 掛繩10的頂端固定在扇形開口 13的一端點處;抽油桿掛繩11的頂端固定在扇形開口 13的另 一端點處。扇形開口 13的夾角為60°-120°。
[0020] 實施例5 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，是由底座1、支架2、電機3、配重塊4和電氣控制系 統5構成，其支架2底部與底座1固定，頂部安裝有擺動輪盤6，擺動輪盤6下部設有鐘擺配重 7,擺動輪盤6的外周設有驅動繩8并與固定在底座1上的驅動輪9傳動連接，所述的擺動輪盤 6頂端的一側圓弧上固定連接著配重掛繩10、另一側圓弧上固定連接著抽油桿掛繩11，所述 的配重掛繩10的底端連接著配重塊4,抽油桿掛繩11的底端連接著抽油桿12,所述的驅動輪 9與電機3傳動連接，電機3與電氣控制系統5線路連接。擺動輪盤6在裝有鐘擺配重7的徑向 對稱端設有扇形開口 13,所述的驅動繩8的兩端分別固定在扇形開口 13的兩個端點處;配重 掛繩10的頂端固定在扇形開口 13的一端點處;抽油桿掛繩11的頂端固定在扇形開口 13的另 一端點處。扇形開口 13的夾角為60°-120°。配重塊4垂向的兩側固定在底座1上的軌道架14 動配合連接。擺動輪盤6和驅動輪9的徑向對稱軸位于同一直線上。抽油桿掛繩11與抽油桿 12之間設有懸繩器15。電機3為正反轉電機。
[0021] 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，支架2頂部安裝有擺動輪盤6,支架2底部安裝 在底座1上，底座1上安裝電機3,配重塊4和抽油桿12通過配重掛繩10和抽油桿掛繩11安裝 于擺動輪盤6兩側，驅動繩8中間固定于驅動輪9上，兩端固定于擺動輪盤6的兩側。抽油機工 作時，以增加或減少配重塊4的方式實現機械系統平衡，電機3正轉或反轉通過驅動輪9驅動 繩8使擺動輪盤6進行順時針或逆時針旋轉，帶動抽油桿12上下往復運動，驅動抽油栗實現 采油目的。通過設置鐘擺配重7使抽油機節省大量電能，通過恒液面采油實現采油系統實現 效率最優化、節省電能，通過智能采油起到指導生產、降低工人勞動強度的目的。
[0022] 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，在擺動輪盤下部設置鐘擺式配重，通過抽油 機往復運動中的擺動，形成動能和勢能的轉換，吸收和釋放能量，實現電機的微功率甚至無 功率啟停，提高系統機械效率，節省電能。鐘擺配重，當其隨擺動輪盤的旋轉升高的過程即 為其動能轉換為勢能的過程，此時鐘擺配重吸收配重塊、擺動輪盤、電機及抽油桿的運動動 能轉換為其勢能。當其隨擺動輪盤的旋轉下落的過程即利用鐘擺存儲的勢能為整套機械系 統加速的過程，此時鐘擺配重釋放存儲的勢能轉換為使配重塊、擺動輪盤、電機及抽油桿運 動的動能。通過其動能勢能的轉換，實現在電機停止時，不需電機制動，不產生反電動勢，電 機再反向啟動時，只需要微功率啟動，使電機在啟動和停止過程中不需付出過多的能量，從 而實現微功率啟停甚至無功率啟停。在擺動輪盤下部設置輪盤鐘擺配重，當最大懸點載荷 做功點，最小懸點載荷做功W最小；#點，驅動繩做功W驅，鐘擺配重重心最高點與最低點之間的 距離為h，鐘擺配重重量
[0023] 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，可以實現油井的恒液面采油。每口油井由于 地質情況以及滲油能力的不同，都有其最佳的工作液面，可以根據開發工程師確定的工作 液面使抽油機在工作時始終保持最佳的工作液面，也就是恒液面抽油。抽油機在工作時動 液面會發生波動，抽油機上下運行功率就會發生變化，通過電器控制系統調節抽油機沖次， 增加或減少產液量使滲入油井的液量和采出液量達到平衡，使動液面保持相對恒定，達到 采油系統效率最優化，節省電能。在采油過程中，當動液面降低時，電動機輸出功率增大，需 減少沖次，反之則增加沖次，使動液面保持恒定，實現當油井滲油能力強時多采油，滲油能 力弱時少采油。當抽油桿重量做功W桿、油柱重量做功W油、配重箱重量做功W配、電機做功W電，以 及檢測所得套管壓力做功W套、油管回壓做功W贓，根據以上已知數據可知抽油栗沉沒度做功 油電+W套當下栗深度為Hg，那么動液面艘。本發明電氣系統采 用變頻控制，可以實現在上下死點時的間停運行，根據抽油桿的彈性變形設置合理的間停 時間，使游動閥門和固定閥門的密封球有充足的開啟和回落時間，改善密封效果，減少油液 漏失，使栗效顯著提高。
[0024] 本發明的鐘擺式恒液面智能抽油機，可以實現智能抽油，智能系統包括:恒液面抽 油、自動生成示功圖、計算產液量、人工調參、間抽、故障報警停機、手持器就地監控、遠程監 控、完成抽油機生產數字化管理，具體說明如下： 恒液面抽油：降低機械強度、確保優化的產量和系統壓力使抽油機在機械和電氣控制 中達到平衡狀態，使系統效率處于最優狀態下運行。通過實時的懸點載荷帶入公式有功功 率一機械損耗功率=
得出有功功率，計算得出上行、下行時 的平均功率差，通過功率差值的大小自動調節抽油機轉速的快慢，與功率差形成閉環控制 以達到恒液面抽油。
[0025] 生成示功圖：常規示功圖的繪制需要用專業儀器和專業工作人員在現場進行操 作，但本抽油機解決了這個困難，只需要采油工在監控畫面上或在現場打開手持器便可直 接顯示出示功圖。方便采油工更充分了解抽油機井下工作狀態。通過采集變頻器內時時的 轉矩帶入公￥
I出懸點載荷，實時采集并儲存上行起始點到終 點、下行起始點到終點時的載荷和位移，繪制上行和下行的載荷曲線，根據抽油桿截面積、 油管截面積、彈性系數、下栗深度、液柱重量帶入公式估算沖程損失，確定上行啟點和下行 啟點在位移坐標的位置，可以實現示功圖的繪制。
[0026] 計算產液量:通過軟件對示功圖進行識別分析，計算栗的吸入因數、排出因數和充 滿因數，油栗直徑、活塞沖程長度、光桿沖程、沖次帶入公式計算栗的排液量，從而求出折算 有效的排量，可以滿足生產計量，實現指導調整開發方案的要求。
[0027] 人工調參：當抽油機需要手動運行時，可通過手持器修改抽油機的沖程、沖次、過 載停機值、調整間抽頻度，按生產要求隨意更改無需停機，可在任意位置啟停抽油機，操作 非常方便。
[0028] 間抽:對于產液量嚴重不足的情況可以實現間抽功能，系統按周期檢測井下數據 自動計算間抽頻度，充分提高栗效。
[0029] 故障報警停機:變頻器故障停機、電流大于設定值停機、抽油桿拖斷后停機、電機 過熱故障停機、套管壓力異常停機。所有故障均可在手持器和監控系統顯示并報警提示。
[0030] 手持器就地監控:手持器開機輸入地址進行對接成功后選擇相應畫面觀察抽油機 運行時所有數據并且修改各項參數，示工圖也可在手持器上顯示，方便現場人員分析參考。
[0031] 遠程監控:控制器集中處理后的數據通過GPRS遠傳裝置上傳到服務器，通過人機 界面直觀顯示所有數據和報警、支持報警歷史查看、支持歷史曲線查看并輸出打印、支持報 表功能、支持油井靜態數據的修改與添加、按不同部門設置用戶權限。
【主權項】
1. 一種智能抽油機恒液面采油方法，通過下列步驟實現的： a、 確定動液面； b、 采集電機上下行有功功率； c、 計算出上下行平均功率； d、 調節沖次：當上行功率大于上下行平均功率時，動液面降低，減小沖次；當下行功率 大于上下行平均功率時，動液面升高，增加沖次； e、 恒液面采油：通過智能控制裝置在周期時間內對步驟d的沖次進行調整，實現功率 平衡，恒液面采油。2. 如權利要求1所述的一種智能抽油機恒液面采油方法，其特征在于a步驟中所述的動 液面位置確定是通過下列方法實現的：取得抽油桿重量做功W桿、油柱重量做功W油、配重箱重 量做功W配、電機做功W電，以及檢測所得套管壓力做功W套、油管回壓做功W賺，根據以上已知數 據可知抽油栗沉沒度做功WMSS =w；ff+w油-ffis-W電艘=Wmsi^[S，當下栗深度為Hg，那 么動液面氏9麵艘。3. 如權利要求1或2所述的一種智能抽油機恒液面采油方法，其特征在于b步驟中所述 的檢測電機上下行有功功率的方法為:在抽油機運行時，通過實時檢測的懸點載荷，得到有 功功3機械損耗功率，計算得出上行、下行時的平均功率 差，通過功率差值的大小和智能控制裝置自動調節抽油機轉速的快慢，與功率差形成閉環 控制以達到恒液面抽油。4. 鐘擺式恒液面智能抽油機，是由底座（1)、支架（2)、電機(3)、配重塊(4)和電氣控制 系統(5)構成，其特征在于支架(2)底部與底座（1)固定，頂部安裝有擺動輪盤(6)，擺動輪盤 (6)下部設有鐘擺配重(7)，擺動輪盤(6)的外周設有驅動繩(8)并與固定在底座（1)上的驅 動輪(9)傳動連接，所述的擺動輪盤(6)頂端的一側圓弧上固定連接著配重掛繩（10)、另一 側圓弧上固定連接著抽油桿掛繩(11)，所述的配重掛繩（10)的底端連接著配重塊(4)，抽油 桿掛繩(11)的底端連接著抽油桿（12 )，所述的驅動輪(9 )與電機(3 )傳動連接，電機(3 )與電 氣控制系統(5)線路連接。5. 如權利要求4所述的鐘擺式恒液面智能抽油機，其特征在于所述的擺動輪盤(6)在裝 有鐘擺配重(7)的徑向對稱端設有扇形開口（13)，所述的驅動繩(8)的兩端分別固定在扇形 開口（13)的兩個端點處;配重掛繩（10)的頂端固定在扇形開口（13)的一端點處;抽油桿掛 繩(11)的頂端固定在扇形開口（13)的另一端點處。6. 如權利要求4或5所述的鐘擺式恒液面智能抽油機，其特征在于所述的扇形開口（ 13) 的夾角為60°-120°。7. 如權利要求4或5所述的鐘擺式恒液面智能抽油機，其特征在于所述的配重塊(4)垂 向的兩側固定在底座(1)上的軌道架(14)動配合連接。8. 如權利要求4或5或6所述的鐘擺式恒液面智能抽油機，其特征在于所述的擺動輪盤 (6)和驅動輪(9)的徑向對稱軸位于同一直線上。
【文檔編號】E21B43/00GK105952419SQ201610482173
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】袁東升, 張宇超, 劉東旭
【申請人】袁東升