钟摆式恒液面智能抽油机及抽油机恒液面采油方法

摘要

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机及抽油机恒液面采油方法属于采油装置，是由底座、支架、电机、配重块和电气控制系统构成，支架底部与底座固定，顶部安装有摆动轮盘，摆动轮盘下部设有钟摆配重，摆动轮盘的外周设有驱动绳并与固定在底座上的驱动轮传动连接，所述的摆动轮盘顶端的一侧圆弧上固定连接着配重挂绳、另一侧圆弧上固定连接着抽油杆挂绳，所述的配重挂绳的底端连接着配重块，抽油杆挂绳的底端连接着抽油杆。本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，节省电能、取消曲柄连杆机构、节省钢材、实现恒液面采油、实时监测动液面位置、无需示功仪就可以实时显示功图、计算产液量、实现远程传输数据、提高泵效、换向冲击小、易于冲程冲次调节、实现自动化调参节省大量人力物力。

说明书

技术领域

本发明属于采油装置及方法，尤其涉及钟摆式恒液面智能抽油机及抽油机恒液面采油方法。

背景技术

目前油田常用的四连杆形式游梁式抽油机，耗电率高，动液面位置不稳定，系统效率低，不能直接显示功图，实现载荷平衡难度大，换向效率低、冲击大，不易调节冲程冲次。

发明内容

本发明旨在针对背景技术中存在的不足，而提出的钟摆式恒液面智能抽油机及抽油机恒液面采油方法。

本发明的一种抽油机恒液面采油方法，通过下列步骤实现的：

a、确定动液面；

b、采集电机上下行有功功率；

c、计算出上下行平均功率；

d、调节冲次：当上行功率大于上下行平均功率时，动液面降低，减小冲次；当下行功率大于上下行平均功率时，动液面升高，增加冲次；

e、恒液面采油: 通过智能控制装置在周期时间内对步骤d的冲次进行调整，实现功率平衡，恒液面采油。

作为本发明的进一步改进，a步骤中所述的动液面位置确定是通过下列方法实现的：取得抽油杆重量做功W_杆、油柱重量做功W_油、配重箱重量做功W_配、电机做功W_电，以及检测所得套管压力做功W_套、油管回压做功W_油压，根据以上已知数据可知抽油泵沉没度做功W_沉没度=W_杆+W_油-W_配-W_电+W_套-W_油压，H_沉没度=W_{沉没度/G油柱}，当下泵深度为H_泵，那么动液面H_动液面=H_泵-H_沉没度。

作为本发明的进一步改进，b步骤中所述的检测电机上下行有功功率的方法为：在抽油机运行时，通过实时检测的悬点载荷，得到有功功率 =+机械损耗功率，计算得出上行、下行时的平均功率差，通过功率差值的大小和智能控制装置自动调节抽油机转速的快慢，与功率差形成闭环控制以达到恒液面抽油。

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，是由底座、支架、电机、配重块和电气控制系统构成，其支架底部与底座固定，顶部安装有摆动轮盘，摆动轮盘下部设有钟摆配重，摆动轮盘的外周设有驱动绳并与固定在底座上的驱动轮传动连接，所述的摆动轮盘顶端的一侧圆弧上固定连接着配重挂绳、另一侧圆弧上固定连接着抽油杆挂绳，所述的配重挂绳的底端连接着配重块，抽油杆挂绳的底端连接着抽油杆，所述的驱动轮与电机传动连接，电机与电气控制系统线路连接。

作为本发明的进一步改进，所述的摆动轮盘在装有钟摆配重的径向对称端设有扇形开口，所述的驱动绳的两端分别固定在扇形开口的两个端点处；配重挂绳的顶端固定在扇形开口的一端点处；抽油杆挂绳的顶端固定在扇形开口的另一端点处。

作为本发明的进一步改进，所述的扇形开口的夹角为60°-120°。

作为本发明的进一步改进，所述的配重块垂向的两侧固定在底座上的轨道架动配合连接。

作为本发明的进一步改进，所述的摆动轮盘和驱动轮的径向对称轴位于同一直线上。

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机恒液面采油方法，通过钟摆式配重、恒液面采油、智能采油达到大量节省电能、取消曲柄连杆机构、节省钢材、实现恒液面采油、实时监测动液面位置、无需示功仪就可以实时显示功图、计算产液量、实现远程传输数据、提高泵效、换向冲击小、易于冲程冲次调节、实现自动化调参节省大量人力物力。具有指导生产、大大减轻采油工人的劳动强度、减少劳动时间的目的。

附图说明

图1为本发明钟摆配重在下冲程最高位置的结构示意图；

图2为本发明钟摆配重在上冲程最高位置的结构示意图；

图3为本发明钟摆配重在停止时结构示意图；

图4为本发明的后视结构示意图;

图5为本发明的一种恒液面智能抽油机采油方法的流程图；

图6为本发明智能控制装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步说明：

实施例1

本发明的一种抽油机恒液面采油方法，通过下列步骤实现的：

a、确定动液面；

b、采集电机上下行有功功率；

c、计算出上下行平均功率；

d、调节冲次：当上行功率大于上下行平均功率时，动液面降低，减小冲次；当下行功率大于上下行平均功率时，动液面升高，增加冲次；

e、恒液面采油: 通过智能控制装置在周期时间内对步骤d的冲次进行调整，实现功率平衡，恒液面采油。

实施例2

本发明的一种抽油机恒液面采油方法，通过下列步骤实现的，如图1所示：

a、确定动液面；

b、采集电机上下行有功功率；

c、计算出上下行平均功率；

d、调节冲次：当上行功率大于上下行平均功率时，动液面降低，减小冲次；当下行功率大于上下行平均功率时，动液面升高，增加冲次；

e、恒液面采油: 通过智能控制装置在周期时间内对步骤d的冲次进行调整，实现功率平衡，恒液面采油。

a步骤中所述的动液面位置确定是通过下列方法实现的：取得抽油杆重量做功W_杆、油柱重量做功W_油、配重箱重量做功W_配、电机做功W_电，以及检测所得套管压力做功W_套、油管回压做功W_油压，根据以上已知数据可知抽油泵沉没度做功W_沉没度=W_杆+W_油-W_配-W_电+W_套-W_油压，H_沉没度=W_{沉没度/G油柱}，当下泵深度为H_泵，那么动液面H_动液面=H_泵-H_沉没度。b步骤中所述的检测电机上下行有功功率的方法为：在抽油机运行时，通过实时检测的悬点载荷，得到有功功率> +机械损耗功率，计算得出上行、下行时的平均功率差，通过功率差值的大小和智能控制装置自动调节抽油机转速的快慢，与功率差形成闭环控制以达到恒液面抽油。

抽油机在工作时动液面会发生波动，抽油机上下运行功率就会发生变化，通过电器控制系统调节抽油机冲次，增加或减少产液量使渗入油井的液量和采出液量达到平衡，使动液面保持相对恒定，达到采油系统效率最优化，节省电能。在采油过程中，当动液面降低时，电动机输出功率增大，需减少冲次，反之则增加冲次，使动液面保持恒定，实现当油井渗油能力强时多采油，渗油能力弱时少采油。

实施例3

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，如图1所示，是由底座1、支架2、电机3、配重块4和电气控制系统5构成，其支架2底部与底座1固定，顶部安装有摆动轮盘6，摆动轮盘6下部设有钟摆配重7，摆动轮盘6的外周设有驱动绳8并与固定在底座1上的驱动轮9传动连接，所述的摆动轮盘6顶端的一侧圆弧上固定连接着配重挂绳10、另一侧圆弧上固定连接着抽油杆挂绳11，所述的配重挂绳10的底端连接着配重块4，抽油杆挂绳11的底端连接着抽油杆12，所述的驱动轮9与电机3传动连接，电机3与电气控制系统5线路连接。

实施例4

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，是由底座1、支架2、电机3、配重块4和电气控制系统5构成，其支架2底部与底座1固定，顶部安装有摆动轮盘6，摆动轮盘6下部设有钟摆配重7，摆动轮盘6的外周设有驱动绳8并与固定在底座1上的驱动轮9传动连接，所述的摆动轮盘6顶端的一侧圆弧上固定连接着配重挂绳10、另一侧圆弧上固定连接着抽油杆挂绳11，所述的配重挂绳10的底端连接着配重块4，抽油杆挂绳11的底端连接着抽油杆12，所述的驱动轮9与电机3传动连接，电机3与电气控制系统5线路连接。摆动轮盘6在装有钟摆配重7的径向对称端设有扇形开口13，所述的驱动绳8的两端分别固定在扇形开口13的两个端点处；配重挂绳10的顶端固定在扇形开口13的一端点处；抽油杆挂绳11的顶端固定在扇形开口13的另一端点处。扇形开口13的夹角为60°-120°。

实施例5

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，是由底座1、支架2、电机3、配重块4和电气控制系统5构成，其支架2底部与底座1固定，顶部安装有摆动轮盘6，摆动轮盘6下部设有钟摆配重7，摆动轮盘6的外周设有驱动绳8并与固定在底座1上的驱动轮9传动连接，所述的摆动轮盘6顶端的一侧圆弧上固定连接着配重挂绳10、另一侧圆弧上固定连接着抽油杆挂绳11，所述的配重挂绳10的底端连接着配重块4，抽油杆挂绳11的底端连接着抽油杆12，所述的驱动轮9与电机3传动连接，电机3与电气控制系统5线路连接。摆动轮盘6在装有钟摆配重7的径向对称端设有扇形开口13，所述的驱动绳8的两端分别固定在扇形开口13的两个端点处；配重挂绳10的顶端固定在扇形开口13的一端点处；抽油杆挂绳11的顶端固定在扇形开口13的另一端点处。扇形开口13的夹角为60°-120°。配重块4垂向的两侧固定在底座1上的轨道架14动配合连接。摆动轮盘6和驱动轮9的径向对称轴位于同一直线上。抽油杆挂绳11与抽油杆12之间设有悬绳器15。电机3为正反转电机。

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，支架2顶部安装有摆动轮盘6，支架2底部安装在底座1上，底座1上安装电机3，配重块4和抽油杆12通过配重挂绳10和抽油杆挂绳11安装于摆动轮盘6两侧，驱动绳8中间固定于驱动轮9上，两端固定于摆动轮盘6的两侧。抽油机工作时，以增加或减少配重块4的方式实现机械系统平衡，电机3正转或反转通过驱动轮9驱动绳8使摆动轮盘6进行顺时针或逆时针旋转，带动抽油杆12上下往复运动，驱动抽油泵实现采油目的。通过设置钟摆配重7使抽油机节省大量电能，通过恒液面采油实现采油系统实现效率最优化、节省电能，通过智能采油起到指导生产、降低工人劳动强度的目的。

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，在摆动轮盘下部设置钟摆式配重，通过抽油机往复运动中的摆动，形成动能和势能的转换，吸收和释放能量，实现电机的微功率甚至无功率启停，提高系统机械效率，节省电能。钟摆配重，当其随摆动轮盘的旋转升高的过程即为其动能转换为势能的过程，此时钟摆配重吸收配重块、摆动轮盘、电机及抽油杆的运动动能转换为其势能。当其随摆动轮盘的旋转下落的过程即利用钟摆存储的势能为整套机械系统加速的过程，此时钟摆配重释放存储的势能转换为使配重块、摆动轮盘、电机及抽油杆运动的动能。通过其动能势能的转换，实现在电机停止时，不需电机制动，不产生反电动势，电机再反向启动时，只需要微功率启动，使电机在启动和停止过程中不需付出过多的能量，从而实现微功率启停甚至无功率启停。在摆动轮盘下部设置轮盘钟摆配重，当最大悬点载荷做功W_最大悬点，最小悬点载荷做功W_最小悬点，驱动绳做功W_驱，钟摆配重重心最高点与最低点之间的距离为h，钟摆配重重量。

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，可以实现油井的恒液面采油。每口油井由于地质情况以及渗油能力的不同，都有其最佳的工作液面，可以根据开发工程师确定的工作液面使抽油机在工作时始终保持最佳的工作液面，也就是恒液面抽油。抽油机在工作时动液面会发生波动，抽油机上下运行功率就会发生变化，通过电器控制系统调节抽油机冲次，增加或减少产液量使渗入油井的液量和采出液量达到平衡，使动液面保持相对恒定，达到采油系统效率最优化，节省电能。在采油过程中，当动液面降低时，电动机输出功率增大，需减少冲次，反之则增加冲次，使动液面保持恒定，实现当油井渗油能力强时多采油，渗油能力弱时少采油。当抽油杆重量做功W_杆、油柱重量做功W_油、配重箱重量做功W_配、电机做功W_电，以及检测所得套管压力做功W_套、油管回压做功W_油压，根据以上已知数据可知抽油泵沉没度做功W_沉没度=W_杆+W_油-W_配-W_电+W_套-W_油压，当下泵深度为H_泵，那么动液面H_动液面=H_泵-H_沉没度。本发明电气系统采用变频控制，可以实现在上下死点时的间停运行，根据抽油杆的弹性变形设置合理的间停时间，使游动阀门和固定阀门的密封球有充足的开启和回落时间，改善密封效果，减少油液漏失，使泵效显著提高。

本发明的钟摆式恒液面智能抽油机，可以实现智能抽油，智能系统包括：恒液面抽油、自动生成示功图、计算产液量、人工调参、间抽、故障报警停机、手持器就地监控、远程监控、完成抽油机生产数字化管理，具体说明如下：

恒液面抽油：降低机械强度、确保优化的产量和系统压力使抽油机在机械和电气控制中达到平衡状态，使系统效率处于最优状态下运行。通过实时的悬点载荷带入公式有功功率—机械损耗功率 =得出有功功率，计算得出上行、下行时的平均功率差，通过功率差值的大小自动调节抽油机转速的快慢，与功率差形成闭环控制以达到恒液面抽油。

生成示功图：常规示功图的绘制需要用专业仪器和专业工作人员在现场进行操作，但本抽油机解决了这个困难，只需要采油工在监控画面上或在现场打开手持器便可直接显示出示功图。方便采油工更充分了解抽油机井下工作状态。通过采集变频器内时时的转矩带入公式得出悬点载荷，实时采集并储存上行起始点到终点、下行起始点到终点时的载荷和位移，绘制上行和下行的载荷曲线，根据抽油杆截面积、油管截面积、弹性系数、下泵深度、液柱重量带入公式估算冲程损失，确定上行启点和下行启点在位移坐标的位置，可以实现示功图的绘制。

计算产液量：通过软件对示功图进行识别分析，计算泵的吸入因数、排出因数和充满因数，油泵直径、活塞冲程长度、光杆冲程、冲次带入公式计算泵的排液量，从而求出折算有效的排量，可以满足生产计量，实现指导调整开发方案的要求。

人工调参：当抽油机需要手动运行时，可通过手持器修改抽油机的冲程、冲次、过载停机值、调整间抽频度，按生产要求随意更改无需停机，可在任意位置启停抽油机，操作非常方便。

间抽：对于产液量严重不足的情况可以实现间抽功能，系统按周期检测井下数据自动计算间抽频度，充分提高泵效。

故障报警停机：变频器故障停机、电流大于设定值停机、抽油杆拖断后停机、电机过热故障停机、套管压力异常停机。所有故障均可在手持器和监控系统显示并报警提示。

手持器就地监控：手持器开机输入地址进行对接成功后选择相应画面观察抽油机运行时所有数据并且修改各项参数，示工图也可在手持器上显示，方便现场人员分析参考。

远程监控：控制器集中处理后的数据通过GPRS远传装置上传到服务器，通过人机界面直观显示所有数据和报警、支持报警历史查看、支持历史曲线查看并输出打印、支持报表功能、支持油井静态数据的修改与添加、按不同部门设置用户权限。