[发明专利]自平衡蓄能抽油机

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种油田采油设备地面工程装置，特别涉及一种油田采油设备地面机械提 升部分，即油井机械采油地面装置，也就是抽油机系列中的自平衡蓄能抽油机。

二、背景技术：

1、有杆泵举升技术发展

随着油田开发的不断深入，我国大多数油田都已进入开发的中后期，油井逐渐丧失自 喷能力，机械采油已成为最主要的采油方式。据统计，我国的机械采油井约占油井总数的 90％以上。其中，抽油机-抽油杆-抽油泵组成的常规有杆泵抽油井占90％左右，产量占 75％以上。然而面对油田开发的不断发展，投入开发的油藏类型越来越复杂，泵挂深度的 不断增加和老油田含水的持续上升，国内外相继研制开发了许多新型抽油机、抽油杆和抽 油泵，使得传统抽油设备在性能和适应性上有了新的突破。

2、抽油机技术进展

根据油田生产需要，在现场生产上，各油田投入使用的抽油机种类比较繁多。按其使 用要求大体可分为以下几种，比如：低矮型、前置式、紧凑型、无游梁长冲程等抽油机能 够适应各种自然地理条件的需要；液压缸式、增大冲程游梁式等抽油机主要适应高含水、 含砂、含石膏、含石蜡等油井，也适应抽汲和稠油、低渗透油层的开采；斜井抽油机、丛 式井抽油机、双驴头抽油机、双井平衡抽油机、紧凑型抽油机等能够适应直井、斜井、定 向井、丛式井、水平井抽汲的需要。目前，适应深井抽汲的大型抽油机的最大载荷达到213 kN，最大下泵深度达到4420m；近年来美国研制出了冲程长度为30.48m的超长冲程抽油 机，以适应长冲程抽油的需要。但伴随而来的是开发成本的不断攀升，其中主要一项就是 机械采油的电能消耗持续攀升，机械采油成了油田开发过程中的能耗大户，据不完全统计， 在油田能耗中，机械采油占80％左右。为节约动力消耗，还研制应用了异相型、前置式、 大圈式、轮式、玻璃钢杆、六连杆等新型节能抽油机，但受多种因素影响，很多种抽油机 仅仅是做了矿场试验，归结起来主要还是存在适用性不强、节能效果不佳、投入产出不成 比例和相关技术还待完善等；应用较广泛的还是游梁式抽油机和皮带式抽油机等。

3、抽油机目前存在的问题和不足

不管是已研制应用了的异相型、前置式、大圈式、轮式、玻璃钢杆、六连杆等新型节 能抽油机，还是油田常用的皮带式抽油机(主要是解决大冲程)和游梁式抽油机，都存在 其平衡块重量在抽油机下行的过程中，不能被油井中杆柱重量平衡掉的部分，都要靠电机 动力来做工补偿，这就是抽油机目前存在的最大问题和不足，也就是抽油机正常生产中的 主要能耗点，只有解决这个问题才能从根本上解决抽油机的节能问题，然而因为人们一直 认为这是合理的能源消耗，到目前为止，还没有一种抽油机产品是从这一点切入的；但是 根据抽油机工作时的自身独有特点，油井里抽油杆自重在抽油机上行和下行时，始终伴随 一个动能和势能的不断转化。

4、目前采用的节能解决方法和措施

针对上述问题，目前油田采用的抽油机节能办法主要有系统效率优化设计方法和节能设 备优化配置法：

(1)系统效率优化设计

主要是采用敏感性分析与动态仿真结合的方法，建立了从地面到地下13个方面的计 算、分析模型；定量地计算了主要参数对系统效率的敏感性程度。改进了多相流条件下抽 油机井有效功率、泵效的计算方法；改进了系统动态参数的计算方法，建立了系统效率动 态仿真模型，开发了抽油机井系统效率优化设计和以动态仿真为基础的参数敏感性分析计 算机软件，对生产油井进行时时现场调整，提高单井系统效率来达到节能的目的。

(2)节能设备优化配置

选用一种节能产品，可提高电动机的负载率，减小电动机的损耗，提高运行效率，达 到节能的目的。如选用多种进行叠加使用，可能出现两种情况：一是电动机的负载率已达 到临界值，只有一种节能装置主要起作用；二是当电动机的负载率已达到临界值，再进行 调压反而使电动机的内部损耗增加或使原调压系统紊乱，降低了电动机效率，增加了损耗。

三、发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种自平衡蓄能抽油机，通过 抽油机工作过程中，利用系统内能量来补充平衡抽油机从油井里举升当量的液体需要做的 额定功，即用抽油机下行时的平衡力作为动力来举升平衡块做势能储备，有效利用自身系 统的能量来进行动能和势能的转变，从根本上改变现有抽油机的势能储备需要外部动力来 提供，从而达到抽油机节能的目的。