[发明专利]智慧型节能抽油机及其自动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于抽油设备技术领域，具体涉及一种智慧型节能抽油机及其自动控制方法。

背景技术

抽油机是油田主要耗能设备，目前油田中所使用的抽油机绝大部分是游梁式抽油机。这种抽油机由普通电机驱动，经多级减速箱并经连杆和游梁作往复运动。由于抽油机工作时是一种带有冲击性的周期交变负载，为保障运行时有足够的过载能力，往往采用最大容量的驱动电动机，普遍存在“大马拉小车”的问题，且电动机运行时需经多级减速箱和连杆机构输出，需要消耗大量动力，导致运行效率和功率因数都很低，一般系统整体效率只有30%~40%。另外，游梁式抽油机工作时，因悬点载荷变化的不均匀性使得抽油机平衡效果差，导致磨损与能耗大、稳定性差，为了减少这种载荷的不均匀性，游梁式抽油机普遍加装了平衡装置，部分抽油机安装有平衡锤并固定在曲柄上，但这种方式的负荷和离心力较大，还有部分抽油机在游梁上安装有平衡装置或平衡配重，通过人工移动配重物位置或人工加减配重物质量改变平衡力矩来调节平衡，这两种平衡方法或二者构成的复合平衡，仍存在笨重且耗时耗力、平衡过轻或平衡过重导致调节范围极为有限，平衡精度效果不佳和维护成本高的缺点，因此现有游梁式抽油机无法很好的适应载荷的动态变化，一般靠增大电动机的输出功率来弥补，这样就增大了抽油机运转的能耗，而且抽油机运行时工况噪音巨大。另外，抽油机的智能自动化控制水平也存在滞后缺陷，地面和井下情况无法实时并真实有效的纳入智能控制系统，在油田生产复杂工况条件下存在明显的局限性，特别是冲次和平衡不能实现自动且无损耗或低损耗调整，平衡精度远远不能适应载荷变化。如2015年7月15日公开的公布号为CN 104775792 A 的智能抽油机发明专利申请，该智能抽油机虽然实现了自动调整平衡度的功能，但是受其传动机构和普通电机的限制，使该机的平衡度调节粗犷，不够精准，并且调节范围有限。同时，该抽油机还存在电机功率因数小、传动链长、结构复杂和能耗损失大的缺陷。且在油田抽油作业中，抽油杆轻微卡阻的情况时有发生，一旦出现抽油杆轻微卡阻，抽油杆下落速度慢于驴头下落速度，则出现过平衡现象，将造成电机负载急剧加重，能耗极大，并且可能造成停机或电机烧毁，严重影响油田作业。

我国油田抽油机现逾10万台，年耗电量达数百亿kW ▪h，年维护管理费用也是一笔庞大消耗。因此针对我国油气田开发现状，为满足数字化油田建设和节能降耗的需要，研制开发高效节能的智慧型油田抽油机具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种功率因数高、节能效果好，智能控制自动化程度高，能够确保平衡度调节精确，并能有效降低操作人员劳动强度，实现精细化管理，提高抽油效率和设备使用寿命的智慧型节能抽油机。

同时，本发明的另一目的是提供一种该智慧型节能抽油机的自动控制方法，有效实现各平衡装置的协同配合，使平衡度的调节更加快速便捷，精确性更高。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：该智慧型节能抽油机包括游梁、驴头、尾梁、支架、底座、主电机、曲柄、连杆、悬绳器、智能控制柜和若干工况传感器，工况传感器包括位于悬绳器上的载荷传感器、位于游梁与支架连接处上部的角位移传感器以及分别位于井口上的液位传感器、压力传感器、流量变送器和温湿度传感器，在游梁的尾端设置有尾梁平衡装置，该装置包括装配在尾梁本体上的尾梁配重箱和驱动该配重箱移动的步进电机，步进电机设置在游梁上，通过万向联轴器与设置在尾梁上的滑动丝杠连接，通过该滑动丝杠带动尾梁配重箱在尾梁上移动，其特征在于：主电机采用低速恒转矩永磁直驱电机，电机轴直接与曲柄连接，曲柄离心端通过连杆与游梁连接，在游梁上设置有外置式精调平衡装置或内置式精调平衡装置，在智能控制柜中设有电控单元和远程终端智能单元，远程终端智能单元与电控单元有线连接，远程终端智能单元与各工况传感器无线连接。

所述外置式精调平衡装置位于结构为工字钢的游梁顶部，该装置包括由左向右依次设在游梁顶部的伺服电机、左支座和右支座，左支座和右支座之间设有与游梁平行的丝杠，伺服电机驱动该丝杠旋转，在丝杠上穿设有与其螺纹配合连接的精调配重箱，该配重箱的垂直截面呈倒U型结构，骑跨在游梁上，并设有沿游梁上表面滚动的左、右滚轮，箱内盛装有精调配重块。

所述内置式平衡精调装置位于结构为矩形筒体的游梁体内，该装置包括由左向右依次设在游梁体内的伺服电机、左支座和右支座，左支座和右支座之间设有与游梁平行的丝杠，该丝杠与伺服电机连接，丝杠上穿装有与其螺纹配合连接的精调配重铅块。