[发明专利]液压驱动游梁的抽油机

说明书

本发明涉及一种新型结构的抽油机，也即用液压驱动替代传统的曲柄连杆式机械传动，并且使用数控变频电源对全速稀土同步电机馈电以实现变工况驱动液压油泵供给压力油，属于机电一体化的油田生产作业机械技术领域。

在我国许多油田需要使用抽油机才能把深埋于地层内的石油采掘出来。这种抽油机通常包括立柱、游梁、绳索、抽油筒及由电机、变速齿轮箱、皮带轮传动付、曲柄连杆式传动机构和铸铁平衡块构成的机械传动装置，是个庞然大物。尤其是其机械传动装置，结构复杂，操作运行繁琐，噪音大，能耗高，传动部件磨损厉害。加之我国油田生产中稠油和深井开采任务日趋繁重，现有的机械传动式抽油机的弊病就更显尖锐和突出了：由于抽油机的工作特性决定其运转过程中力矩变化很大，而转速变化相对要小些，这种抽油动力特性是很难找到一种机械传动装置与之相匹配的。无论采取什么平衡方法（包括现有的曲柄连杆机构和铸铁平衡块手段），都不能使抽油机的动力达到均衡。因此目前配备的电动机额定功率要比抽油时实际消耗的有效功率要大得多，效率很低，即使如此，若要用于开采稠油，仍会产生动力不足或功效欠佳的“力不从心”之感。

本发明的目的是提供一种液压驱动游梁而取代原机械传动装置的新型抽油机。

本发明是这样实现的：它有立柱、游梁、绳索、抽油筒，其特点在于在游梁中间相当于平衡柱塞位置处竖立一个驱动其上下动作的液压柱塞油缸，该油缸则由数控变频电源馈电的全速稀土同步电机驱动的油泵供给压力油。

本发明的结构示意如附图1所示，图中1是立柱，2是游梁，3是抽油筒的绳索，4是驱动游梁运动的柱塞液压缸，5是数控变频电源，6是数控全速稀土同步电机，7是液压油泵。本发明对原来的游梁抽油机改进只是在机械传动装置中取消了原来的电动机、齿轮减速箱、皮带轮传动付、曲柄连杆机构和铸铁平衡块，其他机械结构仍予以保持，并利用在游梁2靠近“驴头”处竖放的液压缸4的柱塞驱动其运动，而液压源则由数控电源5供电的全速稀土同步电机6拖动的油泵7提供压力油。油泵可以选用流量负载特性较好的齿轮泵或螺杆泵，并在游梁的支架上安装两个无触点行程开关，作为游梁上下动作的极限位置的限定，这两个行程开关可以选用霍尔元件制成的磁敏开关或红外光敏开关传感器，这些都是定型批量生产的产品，可视不同情况选择之。

本发明选用的原动机是中国专利申请CN91101413.6所述的“数控全速稀土同步电机”，该电机的转子为实心圆柱体，其中间的若干个槽孔都填满了稀土永磁体并用盖板封闭之。它可与数控变频电源配套，在大范围内平稳调节转速而与负载基本无关，机械特性好，且具有启动转矩大，起动电流小，转动惯量小，可随电源频率实时改变转速和能耗低等优良性能，用于变工况条件下的高效节能动力源是最适宜的。对于抽油机这种速度负载特性变化悬殊的工作机，该电机在变频电源的控制下，其转速可从低速到超高速（10，000～24，000转/分）的任何一个状态下平稳旋转，而输出力矩几乎不变，由它带动液压油泵对抽油机的游梁进行随机变工况的驱动就很容易实现匹配了。我们可以对抽油机整个工作循环过程中，游梁在每个瞬间的速度进行测试取得最佳数值，由此测算和试验驱动游梁动作的液压油缸的供油压力和流量，再通过数控电源对全速稀土同步电机实现变频调压控制以满足油泵供油压力和流量的需要，这样就能实现对抽油机的随机动态控制。由于地层深处地质状况差异极大，加之开采要求的不同，同一油田的各个油井工艺参数也是很不相同的，所以每一口油井的最佳采油效益的动态特性曲线也往往是不同的，尤其是稠油井，其差异更甚。传统机械传动式游梁采油机只能按照固定一成不变的传动规律去完成固定的采油工作循环，即以不变应万变;虽然其操作简单，管理容易，但实际采油效率却低得令人难以容忍。如果不从根本上解决按照不同的地质结构、储油深度、石油粘滞度等具体参数随机变工况地操作采油机，就根本不可能提高油田的生产水平和规模效益。现在，这个令许多石油机械专家头痛的问题有了解决的契机：人们只要把根据事先测好的每个工艺参数编制成最优化动态特性曲线，并据此编成程序装入数控电源里，由其输出频率、脉宽、幅度可调的脉冲给全速稀土同步电机励磁，从而调整电机工况，使液压油泵送出合乎需要流量和压力的液压油，驱动游梁上下运动，保证抽油机按照最优化方案运行。

本发明尤其适宜于稠油和深井开采作业使用。它是数控变频电源、全速稀土电机、无触点感应传感器等机电一体化基础装备的又一应用新领域，同时，也使抽油机实现了机电一体化的技术改造，为提高油田生产效益和降低消耗提供了甚为有效的新装备。据测算，宝鸡石油机械厂生产的CYJ14-5-73HQ气平衡抽油机，重量为29.5吨，驱动功率45KW，最大负荷为138千瓦，经本发明技术改造后，整机重量可降为19.5吨，驱动功率为22KW（降低能耗约50%！）而最大负荷为138～200千瓦。而且，由于本发明只是把原游梁抽油机上的机械传动装置舍去了，而这些机械传动部件又是抽油机上比较容易发生故障的部件，代之以结构简单，性能可靠稳定的数控驱动装置，将使本发明工作得更加稳定可靠和便于管理控制。