專(zhuān)利名稱(chēng)：一種數(shù)控風(fēng)能利用抽油與注水聯(lián)合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種數(shù)控風(fēng)能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，它屬于石油開(kāi)采領(lǐng)域，適用于各種油田的石油開(kāi)采，特別適用于電力不足的邊遠(yuǎn)沙漠地區(qū)油田的采油。
在油田的生產(chǎn)中，隨著開(kāi)采時(shí)間的增加，地層壓力下降，絕大多數(shù)油井已不能自噴，而要使用抽油機(jī)來(lái)提升井下滲出的原油，并需向地下注水，平衡地層壓力。使用抽油機(jī)抽油和注水井注水，都需要消耗大量的電能，這大大增加了開(kāi)采成本，對(duì)于如象沙漠油田、海上油田，由于沒(méi)有電網(wǎng)覆蓋，要使用自各電站供電，使得開(kāi)采成本增高。但是，在這些地區(qū)(如沙漠、海濱)有大量的風(fēng)力資源可以利用。
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種數(shù)控風(fēng)能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，它可以利用風(fēng)力資源進(jìn)行抽油與注水，減少采用成本。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如附


圖1所示，在抽油井井口上有塔架1，在塔架1上部有全速稀土數(shù)控電機(jī)7、鏈輪6，鏈輪6上跨接有鏈條4，鏈條4的一端接有配重5，另一端與拉桿3相連，在抽油井中有與拉桿3相連的抽油活塞2，其特征在于在塔架1頂端裝有稀土永磁發(fā)電機(jī)9和風(fēng)力轉(zhuǎn)子10，在稀土永磁發(fā)電機(jī)9和風(fēng)力轉(zhuǎn)子10之間有增速器11，稀土永磁發(fā)電機(jī)9的輸出端接有整流器件12，在注水井井口接有蓄能壓力容器13，和增壓泵22，增壓泵22由全速稀土數(shù)控電機(jī)23帶動(dòng)，全速稀土數(shù)控電機(jī)7和23的輸入端分別連有雙向可逆變頻電源8和20，雙向可逆變頻電源8和20的一端與整流器12的輸出端相連，并接有電壓傳感器26，在近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15，標(biāo)準(zhǔn)工作控制介面15通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計(jì)算機(jī)14相連，在蓄能壓力容器13中裝有壓力傳感器18和液位傳感器19，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15中插有分別與電壓傳感器26、壓力傳感器18和液位傳感器19相連的測(cè)量適配模塊27、16和17，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15中還分別插有與雙向可逆變頻電源8和20相連并對(duì)它們進(jìn)行控制的控制適配模塊24和25。
附
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，30為抽油井，31為注水井。
附圖2為本實(shí)用新型在有電網(wǎng)供電地區(qū)使用時(shí)的一個(gè)實(shí)施例。
本實(shí)用新型的工作原理如下在本實(shí)用新型中，在抽油井井口上有塔架1，在塔架1上部有全速稀土數(shù)控電機(jī)7、鏈輪6，鏈輪6上跨接有鏈條4，鏈條4的一端接有配重5，另一端與拉桿3相連，在抽油井中有與拉桿3相連的抽油活塞2。全速稀土數(shù)控電機(jī)7、鏈輪6、鏈條4、配重5和抽油活塞構(gòu)成了本實(shí)用新型的抽油部分。在塔架1頂端裝有稀土永磁發(fā)電機(jī)9和風(fēng)力轉(zhuǎn)子10，在稀土永磁發(fā)電機(jī)9和風(fēng)力轉(zhuǎn)子10之間有增速器11，稀土永磁發(fā)電機(jī)9的輸出端接有整流器件12。稀土永磁發(fā)電機(jī)9、風(fēng)力轉(zhuǎn)子10、增速器11和整流器件12構(gòu)成了本實(shí)用新型的能量獲取與轉(zhuǎn)換部分。在注水井井口接有蓄能壓力容器13，和增壓泵22，增壓泵22由全速稀土數(shù)控電機(jī)23帶動(dòng)。蓄能壓力容器13、增壓泵22和全速稀土數(shù)控電機(jī)23構(gòu)成了本實(shí)用新型的注水部分。全速稀土數(shù)控電機(jī)7和23的輸入端分別連有雙向可逆變頻電源8和20，雙向可逆變頻電源8和20的一端與整流器12的輸出端相連，并接有電壓傳感器26，在近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計(jì)算機(jī)14相連，在蓄能壓力容器13中裝有壓力傳感器18和液位傳感器19，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15中插有分別與電壓傳感器26、壓力傳感器18和液位傳感器19相連的測(cè)量適配模塊27、16和17，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15中還分別插有與雙向可逆變頻電源8和20相連并對(duì)它們進(jìn)行控制的控制適配模塊24和25。雙向可逆變頻電源8和20、電壓傳感器26、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15、中央控制計(jì)算機(jī)14、壓力傳感器18、液位傳感器19，測(cè)量適配模塊27、16和17以及控制適配模塊24和25構(gòu)成了本實(shí)用新型的測(cè)控和驅(qū)動(dòng)部分。
由于風(fēng)力是不恒定的，因此稀土脈磁發(fā)電機(jī)9輸出的交流電頻率是變化的。本實(shí)用新型使用整流器件12整流的方法輸出，它對(duì)發(fā)電機(jī)輸出的頻率無(wú)要求，因此可以取消掉復(fù)雜的機(jī)械恒速系統(tǒng)。用使用一個(gè)簡(jiǎn)單的增速器11使稀土永磁發(fā)電機(jī)工作在較高轉(zhuǎn)速范圍，這樣可以減少發(fā)電機(jī)9的尺寸。注水井31井口除與增壓泵22相連外，還接有蓄能壓力容器13。蓄能壓力器13為一個(gè)耐壓容器，內(nèi)部充有部分壓縮氣體，其下部有注水液體。在工作時(shí)，注水井的注水壓力由其內(nèi)部壓縮氣體所保持。而增壓泵22則是在中央控制計(jì)算機(jī)14的控制下，在電能較多時(shí)開(kāi)啟，向蓄能壓力容器13中注入注水液體，補(bǔ)充蓄能壓力容器13中減少的注水液，也恢復(fù)蓄能壓力容器13的壓力。在本實(shí)用新型中，抽油活塞2、拉桿3、鏈條4、配重5、鏈輪6、全速稀土電機(jī)7和雙向可逆變頻電源8構(gòu)成了采油部分。采用中央控制計(jì)算機(jī)14，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15加適配模塊24的機(jī)電一體控制模式。它的抽油活塞2最佳運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)由中央控制計(jì)算機(jī)14存貯，采用定時(shí)掃描的方法不斷改變控制雙向可逆變頻電源8的信號(hào)值，從而控制抽油活塞2的運(yùn)動(dòng)速度，以達(dá)到最佳的抽油效率。在中央控制計(jì)算機(jī)14需要改變抽油活塞2的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)14通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通與雙向可逆變頻電源8相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊24的地址選通信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15在收到地址選通信號(hào)后選通相應(yīng)的控制適配模塊24?？刂七m配模塊24被選通后，中央控制計(jì)算機(jī)14發(fā)出抽油活塞2運(yùn)動(dòng)速度的改變值，由控制適配模塊24接收、鎖存并經(jīng)D／A變換后控制改變雙向可逆變頻電源8的輸出頻率，從而改變了抽油活塞2的運(yùn)動(dòng)速度。在抽油活塞2下降行程中，中央控制計(jì)算機(jī)14可以用同樣的主法控制雙向可逆變頻電源8處于整流狀態(tài)，把油抽活塞2等的勢(shì)能通過(guò)數(shù)控全速電機(jī)7發(fā)電后回收，達(dá)到節(jié)能的目的。在本實(shí)用新型中，增壓泵22，全速稀土數(shù)控電機(jī)23，雙向可逆變頻電源20和蓄能壓力容器13構(gòu)成了蓄能注水部分。它采用與采油部分和能量獲取與轉(zhuǎn)換部分共用的中央控制計(jì)算機(jī)14、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15加測(cè)量和控制適配模塊的機(jī)電一體化測(cè)控模式，對(duì)增壓泵22的工作工況進(jìn)行控制。在工作時(shí)，它與采油控制聯(lián)合，采用定時(shí)掃描的方法，中央控制計(jì)算機(jī)14不斷根據(jù)抽油部分工作工況、采集到的供電電壓以及蓄能壓力容器13中的壓力和液體液位值進(jìn)行計(jì)算，控制增壓泵22的啟停和工作工況。在蓄能壓力容器13中的壓力和液位都低于高限，供電電壓高于低限時(shí)，啟動(dòng)增壓泵22，并控制工況使之吸收供電能量使電壓穩(wěn)定。在抽油部分處于回程時(shí)，控制加大增壓泵22工況，吸收回程能量。在抽油部分處于提升，而風(fēng)力供電處于低位時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)14控制增壓泵22停止工作。中央控制計(jì)算機(jī)14控制增壓泵22工作工況的方式與中央控制計(jì)算機(jī)14控制活塞運(yùn)動(dòng)的方式一樣，在中央控制計(jì)算機(jī)14需要改變?cè)鰤罕?2工作工況時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)14通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通與雙向可逆變頻電源20相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊25的地址選通信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15在收到地址選通信號(hào)后選通相應(yīng)的控制適配模塊25?？刂七m配模塊25被選通后，中央控制計(jì)算機(jī)14發(fā)出增壓泵22工作工況的改變值，由控制適配模塊25接收、鎖存并經(jīng)D／A變換后控制改變雙向可逆變頻電源10的輸出頻率，從而改變了增壓泵22工作工況。中央控制計(jì)算機(jī)14采集電源、電壓值、蓄能壓力容器13中的壓力值和液位數(shù)據(jù)的方法如下中央控制計(jì)算機(jī)14在采集電壓值時(shí)，先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通測(cè)量模塊27的地址選通信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)工作控制介面15在收到地址選通信號(hào)后，選通測(cè)量適配模塊27。選通后，測(cè)量適配模塊27把與之相連的電壓傳感器26測(cè)得的電壓值經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后反向送回中央控制計(jì)算機(jī)14，完成電壓采集任務(wù)。采集蓄能壓力容器13壓力和液位的方法與采集電壓值的方法一樣，也是通過(guò)選通相應(yīng)的則量適配模塊15或17后，把相應(yīng)的傳感器測(cè)得的物理量經(jīng)A／D換后反向送回中央計(jì)算機(jī)14，完成采集。
本實(shí)用新型采用在塔架上加裝由發(fā)電機(jī)，風(fēng)力轉(zhuǎn)子組成的能量獲取轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的方法，把油田地區(qū)的風(fēng)力資源加以利用，可以降低采用能耗。由于普通采油機(jī)也需要有較高的塔架，因此把發(fā)電機(jī)，風(fēng)力轉(zhuǎn)子等置放于上可以減少單獨(dú)安裝風(fēng)力轉(zhuǎn)子的費(fèi)用，并可以少占地。本實(shí)用新型使用中央控制計(jì)算機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面加適配模塊這種機(jī)電一體化模式對(duì)抽油活塞的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，可以使用抽油活塞按最佳運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有最佳抽油效率。
本實(shí)用新型使用中央控制計(jì)算機(jī)對(duì)注水增壓泵進(jìn)行控制，使用蓄能壓力容器來(lái)調(diào)節(jié)由于抽油機(jī)活塞變工況運(yùn)動(dòng)和風(fēng)力發(fā)電功率波動(dòng)，解決了變工況工作對(duì)能源的特殊要求。
本實(shí)用新型可以在無(wú)電網(wǎng)供電的油田中使用，為克服風(fēng)力變化的影響，蓄能壓力容器13的容量可大一些。本實(shí)用新型如果在有電網(wǎng)供電的油田中使用時(shí)，也可以采用整流器件12輸出端接有另一個(gè)雙向可逆變頻電源29，雙向可逆變頻電源29的交流端與電網(wǎng)相連。在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15中插有與雙向可逆變頻電源29相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊28。通過(guò)增加與電網(wǎng)的連接，當(dāng)風(fēng)速小，其風(fēng)力發(fā)電量不足以供抽油電機(jī)時(shí)，由電網(wǎng)補(bǔ)充供而。而當(dāng)風(fēng)速大，風(fēng)力發(fā)電量大于抽油電機(jī)及注水的需要時(shí)，反送到電網(wǎng)中，使用電網(wǎng)進(jìn)行緩沖。
在加裝有與電網(wǎng)相連雙向可逆可頻電源29和測(cè)量模塊28的本實(shí)用新型中，中央控制計(jì)算除完成上述對(duì)抽油機(jī)部分和注水部分的控制外，還通過(guò)蓄能壓力容器13壓力和液位值計(jì)算出已蓄注水能量，在蓄備能量超過(guò)一定值后，通過(guò)選通控制適配模塊28控制雙向可逆變頻電源29處于逆變狀態(tài)向電網(wǎng)供電，讓電網(wǎng)吸收多余電能。而在風(fēng)力發(fā)電供電不足時(shí)，控制雙向可逆變頻電29處于整流狀態(tài)，由電網(wǎng)補(bǔ)充供電。
本實(shí)用新型中的蓄量壓力容器13為可以承受一定壓力的耐壓容器，一般應(yīng)能承受20～50個(gè)大氣壓(2～5×106N／M2)。耐壓容器應(yīng)豎直安放，可以使用自由液面式，由注水液體和壓縮氣體自由形成液面。也可以使用活塞式，使用在耐壓容器中設(shè)置一個(gè)可以上下移動(dòng)的活塞，把耐壓容器分隔為上部的氣腔和下部的液腔。本實(shí)用新型中的蓄能壓力容器13，可以有多個(gè)并聯(lián)，以增大蓄能能力。為減少壓力波動(dòng)?？梢栽龃笮钅軌毫θ萜?3中氣腔的容積，甚至可以采用在氣腔上部通過(guò)管路加接壓縮氣瓶的方法。本實(shí)用新型中的蓄能壓力容器13應(yīng)按耐壓規(guī)范設(shè)置。
本實(shí)用新型中的雙向可逆變頻電源8、20和可接有的雙向可逆變頻電源29可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆變器，也可以使用如專(zhuān)利號(hào)為CNZL89104235的一種在功率數(shù)控調(diào)壓與變流裝置，還可以使用如專(zhuān)利號(hào)為CNZL89104964或是CNZL90202757或是CNZL90203323的專(zhuān)利，功率數(shù)據(jù)需要確定。
本實(shí)用新型中的風(fēng)力轉(zhuǎn)子10和增速器11可以按常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可以使用如專(zhuān)利號(hào)為CNZL93217229、CNZL93219987的專(zhuān)利和如專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N93107757的專(zhuān)利申請(qǐng)。增速器11按一般變速箱設(shè)計(jì)，可以是兩級(jí)或是3級(jí)的。
本實(shí)用新型中抽油機(jī)部分，可以采用專(zhuān)利號(hào)為CNZL92200003的專(zhuān)利。稀土永磁發(fā)電機(jī)8和23可以選用專(zhuān)利號(hào)為CHZL91203427的專(zhuān)利。
本實(shí)用新型中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面15可以選用美國(guó)ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I／O32，或是美國(guó)OPTO22公司的PB16AH。中央控制計(jì)算機(jī)14可以選用美國(guó)OPTO22公司的LC4控制器，也可以選用美國(guó)ME公司的PCS－1工業(yè)過(guò)程控制工作站，還可以選用普通PC計(jì)算機(jī)。適配模塊27、16和17可以采用OPTO22公司的AD3或類(lèi)似的A／D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊24、25和可加有的適配模塊28可選用OPTO22公司的DA3或類(lèi)似的D／A轉(zhuǎn)換模塊。
本實(shí)用新型中的增壓泵可以使用普通的葉片泵、蝸桿泵或是柱塞泵，也可以使用如專(zhuān)利號(hào)為CNZL91217569及CNZL92205183的產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控風(fēng)能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，在抽油井井口上有塔架(1)，在塔架(1)上部有全速稀土數(shù)控電機(jī)(7)、鏈輪(6)，鏈輪(6)上跨接有鏈條(4)，鏈條(4)的一端接有配重(5)，另一端與拉桿(3)相連，在抽油井中有與拉桿(3)相連的抽油活塞(2)，其特征在于在塔架(1)頂端裝有稀土永磁發(fā)電機(jī)(9)和風(fēng)力轉(zhuǎn)子(10)，在稀土永磁發(fā)電機(jī)(9)和風(fēng)力轉(zhuǎn)子(10)之間有增速器(11)，稀土永磁發(fā)電機(jī)(9)的輸出端接有整流器件(12)，在注水井井口接有蓄能壓力容器(13)，和增壓泵(22)，增壓泵(22)由全速稀土數(shù)控電機(jī)(23)帶動(dòng)，全速稀土數(shù)控電機(jī)(7)和(23)的輸入端分別連有雙向可逆變頻電源(8)和(20)，雙向可逆變頻電源(8)和(20)的一端與整流器(12)的輸出端相連，并接有電壓傳感器(26)，在近旁有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(15)，標(biāo)準(zhǔn)工作控制介面(15)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計(jì)算機(jī)(14)相連，在蓄能壓力容器(13)中裝有壓力傳感器(18)和液位傳感器(19)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(15)中插有分別與電壓傳感器(26)、壓力傳感器(18)和液位傳感器(19)相連的測(cè)量適配模塊(27)、(16)和(17)，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面(15)中還分別插有與雙向可逆變頻電源(8)和(20)相連并對(duì)它們進(jìn)行控制的控制適配模塊(24)和(25)。
專(zhuān)利摘要一種數(shù)控風(fēng)能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，有塔架、全速稀土數(shù)控電機(jī)等，其特征在于在塔架頂端裝有由稀土永磁發(fā)電機(jī)、風(fēng)力轉(zhuǎn)子等組成的能量獲取轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，在注水井井口接有由蓄能壓力容器、增壓泵等組成的注水蓄能部分，有由標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面、中央控制計(jì)算機(jī)等組成的測(cè)控部分。采用在塔架上加裝能量獲取轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的方法，利用油田地區(qū)的風(fēng)力資源，降低采用能耗。使用測(cè)控部分對(duì)注水增壓泵進(jìn)行控制，用蓄能壓力容器來(lái)調(diào)節(jié)由于抽油機(jī)活塞變工況運(yùn)動(dòng)和風(fēng)力發(fā)電功率波動(dòng)，解決了變工況工作對(duì)能源的特殊要求。
文檔編號(hào)E21B43/16GK2215019SQ9421918
公開(kāi)日1995年12月13日 申請(qǐng)日期1994年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月23日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠(chǎng)