專利名稱：新型電磁抽油機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型的、利用電磁力驅(qū)動(dòng)的有桿抽油機(jī)，它主要用于從地層中開采石油。
目前世界油田，機(jī)械采油井?dāng)?shù)在90％以上，其中有桿抽油井又占機(jī)械采油井的90％以上。據(jù)90年代初統(tǒng)計(jì)，有桿抽油設(shè)備仍居首要地位，其中中國(guó)占91％，美國(guó)占85％，前蘇聯(lián)占75％左右。
有桿抽油設(shè)備是利用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)抽油桿柱上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)而抽油的，有桿抽油設(shè)備的地面部分即為抽油機(jī)，迄今應(yīng)用最廣泛的是游梁式抽油機(jī)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展、改進(jìn)和完善，形成了多種類型的游梁式和無(wú)游梁式的有桿抽油機(jī)。但不管哪種形式的有桿抽油機(jī)，都由動(dòng)力機(jī)、減速器、連動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架和連接抽油設(shè)備地下部分(光桿、抽油桿、單向油閥等)的懸繩器等組成。它們的基本工作原理是減速器將動(dòng)力機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)降為低速，經(jīng)連動(dòng)機(jī)構(gòu)使懸于機(jī)架上的懸繩器變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)地面下長(zhǎng)達(dá)1～3km的抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過單向油閥把油抽出地面。這類抽油機(jī)的最大特點(diǎn)是可全天候在油田工作，可靠性高；主要是地面下的抽油桿等和地面上的連動(dòng)機(jī)構(gòu)需維修，較方便。然而，它效率低，傳動(dòng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，機(jī)械摩擦損失較大。根據(jù)它的工作原理，在光桿上沖程的抽油過程中，抽出油柱的重量只占總重量(油柱重量與光桿、抽油桿、油閥等重量之和)的一小部分；在光桿下沖程準(zhǔn)備抽油過程中，作無(wú)用功，因而嚴(yán)重制約了效率的提高。此外，又依據(jù)光桿沖程、額定懸點(diǎn)負(fù)載等不同，須分成十多個(gè)型號(hào)，從而增加了產(chǎn)品的復(fù)雜性，提高了成本。
本發(fā)明人曾于1997年12月提出電磁抽油機(jī)(專利號(hào)97121959．1)。它是一種利用電磁力直接驅(qū)動(dòng)光桿帶動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)、全新原理的有桿抽油機(jī)。它將一系列線圈同軸地固定，在高可靠的可編程控制器的控制下，第N個(gè)線圈通電(其余的斷開)，產(chǎn)生電磁力吸引銜鐵活塞運(yùn)動(dòng)；下一時(shí)刻第N+1個(gè)線圈通電，產(chǎn)生電磁力吸引銜鐵活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；重復(fù)這一過程，從而直接驅(qū)動(dòng)光桿帶動(dòng)抽油桿向上或向下運(yùn)動(dòng)。這種電磁抽油機(jī)不僅可靠，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率較高；由于采用了現(xiàn)代的程控技術(shù)，改變抽油的沖程、沖次容易。然而，它也存在幾點(diǎn)不足其一，由于它固定安裝在油井之上，以直接驅(qū)動(dòng)抽油桿，使地下設(shè)備如抽油桿、油泵等的維修和其它操作難以進(jìn)行，而這種維修在世界各地上百萬(wàn)口類似油井中是必需的。其二，它沒有根本克服原抽油機(jī)效率低的主要缺點(diǎn)，光桿、抽油桿和油閥等依然上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)做著無(wú)用功。其三，這種電磁抽油機(jī)增大沖程，藉增加線圈個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)；提高額定懸點(diǎn)載荷藉增大線圈電流完成。在大沖程(例如6m)、大載荷(例如200kN)時(shí)，所耗銅材甚多，從而大幅度地提高了成本。
本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步顯著地提高效率、增強(qiáng)可維修性、降低成本，并簡(jiǎn)化抽油機(jī)的加工生產(chǎn)。
這種新型電磁抽油機(jī)由沖程變換裝置、無(wú)用功平衡塊和電磁力驅(qū)動(dòng)器組成。改變沖程變換器懸梁的支點(diǎn)，則懸梁兩側(cè)力臂的比例改變，使沖程顯著地改變。無(wú)用功平衡塊用以抵消抽油過程中始終上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的光桿、抽油桿、油閥等重量。電磁力驅(qū)動(dòng)器安裝在離油井一定距離之處，只需產(chǎn)生稍大于被抽出油柱重量的電磁力就能正常地抽油；其驅(qū)動(dòng)部件在銜鐵活塞之上還有一個(gè)或數(shù)個(gè)內(nèi)平衡塊，在可編程控制器的控制下，使兩個(gè)或數(shù)個(gè)線圈同時(shí)通電，產(chǎn)生兩倍或數(shù)倍于單個(gè)線圈的電磁力間接驅(qū)動(dòng)光桿、抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)原理如附圖
所示，以下作詳細(xì)說明。
圖中沖程變換裝置是一個(gè)雙驢頭懸梁[6]，它安裝在支架[13]上，其支點(diǎn)可通過沖程調(diào)節(jié)孔[7]改變。這些部件是低成本的，可利用油田現(xiàn)有設(shè)備改制。它的一端通過鋼絲繩[8]和光桿[9]、抽油桿[10]、單向油閥[12]等相連接，另一端通過鋼絲繩[5]和外平衡塊[4]、內(nèi)平衡塊[3]、銜鐵活塞[2]相連接；以不同位置的沖程調(diào)節(jié)孔[7]作為支點(diǎn)，使油井一側(cè)的力臂Lo和另一側(cè)的力臂Le比例改變，從而改變了兩側(cè)沖程的比例。例如如果Lo／Le=2／1，那么銜鐵活塞[2]上下移動(dòng)3m，就可使光桿[9]上下移動(dòng)6m，當(dāng)然電磁力驅(qū)動(dòng)器一側(cè)的牽引力也大一倍。由于雙驢頭的特定形狀，雙驢頭懸梁[6]運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩[5]、[8]始終和驢頭表面相切、垂直；且它們和驢頭表面或接觸或脫離，并不產(chǎn)生滑動(dòng)，避免了在滑輪之類裝置中鋼絲繩因經(jīng)長(zhǎng)年累月的滑動(dòng)摩擦致使鋼絲繩易于損壞的弊病。
外平衡塊[4]、內(nèi)平衡塊[3]主要起無(wú)用功平衡的作用。設(shè)Lo=Le，又設(shè)每一次抽油過程中被抽出油柱重量為10kN，光桿[9]、抽油桿[10]與單向油閥[12]等的重量之和為90kN，調(diào)節(jié)外平衡塊[4]、內(nèi)平衡塊[3]，使之與銜鐵活塞[2]重量之和為80kN。那么電磁力驅(qū)動(dòng)器只要用20kN的力就能使光桿向上運(yùn)動(dòng)而抽油，此時(shí)無(wú)用功減少(90kN-10kN)／90kN=88．8％；在準(zhǔn)備抽油過程中，光桿等一側(cè)以10kN重量自由下落完成抽油準(zhǔn)備工作。光桿[9]等一側(cè)要有一定的重量自由下落，以克服油井中石油[11]的阻力而浸入油層完成抽油準(zhǔn)備工作，如此則平衡塊不能過重。若平衡塊過輕，不僅會(huì)增加無(wú)用功降低了效率，而且會(huì)使光桿[9]等下落所受沖擊力過大而影響抽油機(jī)平穩(wěn)工作。根據(jù)不同油井的不同要求，這一自由下落重量以5～20kN為宜。內(nèi)平衡塊[3]的另一個(gè)作用將在下文中說明。
電磁力驅(qū)動(dòng)器是新型電磁抽油機(jī)的動(dòng)力源，位于沖程變換裝置另一側(cè)，并不直接驅(qū)動(dòng)抽油桿。它主要由M個(gè)相同的線圈[1]、銜鐵活塞[2]和內(nèi)平衡塊[3]組成。雖然它也是直接利用380V交流電源在可編程控制器控制下，使M個(gè)線圈中某個(gè)通以大電流產(chǎn)生電磁力吸引銜鐵活塞[2]上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油全過程，但與原電磁抽油機(jī)相比有如下特點(diǎn)第一，藉沖程轉(zhuǎn)換裝置，它固定安裝在離油井口一定距離之處，為油井的維修和其它操作讓出了必需的空間。第二，通過外平衡塊[4]、內(nèi)平衡塊[3]和銜鐵活塞[2]簡(jiǎn)單而有效的平衡作用，抵消了大部分無(wú)用功，只要以小得多的電磁吸引力(多數(shù)情況下是原電磁抽油機(jī)的1／10甚至更小)，就能正常地抽油。而且在抽油準(zhǔn)備過程，所有線圈都無(wú)需通電，任光桿[9]等以一定重量自由下落而完成抽油準(zhǔn)備沖程，從而顯著地提高了效率。第三，在銜鐵活塞[2]之上二倍或幾倍線圈距離處增加了一個(gè)內(nèi)平衡塊[3]。設(shè)線圈兩兩之間的距離為d，抽油時(shí)在可編程控制器控制下某個(gè)線圈通電產(chǎn)生電磁吸引力使銜鐵活塞[2]向下運(yùn)動(dòng)；同時(shí)使距此線圈2倍d處的線圈也通電產(chǎn)生電磁力吸引內(nèi)平衡塊[3]同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)；由于后一通電線圈距銜鐵活塞[2]較遠(yuǎn)，對(duì)它向上的拉力可忽略。內(nèi)平衡塊[3]也用軟鐵制作，在其上二倍d處也可再增加一個(gè)或數(shù)個(gè)內(nèi)平衡塊，以使三個(gè)線圈或數(shù)個(gè)線圈同時(shí)通電產(chǎn)生三倍或數(shù)倍于單個(gè)線圈的電磁吸引力工作。這種結(jié)構(gòu)，在線圈電流相同的情況下電磁吸引力可增加一倍或數(shù)倍，這在抽油機(jī)靜態(tài)起動(dòng)時(shí)是很有用的；在驅(qū)動(dòng)力相同的情況下，可以減小繞制線圈銅材的線徑，降低銅耗從而降低成本。第四，對(duì)于光桿沖程0．3～6m，額定懸點(diǎn)負(fù)載20～200kN的工作參數(shù)，游梁式抽油機(jī)有10多種型號(hào)，原電磁抽油機(jī)最大沖程也必須達(dá)6m，線圈允許最大電流必須有多種型號(hào)與之相適應(yīng)。新型電磁抽油機(jī)則不然，最大沖程3m已足夠；因?yàn)閷?shí)際驅(qū)動(dòng)力只要5～20kN，一種線圈已能滿足要求。這又進(jìn)一步降低了成本，也簡(jiǎn)化了抽油機(jī)的加工、生產(chǎn)。第五，它的沖程和驅(qū)動(dòng)力，不僅可藉增加線圈個(gè)數(shù)、線圈電流進(jìn)行微調(diào)，而且可藉沖程變換器進(jìn)行粗調(diào)。
新型電磁抽油機(jī)與迄今世界上廣泛使用的游梁式抽油機(jī)相比，與專利97121959．1所提出的電磁抽油機(jī)相比，它大幅度降低了無(wú)用功損耗，從而顯著地提高效率；簡(jiǎn)化了加工、生產(chǎn)，減少原材料消耗從而降低了成本；充分考慮了實(shí)際使用情況，增強(qiáng)了可維修性；由于采用可編程控制技術(shù)，由于沖程、驅(qū)動(dòng)力易于改變，它對(duì)石油開采理論研究將有重要推動(dòng)作用。
權(quán)利要求
權(quán)利要求書1．電磁抽油機(jī)是一種利用電磁力驅(qū)動(dòng)的有桿抽油機(jī)。它將一系列線圈同軸地固定，在可編程控制器控制之下，第N個(gè)線圈通電產(chǎn)生電磁吸引力，使銜鐵活塞向上或向下運(yùn)動(dòng)；下一時(shí)刻第N+1個(gè)線圈通電產(chǎn)生電磁吸引力，使銜鐵活塞繼續(xù)向上或向下運(yùn)動(dòng)；重復(fù)此過程，銜鐵活塞帶動(dòng)抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成抽油全過程。本發(fā)明提出的新型電磁抽油機(jī)其特征在于它由沖程變換裝置、無(wú)用功平衡塊和電磁力驅(qū)動(dòng)器組成；改變沖程變換器懸梁的支點(diǎn)，則懸梁兩側(cè)力臂的比例改變，使沖程顯著地改變；無(wú)用功平衡塊用以抵消抽油過程中始終上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的光桿、抽油桿、油閥等重量；電磁力驅(qū)動(dòng)器安裝在離油井一定距離之處，只需產(chǎn)生稍大于被抽出油柱重量的電磁力就能正常地抽油，其驅(qū)動(dòng)部件在銜鐵活塞之上還有一個(gè)或數(shù)個(gè)內(nèi)平衡塊，在可編程控制器的控制下，使兩個(gè)或數(shù)個(gè)線圈同時(shí)通電，產(chǎn)生兩倍或數(shù)倍于單個(gè)線圈的電磁力以間接驅(qū)動(dòng)光桿、抽油桿等上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖程變換裝置其特征在于它是一個(gè)帶有雙驢頭的懸梁[6]，安裝在支架[13]之上；它的一端通過鋼絲繩[8]和光桿[9]、抽油桿[10]、單向油閥[12]等相連接，另一端通過鋼絲繩[5]和外平衡塊[4]、內(nèi)平衡塊[3]、銜鐵活塞[2]相連接；選擇不同位置的沖程調(diào)節(jié)孔[7]作為支點(diǎn)，就改變雙驢頭懸梁[6]兩側(cè)力臂的比例，從而顯著地改變光桿沖程。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)用功平衡塊其特征在于它由外平衡塊[4]以及內(nèi)平衡塊[3]組成，依不同油井的不同要求，其重量之和比光桿[9]、抽油桿[10]、單向油閥[12]等之和輕5～20kN，用于抵消抽油過程中大部分無(wú)用功；并在抽油準(zhǔn)備過程，使光桿[9]、抽油桿[10]、單向油閥[12]等一側(cè)，以5～20kN的重力自由下落。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力驅(qū)動(dòng)器其特征在于它的驅(qū)動(dòng)部件由銜鐵活塞[2]和一個(gè)或數(shù)個(gè)內(nèi)平衡塊[3]組成；銜鐵活塞[2]和內(nèi)平衡塊[3]之間距離為線圈間距離的二倍或數(shù)個(gè)偶數(shù)倍。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力驅(qū)動(dòng)器其特征在于在可編程控制器的控制下，抽油過程(光桿[9]上沖程)中，可使二個(gè)或數(shù)個(gè)線圈同時(shí)通電產(chǎn)生二倍或數(shù)倍于單個(gè)線圈的電磁力；在抽油準(zhǔn)備過程(光桿[9]下沖程)中，可使所有線圈均不通電，任光桿[9]等自由下落。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力驅(qū)動(dòng)器其特征在于電磁力驅(qū)動(dòng)器和油井分別位于沖程變換器的雙驢頭懸梁[6]的兩側(cè)，它的驅(qū)動(dòng)部件銜鐵活塞[2]、內(nèi)平衡塊[3]通過鋼絲繩[5]和雙驢頭懸梁[6]相連接；通過雙驢頭懸梁[6]的杠桿作用，電磁力驅(qū)動(dòng)器間接地驅(qū)動(dòng)光桿[9]、抽油桿[10]等上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)而完成抽油全過程。
全文摘要
本發(fā)明是一種新型電磁抽油機(jī),主要用于從地層中開采石油。它由沖程變換裝置、無(wú)用功平衡塊和電磁力驅(qū)動(dòng)器組成,可顯著地增大光桿沖程,從而降低電磁力驅(qū)動(dòng)器高度,壓縮成本;無(wú)用功平衡塊有效地降低了抽油過程中無(wú)用功,提高了效率;電磁力驅(qū)動(dòng)器安裝在離油井一定距離之處,只要產(chǎn)生較大的力就能正常地抽油,在可編程控制器控制下可使兩個(gè)或數(shù)個(gè)線圈同時(shí)通電、產(chǎn)生兩倍或數(shù)倍的電磁力,增強(qiáng)了可操作性、可維修性,簡(jiǎn)化了生產(chǎn)制造。
文檔編號(hào)F04B17/04GK1204732SQ9810326
公開日1999年1月13日 申請(qǐng)日期1998年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月23日
發(fā)明者王瑩, 肖峰 申請(qǐng)人:王瑩, 肖峰