一种游梁式抽油机智能传动装置的制作方法

1.本实用新型属于石油开发采油机械技术领域，特别涉及一种游梁式抽油机智能传动装置。


背景技术：

2.目前，油田采用的抽油机大多是游梁式抽油机，在采油生产中占比90％以上。如图1所示，现有的游梁式抽油机，曲柄27的后端与电机26和减速机25连接，曲柄27的前端设有配重块，连杆9与曲柄27铰接。此设备存在的不足是：能耗大、空抽现象、自动化程度低。能耗大是当前游梁式抽油机面临的主要问题，据统计当前油田游梁式抽油机工作效率只有12％-23％，在抽油机机械运转过程中会消耗更多的电能，而其中70％的电能消耗都与抽油无直接的联系。抽油机工作效率如此之低，究其原因是游梁式抽油机平衡性差所致，平衡性差还会产生负扭矩，使抽油机的减速机齿轮经常受到反向载荷，缩短了减速机使用寿命。综上，平衡性差是抽油机电能消耗大的主要原因之一，针对能耗大的问题，近年研究有“抽油机节能控制柜”的出现，但并不能解决平衡性差的问题，节能效果有限。
3.另外，空抽现象也是当今油田游梁式抽油机所面临的问题之一，空抽主要是指抽油机的实际抽油量未能达到其设定的工作标准量，导致抽油机工作出现空闲，然而这是游梁式抽油机普遍会出现的现象。在油田生产过程中，随着时间的推移，油井产液量的增长，井下地层能量逐渐衰减，油井动液面不断下降，当动液面下降到一定程度时，必然会使抽油机陷入一定的空抽状态，然而抽油机却无法感知这种状态，进而造成电能的浪费，管杆泵磨损严重，设备工作效率低下。
4.其次，目前游梁式抽油机自动化程度偏低，还停留在粗放生产阶段。抽油机运行过程中，需要及时调整冲程和冲次参数，来保证稳定高效生产。然而，目前大部分抽油机还需要停机，人工调整参数。这样既浪费人力物力，又耽误油井正常生产，调参精准度也无法保证。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种游梁式抽油机智能传动装置，以解决现有游梁式抽油机平衡性差，耗电量大，产生负扭矩，减速机使用寿命短的问题，实现游梁式抽油机的节能、智能高效运行。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.本实用新型提供一种游梁式抽油机智能传动装置，用于游梁式抽油机的配重及驱动，包括底座及设置于底座上的电控柜、配重系统及动力系统，其中配重系统与游梁式抽油机的游梁的前端连接，配重系统用于实现游梁在平衡状态下往复抽油；电控柜通过电缆线与配重系统和动力系统连接；
8.动力系统包括电机、减速机、自动化曲柄和连杆，其中电机与减速机连接，自动化曲柄的中部与减速机的输出端连接；
9.自动化曲柄包括配重曲柄、工作曲柄、滑轨、曲柄销滑块及滑块调整机构，其中滑轨设置于工作曲柄上，曲柄销滑块与滑轨滑动配合，配重曲柄与工作曲柄连接，滑块调整机构设置于配重曲柄上，且输出端与曲柄销滑块连接；连杆的一端与曲柄销滑块铰接，连杆的另一端与所述游梁铰接。
10.所述滑块调整机构包括电动缸，其中电动缸的电动缸推杆与所述曲柄销滑块连接，电动缸与所述电控柜连接。
11.所述曲柄销滑块内设有注油腔，曲柄销滑块的底部加工有与所述滑轨滑动配合的倒梯形凹槽，并且在倒梯形凹槽内侧均匀钻有与注油腔连通的通油孔。
12.所述连杆上设有动力系统载荷传感器, 动力系统载荷传感器与所述电控柜连接。
13.所述游梁铰接在游梁支架的顶部，所述连杆的另一端与所述游梁的后端铰接。
14.所述游梁的后端铰接在游梁支架的顶部，所述游梁的前端设有驴头；所述连杆的另一端与所述游梁的铰接点位于游梁支架和驴头之间。
15.所述配重系统包括配重吊篮、定滑轮组、横梁、支架、牵引索及动滑轮，其中支架设置于所述底座上，支架的顶部设有横梁，定滑轮组设置于横梁上，动滑轮设置于所述游梁的前端，牵引索的一端与横梁固定，另一端依次经过动滑轮和定滑轮组，且末端与配重吊篮连接。
16.所述横梁上设有工业摄像头，工业摄像头与所述电控柜连接；所述横梁的上方设有防护板。
17.所述定滑轮组包括设置于所述横梁两端的定滑轮ⅰ和定滑轮ⅱ，所述牵引索依次经过定滑轮ⅰ和定滑轮ⅱ，且所述牵引索的一端通过配重载荷传感器与所述横梁连接；定滑轮ⅰ或定滑轮ⅱ上设有位移传感器，位移传感器与所述电控柜连接。
18.本实用新型的优点及有益效果为：本实用新型提供的一种游梁式抽油机智能传动装置，用于提高游梁式抽油机的机械效率，消除游梁式抽油机负扭矩情况，延长减速机使用寿命；消除空抽现象，进一步节能，加入智能芯片和关键部位传感器，可以反应井下泵效、产量、油套动液面位置，根据井下供液数据自动调节游梁式抽油机的冲程和冲次，也可间歇抽油，达到高效运行，实现节能采油、智能优化采油、智能控制、延长修井和更换管杆泵周期、远程数控管理之目的，延长游梁式抽油机使用寿命，进一步降低维护成本。
附图说明
19.图1为现有游梁式抽油机的结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例一的应用状态示意图；
21.图3为本实用新型实施例一中游梁式抽油机智能传动装置的结构示意图；
22.图4为本实用新型实施例一中自动化曲柄的结构示意图；
23.图5为图4的俯视图；
24.图6为本实用新型实施例二的应用状态示意图；
25.图中：1为电控柜，2为配重系统，3为动力系统，4为自动化曲柄，5为配重曲柄，6为工作曲柄，7为滑轨，8为曲柄销滑块，9为连杆，10为电动缸推杆，11为电动缸，12为螺栓，13为配重吊篮，14为定滑轮ⅰ，15为位移传感器，16为横梁，17为工业摄像头，18为防护板，19为牵引索，20为配重载荷传感器，21为动滑轮，22为动力系统载荷传感器，23为支架，24为底
座，25为减速机，26为电机，27为曲柄，28为游梁，29为驴头，30为游梁支架，31为抽油机底板，32为吊绳，35为定滑轮ⅱ。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
27.如图1-5所示，本实用新型实施例一提供一种游梁式抽油机智能传动装置，用于游梁式抽油机的配重及驱动，该装置包括底座24及设置于底座24上的游梁式抽油机、电控柜1、配重系统2及动力系统3，其中底座24设置于抽油机底板31上，电控柜1用于控制动力系统3；配重系统2与游梁式抽油机的游梁28的前端连接，配重系统2用于实现游梁28在平衡状态下往复抽油，电控柜1通过电缆线与配重系统2和动力系统3连接。动力系统3包括电机26、减速机25、自动化曲柄4和连杆9，其中电机26与减速机25连接，自动化曲柄4的中部与减速机25的输出端连接；电机26与电控柜1通过电缆连接；自动化曲柄4包括配重曲柄5、工作曲柄6、滑轨7、曲柄销滑块8及滑块调整机构，其中滑轨7设置于工作曲柄6上，曲柄销滑块8与滑轨7滑动配合，配重曲柄5与工作曲柄6等长，且通过螺栓12相连接，滑块调整机构设置于配重曲柄5上，且输出端与曲柄销滑块8连接；连杆9的一端与曲柄销滑块8铰接，连杆9的另一端与游梁28铰接。
28.如图4-5所示，本实用新型的实施例中，滑块调整机构为电动缸11，电动缸11的电动缸推杆10与曲柄销滑块8连接，电动缸11与电控柜1连接。进一步地，连杆9上设有动力系统载荷传感器22。动力系统载荷传感器22与电控柜1连接，动力系统载荷传感器22用来测量显示抽油机运行时最大最小及其变化载荷数值，同时计算出产量、泵效、示功图、井下动液面位置等参数，为设备运行状态提供数据支撑。
29.具体地，滑轨7为倒梯形凸楞，曲柄销滑块8内设有注油腔，曲柄销滑块8的底部加工有倒梯形凹槽，并且在梯形凹槽内侧均匀钻有与注油腔连通的通油孔，滑轨7与曲柄销滑块8之间形成可随曲柄销滑块8沿滑轨7来回移动的油润滑膜。配重曲柄5与工作曲柄6尺寸一致，使自动化曲柄4转动时，保持平衡状态。
30.如图1-2所示，本实用新型的实施例中，配重系统2包括配重吊篮13、定滑轮组、横梁16、支架23、牵引索19及动滑轮21，其中支架23设置于底座24上，横梁16设置于支架23的顶部，定滑轮组设置于横梁16上，动滑轮21设置于游梁28的前端，牵引索19的一端与横梁16连接，另一端依次经过动滑轮21和定滑轮组，且末端与配重吊篮13连接。
31.具体地，横梁16上设有工业摄像头17，横梁16的上方设有防护板18。定滑轮组包括设置于横梁16两端的定滑轮ⅰ14和定滑轮ⅱ35，牵引索19依次经过定滑轮ⅰ14和定滑轮ⅱ35，且牵引索19的一端通过配重载荷传感器20与横梁16连接，配重载荷传感器20与电控柜1连接，配重载荷传感器20用来测量、显示及调节配重载荷。优选地，牵引索19采用钢丝重型皮带，钢丝重型皮带由钢丝绳及耐磨耐酸碱、耐高低温、有韧性的非金属材料构成。定滑轮ⅰ14或定滑轮ⅱ35的尾部轴通过键与位移传感器15连接，位移传感器15与电控柜1连接，位移传感器15用来精确测量驴头运行位置、冲程幅度大小及冲次速度，可以选用角位移传感器或编码器。配重系统2实现游梁28达到平衡状态往复抽油，减小系统惯性，减轻牵引索19的拉力，延长使用寿命。防护板18安装在横梁16上侧，保护设备免受风雨侵蚀，延长各部件使
用寿命和保养周期。电机26优选为永磁电机、异步电机、燃油发动机或燃气发动机。
32.本实施例中，游梁28铰接在游梁支架30的顶部，游梁支架30固定在抽油机底板31上，游梁28的前端设有驴头29；游梁28的后端与连杆9的另一端铰接。驴头29与吊绳32连接，吊绳32连接井下抽油泵。驴头29随着连杆9的推拉做上下往复运动，与驴头29连接的吊绳32带动井下抽油泵抽吸油液。
33.如图6所示，本实用新型的实施例二中，游梁28的后端铰接在游梁支架30的顶部，游梁28的前端设有驴头29；连杆9的另一端与游梁28的铰接点位于游梁支架30的前侧，即连杆9与游梁28连接点位置与驴头29在游梁支架30的同侧。
34.本实用新型的实施例中，电控柜1内部安装有智能化控制器、变频器，能显示产量、泵效、示功图、载荷、用电量、泵挂深度、动液面位置等各项参数，随时调整抽油机运行参数，实现自动化控制管理目标。外部安装有工业摄像头17，工业摄像头17会把设备运行状况的实时画面反馈给智能控制系统，系统会用抽油机正常工作画面与回传画面比对，发现问题及时预警。工作人员也可通过系统远程巡井，检查抽油机运行状况。
35.具体地，智能控制主要体现在软件编制功能智能化，本实用新型安装完，已知数据有抽油杆、泵挂深度、静液面深度、油液含水量、初次配重量、冲程、冲次等参数，从而计算出管杆环空单位深度体积、抽油泵没入静液面深度、杆泵载荷等参数。调试时，油泵活塞向上提升油液时，油套环空静液面下降，当油管内静液面超过油套环空液面的位置是，向上提升载荷逐渐加大，变化数据均被控制系统记录，根据程序算法计算出相应的液面深度，通过驴头上升载荷和下降载荷及相应驴头位置变化可自动显示出示功图，从示功图形可以判断抽油泵运行状况及抽油机平衡状态，进而自动计算出相应的产量、泵效、配重、用电量等数据。配重通过调试做到最佳配置，调试完成抽油机开始运行。当出现动液面下降或示功图显示井下供液不足时，设备自动调整抽油参数，减低冲次、缩短冲程或间歇抽油，当动液面远高于设定的深度时，自动提高冲次、增长冲程，提高产液量。相应参数均显示在触摸操作屏上，可使用移动通信卡或wifi等，无线远程控制管理。
36.本实用新型的工作原理是;
37.电机26的动力经过皮带传递到减速机25上，减速机25带动自动化曲柄4转动，自动化曲柄4带动连杆9做上下往复运动，连杆9通过游梁28带动驴头29同步做上下往复运动，从而驴头29通过吊绳32带动井下抽油泵抽取油液。调整冲程时，自动化曲柄4上的电动缸11的动力经过电动缸推杆10带动曲柄销滑块8，在滑轨7上沿轨道滑动，从而调整曲柄销滑块8在工作曲柄6上的位置，进而改变连杆9上下往复运动的幅度，完成冲程长短的调节。配重吊篮13的拉力经过钢丝重型皮带传递作用在动滑轮21上，动滑轮21连接在游梁28上，与吊绳32作用在驴头29上的拉力相反。当驴头29上行时，钢丝重型皮带逐步释放，配重吊篮13下行，配重吊篮13及配重块的重力转化驴头上行的动能。驴头29下行时，配重吊篮13上行，油杆和井筒内油水液体的重力转化成配重吊篮13及配重块的势能。如此，使得驴头29端载荷和配重吊篮13端载荷始终保持动态平衡。如此，配重系统负责井下杆泵的配重，动力系统负责提供驱动力带动设备运转，进一步，配备电机26功率和减速机25扭矩都较小，避免游梁式抽油机平衡性差、能耗高、减速机等部件使用寿命短的问题。
38.本实用新型可普遍用于油田游梁式抽油机节能改造和闲置游梁式抽油机再制造，有利于低碳生产、节能采油、消除空抽现象、降低维保成本、提高工作效率、增加油井产量。
另外，位移传感器15随时向电控柜智能控制器发送位移数据和速度数据，配重载荷传感器20、动力系统载荷传感器22也随时向电控柜智能控制器发送载荷数据，工业摄像头17亦随时向电控柜智能控制器发送设备实时工作状态画面，根据这些数据及用电数据，智能控制器计算出各项参数、示功图，随时无线远程传输，也可远程操控，检查设备运行状态。
39.综上，该设备用于提高游梁式抽油机的机械效率、消除空抽现象、延长减速机等部件使用寿命、提高自动化运行程度，实现抽油机配重动态平衡，进一步节能。加入智能芯片和传感器，能及时反应泵效、产量、动液面位置，根据井下供液数据情况自动调节抽油机的抽油幅度、抽油速度或间歇抽油，达到高效运行，实现智能控制、自动优化采油、提高产液量、延长更换管杆和检泵周期。加入工业摄像头，更方便远程数控管理之目的，进一步降低运行维护成本。
40.以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。