井场自动注药装置的制作方法

本发明涉及油田井场维护设施领域，具体涉及一种井场自动注药装置。

背景技术：

随着油田井场的生产时间延长，井筒内壁的结蜡结垢问题以及井场至站点集油管线的腐蚀和结蜡结垢问题会越来越严重，为此，需要向相应的部位实施注药作业。现有技术中，井场注药主要采用人工注药法、专用车注药法等粗放方式实现，难以实现自动、定量注药的目的，药品的药效难以得到充分发挥。另外，上述方法主要适用于向井筒中实施注药，而对于油田井场到站点集油管线的防护需求，现有技术中并没有适用的注药装置，导致集油管线的腐蚀和结蜡结垢问题得不到很好的解决。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述现状，本发明的主要目的是提供一种井场自动注药装置，其能够自动地完成注药过程，并且容易实现定量注药。

为实现上述目的，采用的技术方案如下：

一种井场自动注药装置，其包括注药单元、动力转换单元和动力源，其中，所述动力源用于提供旋转运动，所述动力转换单元的输入端用于接收所述动力源提供的旋转运动，并将所述旋转运动转换成直线运动，以推动所述注药单元，其中，所述动力源为液压马达；优选地，所述井场自动注药装置用于向集油管线中注药，并且所述液压马达连接于所述集油管线中。

优选地，所述注药单元包括液缸和活塞，所述活塞在所述液缸内滑动，所述动力转换单元的输出端与所述活塞连接。

优选地，所述液缸设置有注药口，优选还设置有放空口和/或投药口。

优选地，所述动力转换单元的输出端运动副包括丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构配置成螺母旋转、丝杠移动；或者，所述动力转换机构的输出端运动副包括齿轮齿条机构。

优选地，所述动力转换单元包括动力离合机构，所述动力离合机构包括可沿轴向往复滑动的第一轴、和随着所述第一轴的滑动实现离合的离合器；所述离合器优选为端齿离合器。

优选地，所述动力转换单元还包括与所述第一轴同步旋转的第一齿轮、以及空套在所述第一轴上的第二齿轮，所述离合器的两个半离合器部分分别相对于所述第一齿轮和所述第二齿轮固定。

优选地，所述动力转换单元还包括离合切换机构，所述离合切换机构包括第一连杆、第二连杆、以及第三连杆，其中，所述第二连杆的两端分别与所述第一连杆的第一端、所述第三连杆的第一端铰接，所述第一连杆的第二端用于抵接所述第一轴的轴端，所述第三连杆的第二端为自由端，所述第一连杆和所述第三连杆均凭借各自两端之间的支点铰接至所述井场自动注药装置的固定部分上；优选地，所述第一连杆的第二端设置有滚轮。

优选地，所述第三连杆的第二端设置有手柄；

和/或，所述井场自动注药装置还包括止挡件，所述止挡件设置成与所述动力转换单元的输出端运动副的直线运动部分同步运动。

优选地，所述离合切换机构还包括辅助限位机构，所述辅助限位机构包括支座、压缩弹簧和球体，所述压缩弹簧设置在所述支座上的孔内，所述球体设置在所述孔的孔口处，并与所述第一连杆的第二端接触。

优选地，还包括手动复位机构，所述手动复位机构包括复位摇柄、第二轴、和第三齿轮，其中，所述复位摇柄用于驱动所述第二轴旋转，所述第三齿轮相对于所述第二轴固定，并且所述第三齿轮与所述动力转换机构中的一个齿轮啮合。

本发明的井场自动注药装置能够自动完成注药过程，既适用于向井筒中实施注药，又适用于向井场至站点的集油管线实施注药，从而实现对井筒和/或集油管线的保护。此外，本发明的井场自动注药装置还容易实现定量注药。

本发明的井场自动注药装置的优选实施方式采用全机械结构，不使用电机、电开关和电气切换元件，所有动作均由机械结构实现，注药过程无任何电能消耗，结构简单，安全性高，稳定性强，使用寿命长。

特别地，本发明的井场自动注药装置采用液压马达作为动力源，并且将液压马达连接于集油管线中，从而在集油管线中输送的油液的驱动下提供旋转运动，使得注药量能够与油液量相匹配，实现恒浓度注药，同时还实现全场无电力的作业模式。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的井场自动注药装置的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的井场自动注药装置的原理性示意图；

图2为图1中虚线框中内容的局部放大视图，示出了离合切换机构的辅助限位机构。

具体实施方式

参见图1，本发明的井场自动注药装置总体上包括注药单元4、动力转换单元3和动力源1。其中，所述动力转换单元3的输入端用于接收动力源1提供的旋转运动，并将所述旋转运动转换成直线运动，以推动所述注药单元4。

在具体实施时，动力源1和动力转换单元3之间还可以设置减速单元2，以根据实际需要提供合适的转速和扭矩。无论如何，动力转换单元3的输入端所接收的旋转运动，都应视作动力源1所提供的旋转运动。其中，动力源1可以采用任何合适的动力机构，包括但不限于电动机、液压马达、气动马达等等。

本发明的井场自动注药装置能够自动完成注药过程，既适用于向井筒中实施注药，又适用于向井场至站点的集油管线实施注药，从而实现对井筒和集油管线的保护。通过设置容量合适的注药单元，还容易实现定量注药。

优选地，本发明的井场自动注药装置用于向集油管线中注药，即，所述注药单元的出口端连接至所述集油管线；并且优选地，所述动力源为液压马达，所述液压马达连接于所述集油管线中。

也就是说，在向集油管线中注药的同时，本发明优选利用同一集油管线中流动的油液向所述液压马达提供驱动力，从而：一方面，可免除注药作业现场对电力或其它能源的依赖，以消除现有技术中采用电机驱动时因电气设备或线路等的故障而造成耽误注药作业的情况，且注药过程无任何电能消耗；另一方面，也是更为重要的方面，可以克服现有技术中采用电机驱动时无法根据输油流量动态调节注药量的缺陷。

由于本发明采用同一集油管线中流动的油液来驱动液压马达，当油液流量变化时，其自然地反应在液压马达的转速上，从而使得注药速度也发生变化。例如，油液流量大时，液压马达转速快，注药速度也快，反之亦然。因此，本发明的井场自动注药装置能够实现恒浓度注药，即，注入到集油管线中的药量始终与集油管线中的油液流量相匹配，从而能够达到对集油管线的最佳防护效果。

优选地，在集油管线的油液流动方向上，液压马达设置在注药单元的下游侧，从而，注入集油管线中的药液会流经液压马达，对液压马达同样起防护作用。

本发明的井场自动注药装置用于向井场至站点的集油管线中注药，把注药点提前到源头，从而填补了现有技术中井场至站点集油管线无注药系统的盲点。

如果各个井场均采用本发明的井场自动注药装置向集油管线中实施注药，则可以免除紧邻的下一级站点的注药作业。

优选地，如图1所示，所述注药单元4包括液缸41和活塞42，所述活塞42在所述液缸41内滑动，所述动力转换单元3的输出端与所述活塞42连接。为便于组装，活塞42与活塞杆43固定连接，活塞杆43穿过液缸41的一个端壁而凸伸到液缸41的外侧。

优选地，所述液缸41设置有注药口44，以完成注药作业，注药口44的外侧优选还设置有注药阀门(未示出)，以开关注药口44。例如，注药口44可以设置在液缸41的另一个端壁上，也可以设置在液缸41的侧壁上靠近该端壁的位置处。当活塞42朝向另一个端壁的方向移动时，液缸41内的药液将通过注药口44排出，并注入相应地井场设施中，例如井筒内或集油管线内。

优选地，液缸41上还设置有放空口46和/或投药口45，相应地，放空口46的外侧可以设置放空阀门(未示出)，以开关放空口46，投药口45的外侧可以设置投药阀门(未示出)，以开关投药口45。其中，投药口45用于向液缸41内投放药品，而放空口46则用于将液缸41内的液体(如油液等)排空。替代地，在没有放空口和投药口的情况下，投放药品和放空液体的任务也可以通过仅有的注药口完成。另外，容易想到的是，在实施注药作业的过程中，投药口和放空口都应当关闭。

通过设置液缸41的容量及活塞42的面积，便容易控制注药的速度，实现定量注药。

为了提供直线运动来推动注药单元4，优选地，如图1所示，所述动力转换单元3的输出端运动副包括丝杠螺母机构，即，其包括螺旋配合的丝杠31和螺母32，并且，所述丝杠螺母机构配置成螺母32旋转、丝杠31移动，从而实现对注药单元4(具体是对活塞42)的推动，例如，丝杠31的第一端与活塞杆43的外伸端固连。为防止丝杠31转动，优选地，如图1所示，注药单元4和动力转换单元3之间设置有固定滑套51，所述固定滑套51的一端与液缸41的端壁固连，另一端与动力转换单元3的外侧壁固连，丝杠31和活塞杆43在所述固定滑套51内借助于滑动导向件52实现互连。例如，滑动导向件52与固定滑套51之间以形状配合的方式实现仅滑动不转动，从而可有效防止丝杠的转动。

作为一种替代方案，所述动力转换机构3的输出端运动副也可以包括齿轮齿条机构(未示出)。其中，齿轮的转动驱动齿条做直线运动，齿条与活塞杆43直接固连，即可实现对活塞42的推动，从而方便地完成注药过程。

由于活塞42在液缸41内的行程是确定的，当其推进到行程终点时，应自动停止推进。为此，可以采用行程开关和撞块的方式来停止动力源1的运动。

考虑到行程开关等电气元件在井场中的耐用性问题，本发明考虑采用全机械结构实现自动停止推进的操作。此时，可以在不停止动力源1的运动的情况下，停止活塞42的推进。

优选地，如图1所示，所述动力转换单元3还包括动力离合机构，所述动力离合机构包括可沿轴向往复滑动的第一轴35、和随着所述第一轴35的滑动实现离合的离合器37(具体可参见图2的局部放大视图)。以图示的方式为例，当第一轴35向左滑动时，离合器37接合，第一轴35的旋转运动便传递到动力转换单元3中，进而传递至其输出端运动副(例如丝杠螺母机构或齿轮齿条机构)。当第一轴35向右滑动时，离合器37分离，第一轴35的旋转运动不再能够传递到动力转换单元3中。这种情况下，当动力源1的运动传递至第一轴35时，通过驱动第一轴35的左右滑动，即可保证在动力源1持续运动的情况下停止动力转换单元3对注药单元4的推进。

为了保证离合器接合、分离过程的平稳性，以及从动力源1到动力转换单元3的运动传递的精确性，所述离合器37优选为端齿离合器。例如，离合器37包括面对面设置的两个端齿盘，这两个端齿盘构成两个半离合器部分。

优选地，所述动力转换单元3还包括与所述第一轴35同步旋转的第一齿轮36、以及空套在所述第一轴35上的第二齿轮34，所述离合器37的两个半离合器部分分别相对于所述第一齿轮36和所述第二齿轮34固定。例如，第一齿轮36可以与第一轴35一体构成，即，二者构成第一齿轮轴；第一齿轮36也可以通过键或花键连接至第一轴35。离合器37的两个半离合器部分(端齿盘)可以通过连接件分别连接至第一齿轮36的端面和第二齿轮34的端面，也可以分别与第一齿轮36和第二齿轮34一体形成。

动力源1的输出轴或者减速单元2的输出轴上可以设置主动齿轮(未示出)，该主动齿轮与第一齿轮36之间保持啮合，即可将动力源1的旋转运动传递至第一轴35。容易想到的是，在第一轴35的左右滑动过程中，为确保主动齿轮与第一齿轮36之间始终保持啮合，该主动齿轮和第一齿轮36中的一个可以具有较大的齿宽，使得第一轴35滑动到哪一位置，主动齿轮与第一齿轮36之间均不脱开啮合。

进一步地，为将第二齿轮34的旋转运动传递到动力转换单元3的输出端运动副(这里以丝杠螺母机构为例进行说明)，动力转换单元3的传动链中还设置有第四齿轮33，所述第四齿轮33与螺母32保持同步旋转，并使所述第二齿轮34直接与第四齿轮33啮合，或者使所述第二齿轮34经过其它的齿轮间接与第四齿轮33啮合。这样，第一轴35的旋转运动传递至第二齿轮34后，再经至少一级齿轮传动后即可传递到螺母32，从而驱动螺母32旋转并形成丝杠31的直线运动。

如果动力转换单元3的输出端运动副为齿轮齿条机构，从第二齿轮34到齿轮齿条机构的传动方式与上述类似。

优选地，所述动力转换单元3还包括离合切换机构，所述离合切换机构包括第一连杆61、第二连杆62、以及第三连杆63，其中，所述第二连杆62的两端分别与所述第一连杆61的第一端(图中为上端)、所述第三连杆63的第一端(图中为下端)铰接，所述第一连杆61的第二端(图中为下端)用于抵接所述第一轴35的轴端，所述第三连杆63的第二端(图中为上端)为自由端，所述第一连杆61和所述第三连杆63均凭借各自两端之间(例如设置在中部)的支点铰接至所述井场自动注药装置的固定部分(如机架或壳体)上。

这样，如图1所述，当向左移动第三连杆63的第二端(上端)时，其第一端(下端)向右摆动，带动第二连杆62向右运动，继而带动第一连杆61的第一端(上端)向右摆动，第一连杆62的第二端(下端)因此向左摆动，不再抵靠第一轴35的轴端，于是，第一轴35便可以向左滑动以完成离合器37的接合。优选地，为保持第一轴35始终具有朝向左侧的运动趋势，可以在第一轴35的右端设置例如压缩弹簧或其它施力装置。

优选地，为增强离合切换机构的运动平稳性，所述第一连杆61的第二端(下端)设置有滚轮611，从而在相对于第一轴35的轴端发生相对运动时，可以以滚动的方式进行，以减小摩擦。

优选地，为了方便操纵离合切换机构，例如为了能够手动地操纵该离合切换机构，在所述第三连杆63的第二端(上端)设置有手柄64。手柄64的设置，一方面可以提供便于抓握以及舒适操纵的抓握部，另一方面还可以增大力臂以便操作时更省力。

当需要接合离合器37的时候，只需要向左拉动手柄64，即可通过第三连杆63、第二连杆62而使第一连杆61的第二端(下端)向左移动，不再对第一轴35施加向右的力，第一轴35便可以向左滑动，从而使离合器37完成接合。

当需要分开离合器37的时候，只需要反向(向右)推动手柄64即可。

优选地，为了在注药行程结束时自动实现离合器37的分开，所述井场自动注药装置还包括止挡件38，所述止挡件38设置成与所述动力转换单元3的输出端运动副的直线运动部分同步运动。如图1所示，止挡件38优选设置在丝杠31的端部(例如，图中的左端)，从而当丝杠38推动活塞42向右移动到行程终点时，该止挡件38恰好可以碰撞到第三连杆63的上部或者手柄64，从而可通过第二连杆62使得第一连杆61的第二端(下端)向右运动，于是便可推动第一轴35向右滑动，离合器37便会分开。

优选地，所述离合切换机构还包括辅助限位机构，如图2所示，所述辅助限位机构包括支座65、压缩弹簧66和球体67，所述压缩弹簧66设置在所述支座65上的孔内，所述球体67设置在所述孔的孔口处，并与所述第一连杆61的第二端(如滚轮611)接触。辅助限位机构的主要作用在于，将第一连杆61的第二端限制在当前位置，并阻止其发生移动。因为球体67在压缩弹簧66的作用下始终保持与第一连杆61的第二端(滚轮611)接触，当第一连杆61的第二端在球体67的一侧运动到另一侧时，势必要克服压缩弹簧66的弹力而向下压动球体67，因此必须要有足够的力方可完成这种运动。一旦第一连杆61的第二端(滚轮611)的中线越过球体67的中线，则压缩弹簧66的弹力将会推动球体67向上移动，并快速推动第一连杆61的第二端运动到另一侧，同时通过球体67的抵靠而将第一连杆61的第二端限制在当前的位置。

优选地，本发明的井场自动注药装置还包括手动复位机构，所述手动复位机构包括复位摇柄68、第二轴69、和第三齿轮70，其中，所述复位摇柄68用于驱动所述第二轴69旋转，所述第三齿轮70相对于所述第二轴69固定(二者优选为一体结构，即，构成第二齿轮轴)，并且所述第三齿轮70与所述动力转换机构3中的一个齿轮(例如第二齿轮34或者传动链中的其他齿轮)啮合。例如，复位摇柄68的前端设置有四方头或六角头，第二轴69的端部设置有对应的四方孔或内六角孔，从而可借助于复位摇柄68转动第二轴69。当离合器37分开时，通过手动复位机构可以驱动动力转换机构3中的丝杠螺母机构或齿轮齿条机构反向运动，从而将丝杠或齿条(连同活塞42)复位到初始位置，以便开始下一次自动注药过程。

本发明的井场自动注药装置在初次使用时需要人工启动，启动后便可以开始对注药单元4进行投药，例如，投药时，关闭注药口44和放空口46，打开投药口45进行投药。投药完毕后，关闭投药口45，打开注药口46，向左拉动手柄64，开始自动注药。当一次注药行程完毕时，止挡件38作用于离合切换机构而使离合器37分开，随后可使用复位摇柄68将活塞42手动退回至初始位置。此后，关闭注药口44，先后打开投药口45和放空口46，把液缸41中液体(例如原油)放出，然后关闭放空口46，开始投药，准备开始下一次注药行程。

本发明的井场自动注药装置能够自动完成注药过程，且能够实现定量注药，可以用于油田井场至站点集油管线的注药，从而可延长集油管线的使用寿命，使集油管线得到有效防护。

本发明的井场自动注药装置的优选实施方式采用全机械结构，不使用电开关和电气切换元件，所有切换动作均由机械结构实现，结构简单，安全性高，稳定性强，使用寿命长。

本发明的井场自动注药装置的优选实施方式不需要采用电机，从而彻底摆脱了对电力设备的依赖。特别地，通过创造性地采用集油管线中的油液来驱动液压马达，同时还轻而易举地实现了注药量与油液流量相匹配的问题，达到了现有技术中一直未能达到的恒浓度注药的目标。

本发明的井场自动注药装置可根据现场需要投加各类药品。

特别地，本发明的井场自动注药装置可以从源头开始保护所有集油管线，其填补了现有技术中井场至站点集油管线无加药系统的空白。

需要说明的是，本发明的上下文中使用了“上”、“下”、“左”、“右”等方位术语，但这只是为了结合附图描述方便，并不用于限制本发明。也就是说，在附图中绘制成上下方向的特征在实际使用时可以是水平方向，在附图中绘制成位于左侧或右侧的特征在实际使用时可以位于右侧或左侧，也可是位于前侧或者后侧，后者其他方位。因此，本发明不局限于附图中所示出的方位特性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。