卷扬抽油机的制作方法

本发明实施例涉及一种油田石油开采设备，特别涉及一种卷扬抽油机。

背景技术：

当前石油开采设备多种多样，主要分为传统的游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机结构简单，冲程短冲次高，在一定排量下会故造成抽油杆、柱塞、井口等部件磨损加剧，但因自身机械结构造成能耗高效率低，且悬点负荷不能太大，无法适应稠油、大排量井工况。

无游梁式抽油机，根据平衡方式、动力类型、传动介质等不同分为多种不同类型的抽油机，克服了游梁抽油机的部分弊端，减少了油井杆、管、泵的磨损。但是，由于其驱动绳同时承担载荷重量，所以当遇到载荷较大的工况时，其生产成本急速上升，售价将达到市场无法接受的高度，因此这种结构抽油机仅在中小载荷机型有一定市场，有其局限性。

以机械链条结构进行换向的鞍山抽油机、高原抽油机都使用减速机实现提升扭矩，其优点是解决了抽油机的大载荷问题，但其共同的缺点是结构复杂，效率低、噪音大、传动部件多，故障点多，维修时间长，影响油井产量，而且需要定期更换大量润滑油，容易泄漏造成环境污染。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种卷扬抽油机，以解决上述技术问题。

根据本发明的至少一个实施例，提供了一种卷扬抽油机，所述抽油机包括：支架，大天轮，牵引机构，配重箱以及抽油杆，在所述支架顶部安装所述大天轮，所述牵引机构绕过所述大天轮分别与所述抽油杆以及所述配重连接，所述抽油杆连接抽油井口负荷；所述配重箱的重量为所述抽油杆上行时最大负荷值与所述抽油杆下行时最大负荷值之和的平均值或接近所述平均值。

例如，所述抽油机还包括：上动力部件、下动力部件、上动滑轮以及下动滑轮，所述上动滑轮安装在所述配重箱的上方，所述下动滑轮安装在所述配重箱的下方，所述上动力部件绕过所述上动滑轮后固定在所述支架上；所述下动力部件绕过所述下动滑轮后固定在所述支架上。

例如，所述抽油机还包括：上定滑轮，下定滑轮，所述上定滑轮固定安装在所述支架顶部，所述下定滑轮固定安装在所述支架底部；所述上动力部件的一端绕过所述上定滑轮后，再以相反绕向绕过所述上动滑轮后固定在支架上；所述下动力部件的一端绕过所述下定滑轮后，再以相反绕向绕过所述下动滑轮后固定在所述支架上。

例如，所述支架包括顶梁和底梁，所述上动力部件的一端固定在所述支架顶梁下方；所述下动力部件的一端固定在所述支架的底梁上方。

例如，所述抽油机还包括卷筒，所述卷筒上缠绕所述上动力部件和/或所述下动力部件，所述卷筒通过旋转来驱动所述上动力部件以及所述下动力部件的收放，以驱动所述配重箱的上下运动。

例如，所述上动力部件以及下动力部件中的一端固定在所述卷筒上。

例如，所述卷筒能够做顺时针或逆时针旋转，当所述卷筒顺时针旋转时，收短所述上动力部件，并放长所述下动力部件，以驱动所述配重箱向上运动；当所述卷筒逆时针旋转时，收短所述下动力部件，并放长所述上动力部件，以驱动所述配重箱的向下运动。

例如，所述卷筒上设置有多个用于缠绕所述动力绳的凹槽，所述凹槽包括沿与卷筒轴向方向垂直的方向在所述卷筒外表面延伸的环形凹槽或螺旋形凹槽。

例如，所述凹槽包括沿第一方向设置的第一凹槽以及沿第二方向设置的第二凹槽。

例如，所述第一方向沿卷筒表面延伸并相对于垂直于卷筒轴的方向向左偏向第一角度，所述第二方向沿卷筒表面延伸并相对于垂直于卷筒轴的方向向右偏向第二角度。

例如，所述第一角度以及所述第二角度在0-10度范围内。

例如，所述第一角度以及所述第二角度相等。

例如，所述第一方向的凹槽为多组，所述第二方向的凹槽为多组，每组凹槽中包括多个相邻凹槽。

例如，所述多组第一方向的凹槽与所述多组第二方向的凹槽间隔设置。

例如，所述第一方向的凹槽上缠绕所述上动力部件，所述第二方向的凹槽上缠绕所述下动力部件。

例如，所述抽油机还包括：电机，所述电机控制所述卷筒做所述顺时针或逆时针旋转。

例如，所述电机能够正传和反转，所述电机正传时，控制所述卷筒做顺时针旋转；所述电机反转时，控制所述卷筒做逆时针旋转。

例如，所述抽油机还包括：控制装置，所述控制装置被配置为控制所述电机的转动。

例如，所述抽油机还包括：制动装置，所述制动装置控制所述卷筒减速或停止。

例如，所述抽油机还包括：控制开关，所述控制开关设置在所述支架的侧柱上，当所述配重箱上升或下降到特定位置时，触发所述控制开关并产生触发信号，所述控制开关基于所述触发信号向所述控制装置反馈所述配重箱的位置信息。

例如，所述抽油机还包括：减振装置，用于减小所述抽油机工作时的振动。

例如，所述减震装置设置在所述动力绳与所述支架连接位置处。

例如，所述减震装置包括：弹簧、碟簧或橡胶垫中的至少一种。

例如，所述抽油机还包括：悬绳器，所述悬绳器上下两端分别连接所述牵引机构以及所述抽油杆。

例如，所述支架顶部设置有轨道，所述大天轮能够在所述支架顶部的轨道上滑动，以露出或缩回到所述支架本体内。

例如，所述大天轮的轴以卡压方式连接在所述支架的梁上。

本发明实施例的卷扬抽油机，配置了滑轮组以及卷筒等部件，解决了大部分抽油机不能适用于稠油、大负载、大泵深抽等使用工况。具有结构简单、效率高、长冲程、低冲次、超静音、零污染等技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明实施例的卷扬抽油机结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的卷筒结构示意图。

图3示出了根据本发明实施例的大天轮的与支架的连接结构示意图。

附图标记

100卷扬抽油机

101支架

1011顶梁

1012底梁

1013侧柱

1014轨道

102大天轮

1021轴

103牵引机构

104配重箱

105抽油杆

106上动力部件

107下动力部件

108上动滑轮

109下动滑轮

110上定滑轮

111下定滑轮

112卷筒

1121凹槽

113电机

114控制装置

115控制开关

116悬绳器

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具有基本上相同步骤和元素用相同的附图标记来表示，且对这些步骤和元素的重复解释将被省略。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

图1示出了根据本发明实施例的卷扬抽油机100的结构示意图。参见图1，卷扬抽油机100包括：支架101，大天轮102，牵引机构103，配重箱104以及抽油杆105。

支架101用于安装和支撑抽油机100的所有零部件。例如，支架可以具有桁架结构，可通过铆接或螺接制作桁架本体，桁架本体包括多个梁和支柱。例如，参见图1，桁架包括顶梁1011和底梁1012，还包括起支撑作用的多个侧柱1013。

大天轮102安装在支架101的顶部，例如安装在顶梁上。牵引机构103用于提拉配重箱104，牵引机构103绕过大天轮102分别与抽油杆105以及配重箱104连接。此外，抽油杆105的一端连接抽油井口负荷，例如装油容器、采油工具等等，另一端连接牵引机构103。牵引机构103例如可以是负荷绳，皮带等部件。

配重箱104的重量可以根据需要而增加或降低。例如，配重箱104可以为抽油杆105上行时最大负荷值与抽油杆105下行时最大负荷值之和的平均值，也可以接近平均值。当抽油杆105上行和下行时，上行负荷是抽油杆105重量减去配重箱104重量，下行负荷是配重箱104重量减去抽油杆105重量，上行和下行的重量差基本相等。

根据本发明的一个示例，抽油机100还包括：上动力部件106、下动力部件107、上动滑轮108以及下动滑轮109。

上动力部件106和下动力部件107分别用于向上或向下拉拽配重箱104。因此上动力部件106的一端连接配重箱104上方，下动力部件107的一端连接在配重箱104下方。上动力部件106的另一端可以固定在支架101上，例如固定在支架101的顶梁1011下方。下动力部件107的另一端可以固定在支架101的底梁1012的上方。这样，上下动力部件可以在拉拽配重箱104的过程中保持平稳。根据本发明的一个示例，上下动力部件例如可以是通过上动力绳和下动力绳来实现，也可以通过使用皮带来实现。

由于通过滑动或滑轮组可以省力，因此，根据本发明的一个示例，可以设置一个上动滑轮108安装在配重箱104的上方，设置一个下动滑轮109安装在配重箱104的下方，此时，上动力部件106可以绕过上动滑轮108后固定在支架101上。下动力部件107也可以绕过下动滑轮109后固定在支架101上。通过提拉动力绳106,107使配重箱104上下运动，根据动滑轮组省力原理，抽油机所需提升力仅为负荷差值的一半。抽油机中的驱动电机的负荷大大减少，实现了使用较小功率电机驱动较大负荷工况的技术难题，节约了电能，提高了电机的使用寿命。

根据本发明的一个示例，参见图1，抽油机100还包括：上定滑轮110，下定滑轮111。上定滑轮110固定安装在支架101顶部，下定滑轮111固定安装在支架101底部。例如，上定滑轮110固定安装在支架101顶部的顶梁1011上，下定滑轮111固定安装在支架101底部的底梁1012上。此时，上动力部件106的一端可以绕过上定滑轮110后，再以相反绕向绕过上动滑轮108后固定在支架101上。下动力部件107的一端可以绕过下定滑轮111后，再以相反绕向绕过下动滑轮109后固定在支架101上。

根据本发明的一个示例，抽油机还包括卷筒112，用于缠绕钢丝绳。例如，上动力部件106以及下动力部件107中的一端可以固定在卷筒112上，从而上动力部件106和下动力部件107可以稳固缠绕在卷筒112上。卷筒112可以设置一个或多个。当卷筒112有多个时，多个卷筒112可以分别缠绕上动力部件106和下动力部件107。当卷筒为一个时，一个卷筒112上可以既缠绕上动力部件106又缠绕下动力部件107。

卷筒112可以向两个相反方向旋转，例如顺时针旋转和逆时针旋转。卷筒112通过旋转来驱动上动力部件106以及下动力部件107的收放，从而驱动配重箱104的上下运动。例如，当卷筒112上分别缠绕上动力部件106和下动力部件107时，当卷筒顺时针旋转时，可以收短上动力部件106，并放长下动力部件107，以驱动配重箱104向上运动。当卷筒112逆时针旋转时，可以收短下动力部件107，并放长上动力部件106，以驱动配重箱104的向下运动。

图2示出了根据本发明实施例的卷筒结构示意图。参见图2，卷筒112上可以设置有多个用于缠绕动力绳的凹槽1121。凹槽1121可以是沿与卷筒112的轴向方向垂直的方向在卷筒外表面延伸的环形凹槽。参见图2，卷筒轴向方向为左右方向，与轴向方向垂直的方向则为竖直方向。凹槽的方向则是沿竖直方向在卷筒外表面延伸的环形凹槽。当然，凹槽也可以不是闭合的环形，而是螺旋形，以更加稳固地嵌入钢丝绳，增加与动力绳之间的摩擦力。

此外，根据本发明的一个示例，凹槽1121还可以包括多种形式，凹槽的延伸方向可以是多个方向。例如在一个卷筒中，凹槽包括沿第一方向设置的第一凹槽以及沿第二方向设置的第二凹槽。第一方向与第二方向可以是不同方向。例如，第一方向是沿卷筒表面垂直于卷筒轴向的方向，第二方向是沿卷筒表面相对于垂直于卷筒轴向的方向向左或向右偏离一定角度的方向。还例如，第一方向以及第二方向均不沿与卷筒112的轴向方向垂直的方向在卷筒外表面向延伸，而是都与该方向成一定角度。例如，第一方向沿卷筒表面相对于垂直于卷筒112轴的方向向左偏向第一角度，第二方向沿卷筒表面相对于垂直于卷筒112轴的方向向右偏向第二角度。可选地，第一角度以及第二角度可以在0-10度范围内。一般可以选择偏离2-5度。根据本发明的一个示例，第一角度和第二角度可以不同。可选的，第一角度以及第二角度也可以相等。可以根据钢丝绳的重量，数量，尺寸等参数来制作不同偏离角度的凹槽。

此外，根据本发明的一个示例，在一个卷筒112上设置有多组凹槽，每组凹槽中包括多个相邻凹槽。每组凹槽例如可以嵌入一根钢丝绳。例如，第一方向的凹槽上缠绕上动力部件106，第二方向的凹槽上缠绕下动力部件107。这样，多组凹槽组可以缠绕多条上动力部件106和多条下动力部件107。多组凹槽之间可以间隔一定距离，这样在工作时，钢丝绳之间互不影响。当凹槽组有多个方向时，可以有一组或多组第一方向的凹槽组，以及一组或多组第二方向的凹槽组。可选的，第一方向的凹槽组与第二方向的凹槽组可以分别设置在卷筒的左右两侧。可替换的，也可以如图2所示的那样，第一方向的凹槽组与第二方向的凹槽组也可以间隔开来进行设置。

根据本发明的一个示例，抽油机还可以包括电机113，用于控制卷筒112的顺时针旋转或逆时针旋转。例如，电机113能够正向转动和反向转动。当电机113正传时，可以控制卷筒112做顺时针旋转；当电机113反转时，可以控制卷筒112做逆时针旋转。从而可以控制上下动力部件的收放，以控制配重箱104的上升或下降。随着配重箱104的上升和下降，抽油杆随着下降或上升，从而实现往复抽油动作。在本发明实施例中，电机113例如可以是永磁式电机或磁阻式电机。

此外，电机113在控制卷筒112旋转的同时，还可以控制卷筒112减速或停止。可替换地，抽油机也可以包括单独的制动装置，来控制卷筒112减速或停止。例如，可以在电机113和卷筒112之间设置减速装置，来控制卷筒112减速或停止。减速装置例如可以是皮带或链条等。

此外，根据本发明的一个示例，抽油机还可以包括：控制装置114，被配置为控制电机113的转动。例如，控制装置114可以控制电机113的转速，也可以控制电机的启动、停止以及换向。控制装置114例如可以是一个人工操作平台，控制柜等。根据本发明的一个示例，控制装置114内部设有电位计和变频器，通过电位计控制电流值的改变，并将改变的电流值输入到变频器中，变频器据此输出不同的频率来控制和调节电机113的转速，从而可以高效准确地调整抽油机的冲次。此外，控制装置114还可以包括限位开关，限位开关包括上限位开关和下限位开关。通过调整上下限位开关之间的距离，来调整抽油机的冲程距离。

此外，根据本发明的一个示例，抽油机还可以包括控制开关115，如图1所示，控制开关115可以设置在支架101的侧柱1013上。控制开关115可以有多个，分别设置在侧柱的不同位置。当配重箱104上升或下降到特定位置时，可以触发该控制开关115。例如，控制开关115可以是机械臂开关，配重箱104在上升或下降过程中碰触到机械臂开关，从而触发该控制开关115。当控制开关115被触发后，控制开关115将向控制装置114反馈配重箱104的位置信息。当然，控制开关115也可以通过传感器或摄像头来代替，通过光电传感器、距离传感器或摄像头来获取配重箱104的位置，可以有效控制配重箱的起落，及时发现故障，保证抽油效率。

根据本发明的一个示例，抽油机100还可以包括减振装置(图中未示出)，用于减小抽油机工作时的振动。例如，减震装置可以设置在上下动力部件106,107与支架101连接位置处。减震装置例如可以包括：弹簧、碟簧或橡胶垫中的至少一种。

根据本发明的一个示例，抽油机100还可以包括悬绳器116，悬绳器116上下两端可以分别连接牵引机构103以及抽油杆105。其下方可以根据抽油杆的连接部分的结构，设置对应的连接部件，在抽油时来连接抽油杆105。

图3示出了根据本发明实施例的大天轮的与支架的连接结构示意图。参见图3，支架101顶部可以设置有轨道1014，大天轮102可以在该轨道1014上滑动。当工作时，大天轮102可以通过滑轨滑动到轨道边缘，以使大天轮102的一部分露出支架101外，从而可以进入工作状态，例如图1所示状态。当采油工作结束后，大天轮102可以通过滑轨滑动到轨道里侧，从而缩回到支架101本体内。另外，滑轨的两端可以设有限位部件，可以防止大天轮102滑出轨道。该滑轨结构可以方便地控制大天轮的位置，确保整个支架101的整体平衡，保证工程的安全性。

参见图3，大天轮102中间设有轴1021，当大天轮102滑动到工作位置时，可以将大天轮102的轴1021固定在支架101的一根梁上。为了确保连接部分的稳固性，轴1021可以以卡压方式连接在支架101的梁上。当然，也可以采用螺接等其他可拆卸的连接方式。

本发明实施例提供的抽油机，由于抽油杆上下可以移动的距离较长，因此具有“冲程长”的特点。此外，在井下液量比较少的时候，本发明的电机在极低的转速下可实现大扭矩输出，实现了“冲次低”的效果。此外，由于本发明的抽油机的配重箱的重量可以根据负荷值进行调整，增强了配重的平衡率。另外，本发明实施例采用卷筒中嵌入钢丝绳的结构，可以根据需要嵌入多条钢丝绳，其工作效率显著高于现有齿轮齿条式和皮带式机构。

本领域技术人员应该理解，可依赖于设计需求和其它因素对本发明进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求书及其等价物的范围内。