专利名称：数控超临界抽油机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控超临界抽油机，也就是通过数控激发油田自喷的新型石油开采机械设备，属于机电一体化的石油开采设备技术领域。
油田在开采一段时间后，逐渐失去自喷能力而进入机械采油阶段。传统的机械采油方法都是按照采油设备所固有的机械规律把井液提升到地面，虽然现有的各种机械采油设备都有各自不同的结构和性能特征，但是受机械装备自身结构的限制，在设定的工作条件下，这些抽油机无法随时改变抽油机的冲程长度、也无法随时改变或控制抽油机的提升速度和次数、即不能实时随机改变其作业状态，以适应油井的复杂情况，因此，这种抽油机泵效率很低、能耗高、冲击负荷大，事故多。在油井情况复杂时(如在稠油井中工作)，上述弊端更为严重。为了提高产油量，传统机械采油设备只能采用增加泵的沉没深度来解决之，这在实际工作中又增加了井液的提升高度，使工况更为恶劣，从而增加设备的负荷、能耗和故障率。这也是传统机械采油设备能耗高，而产液量很难提高的主要原因。
实际上，有相当一部分油井，在其失去自喷能力之后，只要外界施加一定的诱导、刺激影响，可以在诱发条件下激励其自喷。如能稳定在此状态工作，就只需消耗极小的能量而达到接近该井自喷时的产液量。由于井下的情况极其复杂，上述理论推断又不能用传统机械采油手段来实现之，所以能否实现激励自喷一直是石油开采设备领域的技术人员所探索的课题。
本发明的目的是提供一种能诱发油井自喷的数控超临界抽油机。
本发明的结构组成如附
图1所示，它包括有井架1、抽油井筒2、抽油活塞3、钢丝绳4、卷扬机5、电动机6和平衡配重7，其特征是所述的电动机6是数控全速稀土同步电机，其输入端接有数控可调逆变电源8，在抽油井筒2的出油井口处装有检测井口压力传感器10，在出口管道上装有检测井液流量(即产量)的差压传感器11和检测套管的压力传感器12，这些传感器10、11、12的输出端都与对数控可调逆变电源进行控制的工业控制器9的输入端相连。
本发明的技术关键之一是把传统的机械采油设备改为采用数控全速稀土同步电机(专利号CN91203427.0)作为数控电力拖动的原动机。这种电机采用稀土永磁材料做电机转子，体积小，功率大，超载性能优越，可以在数控情况下对其输出转速、转向、扭矩和行程进行实时调整而达到变工况运行的最佳优化操作。而这些随机实时改变其运行参数的功能，正好能适应地层深处地质情况差异大、储油深度、石油粘滞度、含水量等参数不一的复杂情况，可以从根本上改变传统采油机械只能按照固定不变的运动规律完成固定采油工作循环的低效高耗的僵硬作业状况，为诱发油井自喷提供了硬件保证。本发明的另一项技术关键是软件措施由软件工程师根据油井的诱喷条件编制数控抽油机的实时控制程序，放在工业控制器9中的CPU里，并根据传感器10、11、12的检测参数，分析是否达到最佳诱发条件，同时按照诱喷程序及参数实时调整改变整个采油设备的作业参数，保证其处于最佳工况运行，在进入最佳状态操作后，即实现了进入准自喷状态的诱发条件，维持这个状态工作，就能使油井在准自喷状态下工作。有的油井在达到最佳状态后，抽油机停止运行仍可稳定在该状态，并持续工作相当长的一段时间，这时可以说已进入了自喷。在这种稳定的自喷状态将要结束时，相关参数的变化会通过程序自动使抽油机再次启动，并逐渐调整工况而又一次进入诱发自喷。如此反复地使抽油机不断间隙运行，可使其能耗很低，设备运行开销也相当低。
本发明的硬件装置在运行中是起诱发自喷的作用，它的组成与数控抽油机是相近似的。而把井液提升到井口的“自喷”能量乃是综合应用了井液(油、水、气的三相混合体)自身在地层中所积聚的物理潜能，再由数控抽油机的受控运动加以激励诱发使之在适当条件下稀放而产生的。所以数控抽油机只是提供诱发条件的能量，耗能极少。又由于井下液体是在激发下自喷出井口的，井下泵的作用只是一种激励因素及条件，实际上并不按照往复泵的经典规律运行，它的特殊运动形式就使得井下液体中的气体组分能超过变相条件暂时以液相状态而进入抽油机的泵筒中形成自喷动力，这样其实际排量可以超出抽油泵的理论排量，这就是本发明被称作为“超临界”的缘由。传统的容积式泵，其泵效达到100%是不可能的，也是其理论上的临界极限，而本发明的泵效却超过100%，也即超临界了。诚然，这里并不单靠泵的作用，而是靠诱发自喷条件后，使油井进入准自喷而实现的。所以本发明可以使能耗比传统采油机械减少一个数量级而产液量却增加0.5～5倍。
本发明的全新概念是与传统的机械采油概念不同的，但它已被现场的工程验证的事实证明是可行的。在某油田试验运行的数控抽油机上，进行了实际试验，该井的泵经70毫米，泵挂深度1200米，实测排量为128立方米/天，其功耗为1.62千瓦/小时。其功耗比常规抽油机降低一个数量级，而按照该井的配置和运行状态计算的理论排量为70立方米/天。实测的结果曾经使在场的专家感到困惑，觉得这种超越现象不可理解，经检查分析，仪表和计量完整无损，结果正确无误，所以产生这种超临界现象乃是诱发产生了自喷所致。
总之，本发明是一种能根据油井的各种参数随机自动改变其作业状态的智能抽油机，它附带的外围敏感装置与可编程控制器构成一个闭环控制系统，并在达到自喷后自动停机实现间隙运行。这种新型采油装置将使一部分废弃的高含水油井获得新生，它对我国的许多因为已经失去自喷能力而采用机械采油的油田特别具有应用前景。
本发明使用的数控全速稀土同步电机、可调逆变电源均为机电一体化的新型通用设备，前者已有工厂试制生产，后者可选用专利号为CN90202757或CN90203323的专利，也可选用日本富士公司的G7系列逆变器，无须特殊改装。工业控制器可以是普通工业过程控制器或工业控制计算机。至于本发明的软件则需要根据每个油田的每口油井单独编制适配的诱发程序软件，所以未列入保护范围之内。
权利要求
1.一种数控超临界抽油机，包括有井架、抽油井筒、抽油活塞、钢丝绳、卷扬机、电动机和平衡配重，其特征是所述的电动机是数控全速稀土同步电机，其输入端接有数控可调逆变电源，在抽油井筒的出油井口处装有检测井口压力传感器，在出口管道上装有检测井液流量(即产量)的差压传感器和检测套管压力的压力传感器，这些传感器的输出端都与对数控可调逆变电源进行控制的工业控制器的输入端相连。
全文摘要
一种数控超临界抽油机，是用数控全速稀土同步电机和动力源，配以数控可调逆变电源，可编程控制器和外围的传感装置作控制设备的硬件，再辅以相应的诱发油井自喷的控制软件，使抽油机处于按照诱喷程序及参数下实时随机调整其工况的条件下运行，保证其处于最佳状态操作并诱发油井自喷而停止抽油机运行，直至自喷行将结束时自动使抽油机再次启动。如此不断间隙运行，能耗极低，泵效超过100％，并延长设备使用年限。
文档编号F04B49/06GK1085632SQ9211123
公开日1994年4月20日 申请日期1992年10月10日 优先权日1992年10月10日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂