专利名称：抽油机的动态完全平衡方法
抽油机的动态完全平衡方法属于石油机械开采地面动力设备-抽油机负荷平衡的一种新颖方法，它完全不同于现有的平衡方法。
迄今为止国内外公布的资料表明用于地下石油举升的有杆抽油系统(包括抽油机、抽油杆、抽油泵)其地面动力设备提供抽油杆、泵上下往复运动的动力是由抽油机实现的。据兰州石油化工机器厂〈兰石科技〉一九八八年第二第三期所载〈国内外有杆抽油设备的现状与展望〉提供的美、苏、法、中等国家研究生产抽油机的现状表明现有抽油机大致分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机两大类。尽管这两大类抽油机有多种不同的型式，但就其平衡方法而言均为不完全的静态平衡。例如游梁式抽油机一般是采用曲柄(包括曲柄配重和游梁配重)或者气动平衡来平衡光杆负荷的。光杆负荷的理论特点是上行程完成液柱提升其负荷为抽油杆重量加液柱重量;下行程不提升液柱故其负荷仅为杆柱重量。而曲柄的平衡理论上为一正弦曲线，不可能完全平衡光杆负荷。无游梁式抽油机一般采用固定的重锤或气动、液压装置来平衡光杆负荷，这些平衡方法也无法完全平衡光杆负荷。
提出抽油机的动态完全平衡方法是为了彻底解决迄今为止由于油井光杆无法完全平衡所造成的抽油机效率低、耗能高、机件寿命低及无法完全适用于深抽强采等问题。
抽油机的动态平衡方法是一种完全与光杆负荷相平衡的方法。它的平衡原理是1光杆上行程和下行程时，抽油杆柱的重量(包括泵、杆与其接触的其它物体的摩擦阻力及杆在油液中的浮力的影响)基本是一个常量，可以根据不同的下泵深度、原油性质等已知条件测定出其数值。这一部分负荷可以用一个重锤或相当于重锤的物质去平衡，工作条件不变化时这部分平衡也不需变化。这部分平衡重可以称之为固定平衡重。
2从光杆运动到最下端位置至光杆将要换向向上方运动时，“固定平衡重”和游动贮箱位于最上端位置。在这一段时间内，上部贮箱里的平衡物质源源不断地被输送到处于“固定平衡重”同一高度的游动贮箱中去。平衡物质的输送速度是可控制的，相当于平衡物质的质量积分过程。因此是一个动态平衡过程。这个正向动态平衡过程一直延续到平衡重量等于抽油杆柱重量(包括摩擦阻力)加液柱重量之和时方停止，从而达到光杆上行程的完全平衡。此时平衡重物(包括“固定平衡重”和游动贮箱)开始向下方运动，而光杆开始向上方运动。
3从光杆运动到最上端位置至光杆将要换向向下方运动时，平衡重物(包括“固定平衡重”和游动贮箱)位于最下端位置。在这一段时间内，游动贮箱内的平衡物质源源不断地被输送到处于最下方位置的下部贮箱中去。平衡物质的输送速度是可控制的。相当于平衡物质的质量负向积分过程，因此是另一个动态平衡过程。这个负向动态过程一直延续到平衡重量等于抽油杆柱重量(减去摩擦阻力)时方停止，从而达到光杆下行程的完全平衡。此时平衡重物(包括“固定平衡重”和游动贮箱)开始向上方运动，从而光杆开始向下运动。
4光杆向上运动到最上部位置时即进入下一个运动周期的循环过程。
5以上所述的动态完全平衡方法在每一个循环过程中平衡总是与光杆负荷对应平衡的，所以称为完全平衡;同时每一个循环过程中都发生平衡物质连续注入和排出游动贮箱的变化，所以称之为动态平衡。综合两点这种平衡方法就是抽油机的动态完全平衡方法。用于抽油机的平衡时可以附加一个适当的附加驱动重力使抽油机带动抽油光杆上、下往复运动;也可以另外设置一套驱动系统达到相同的目的。
6有一个可控的立式提升装置或泵送装置将平衡物质不停地从下部贮箱提升到上部贮箱中去，提供每个循环需要的平衡物质。
7本方法的平衡物质是指具有较大密度同时具有较好流动性质的固体颗粒或液体。
本发明彻底解决了有杆抽油系统的平衡难题，理论上可以认为达到100%的平衡。首先彻底改善了现有抽油机特别是游梁式抽油机为了补充平衡系统的平衡能力而不得不设置功率很大的驱动系统的不合理不经济状态，最大限度地提高抽油机的机械效率，达到理想的节能目的。其次由于彻底解决了平衡问题，从而可以简化以致于取消驱动机构，改善了原有抽油机由于不完全平衡造成的关键零件超载易损坏的难题，提高了使用可靠性，最大限度地降低抽油机系统故障率第三、采用本发明的抽油机特别适用于长冲程、重负荷深抽强采的油井，以及稠油开采第四、本发明可以明显改善有杆采油系统(包括油管、抽油杆、抽油光杆等)的工作状况，提高了使用寿命。
本发明所述的动态完全平衡方法，适应于各种抽油机的平衡。但从实施难度和获得的效果考虑应用于塔架式长冲程重载荷大型抽油机最为有利。
权利要求
本发明提出对抽油机光杆负荷的一种动态的完全平衡方法。它的平衡原理是1、光杆上行程和下行程时，抽油杆柱的重量(包括泵、杆与其接触的其它物体的摩擦阻力及杆在油液中的浮力的影响)基本是一个常量，可以根据不同的下泵深度、原油性质等已知条件测定出其数值。这一部分载荷可以用一个重锤或相当于重锤的物质去平衡，工作条件不变化时这部分平衡也不需变化。这部分平衡重可以称之为“固定平衡重”。
2.从光杆运动到最下端位置至光杆将要换向向上方运动时，“固定平衡重”和游动贮箱位于最上端位置。在这一段时间内，上部贮箱里的平衡物质源源不断地被输送到处于“固定平衡重”同一高度的游动贮箱中去。平衡物质的输送速度是可控制的，相当于平衡物质的质量积分过程。因此是一个动态平衡过程。这个正向动态平衡过程一直延续到平衡重量等于抽油杆柱重量(包括磨擦阻力)加液柱重量之和时方停止，从而达到光杆上行程的完全平衡。此时平衡重物(包括“固定平衡重”和游动贮箱)开始向下方运动，而光杆开始向上方运动。
3.从光杆运动到最上端位置至光杆将要换向向下方运动时，平衡重物(包括“固定平衡重”和游动贮箱)位于最下端位置。在这一段时间内，游动贮箱内的平衡物质源源不断地被输送到处于最下方位置的下部贮箱中去。平衡物质的输送是可控制的，相当于平衡物质的质量负向积分过程，因此是另一个动态平衡过程。这个负向动态过程一直延续到平衡重量等于抽油杆柱重量(减去磨擦阻力)时方停止，从而达到光杆下行程的完全平衡。此时平衡重物(包括“固定平衡重”和游动贮箱)开始向上方运动，从而光杆开始向下运动。
4.光杆向上运动到最上部位置时即进入下一个运动周期的循环过程。
5.以上所述的动态完全平衡方法在每一个循环过程中平衡总是与光杆负荷对应平衡的，所以称为完全平衡；同时每一个循环过程中都发生平衡物质连续注入和排出游动贮箱的变化，所以称之为动态平衡，综合两点这种平衡方法就是抽油机的动态完全平衡方法。用于抽油机的平衡时可以附加一个适当的附加驱动重力使抽油机带动抽油光杆上、下往复运动；也可以另外设置一套驱动系统达到相同的目的。
6.有一个可控的立式提升装置或泵送装置将平衡物质不停地从下部贮箱提升到上部贮箱中去，提供每个循环需要的平衡物质。
7.本方法的平衡物质是指具有较大密度同时具有较好流动性质的固体颗粒或液体。本发明需要保护的事项有1以上原理所述在平衡重处于最上端位置时，由上部贮箱不断向游动贮箱注入平衡物质，使光杆上行程达到完全平衡；在平衡重处于最下端位置时，游动贮箱不断将平衡物质注入下部贮箱，使光杆下行程达到完全平衡的动态平衡方法。2以上原理所述抽油机光杆运动循环的附加重力驱动和另外设置驱动系统的驱动方案。3以上原理所述立式提升装置或泵送装置将平衡物质从下部贮箱提升到上部贮箱的方案。4以上原理所述选用具有较大密度和较好流动性质的固体颗粒或液体平衡物质的方案。
全文摘要
本发明提出了抽油机光杆负荷的一种新的平衡方法。它可以使负荷在光杆上下行程分别得到动态的完全的平衡，从而降低抽油机能耗，简化驱动系统。本发明特别适用于长冲程重负荷塔架式抽油机。
文档编号F04B47/14GK1091811SQ9310166
公开日1994年9月7日 申请日期1993年2月22日 优先权日1993年2月22日
发明者姚丹 申请人:姚丹