专利名称：智能化抽油系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种油田开发的抽油设备，尤其涉及一种高效智能抽油设备。
背景技术：
我国有油井几十万口，有杆抽油井占95 %以上，有杆抽油设备95%以上是国外引进的游梁式抽油机。国外的有杆抽油井也是以游梁式抽油机为主体，但国内外油田的差异在于国情不同。首先是我国的油藏主体特征是低渗透、单位面积储量低，形成井数众多而单井产量很低的局面；其次是我国经济高速发展，对能源需求迫切，油井采出强度大、增产措施工作量大、导致井况差、生产成本升高；三是我们能源利用率低下，生产同一产品所需能耗可能是发达国家的几倍之多。石油企业既是能源生产的主力，同时也是耗能大户。全国油田的抽油机装机容量在数百万千瓦以上，年耗电量在数百亿度以上。数量庞大的低产井抽油系统效率只有20%左右，其中大部分的特低产井仅有10%左右，这些油井不但浪掉费掉了大量的能源，同时因抽油机每年约300万个冲次高速运转，引发抽油系统设备如抽油泵、油杆、油管、抽油机等加速磨损，使检泵周期大幅缩短，修井作业量大增，生产成本居高难下。鉴于提高系统效率不但可节省大量能源还可以大幅度降低生产成本，故已成为业界普通关注的课题之一我国油田开发总体技术水平居世界前列，有庞大的科研机构和专业技术队伍。多年来有无数的人前仆后继为油田的技术进步作出了巨大的努力，取得了丰硕的成果。仅就抽油系统专利就有6000多项，但在系统效率方面的发明专利却是凤毛麟角，一直是困扰油田技术进步的薄弱环节，之所以没有取得突破性的进展，究其原因主要有三个问题一是抽油系统包括抽油泵、油杆、油管、井口、抽油机、地面输油流程、计量设备、油井测试等多种设施，还包括地质、采油工程、机械设计制造、电力电器、油井测试、油气集输及环保等多种专业，各属不同的部门管理，都与系统效率有关。因此必须用系统工程学的观点解决问题，各专业单打独斗的方式不会使全系统有突破性的成果。没有通过集成的方式解决问题是系统效率长期低下的主要原因。二是没有抓住关键问题一一泵效。平均泵效只有30%左右，很多低产井更低，甚至低到10%左右。泵抽不到油，抽油机就在做无用功，这是系统效率低的根源。如果泵能充满，抽三次变为抽一次就可以，泵寿命自然就延长三倍，修井作业也由三次减少到一次。当然，保证在低沉没度油井高产的条件下使泵充满绝不是简单的技术问题。但是，它是必须解决的问题，离开系统效率便无从谈起。三是游梁抽油机的问题。为提高泵效而使用小泵，已使泵小到无法制造；加大冲程受减速器输出扭矩的限制；减小冲数受电机皮带轮最小直径的限制，这些方案都走进了死胡同。说到底，这种困局不是游梁抽油机有问题，而是我们的国情与它不合。如果单井产量 20吨以上，采出强度不大，游梁抽油机当然也可以，但国情是客观存在的，改变不了，我们必须制造适合我们国家的抽油机。因此，近几年多种形式的大冲程低冲次的抽油机大量出现， 但到目前为止，因为故障率高、可靠性差，效果一直不够理想。至此，实践告诉我们，要想取代游梁抽油机，必须改变其抽油 方式，由小泵径，低效率，变速运动小冲程、高冲次的抽油方式转变到大泵径、高泵效，勻速直线运动大冲程，冲次数低到泵不充满抽油机就不运转，等待泵充满了抽油机再运转的抽油方式已势在必行。通过适当加大泵径，把泵效提高到90以上，把冲次数降低5-10倍，工作级别由繁忙降到轻闲，系统效率的低下以及降低大冲程抽油机的故障率就可迎刃而解了。
发明内容
本发明的目的是采用大直径高效率抽油泵配套程控长冲程抽油机，采用智能化的控制系统，对油井实时监控，实现泵不充满抽油机不运转，等待泵充满了再运转的抽油方式。同时，通过上位机与PLC程控抽油机的互联互通实现无限距离、无限油井和无限给予授权的用户之间的信息实时共享共用。本发明的技术解决方案是这样实现的一种高效智能抽油设备，包括抽油机、抽油泵、PLC程控器、通信服务器和电控系统，所述程控抽油机包括机架，其上部装有减速器，减速器有两个输入端轴伸，其中的一端通过联轴器与自动运行电机联接，联轴器的侧面装有接近开关；其中的另一端通过失电制动离合器及滚子链与手动运行电机联接，减速器的输出端有双轴伸，其上分别装有卷筒，卷筒上带有绳槽，两个绳槽的旋向相反，钢绳A串过平衡轮A后形成的双绳分别串过悬绳器上两个滑轮用绳夹固定在两个卷筒外端，并向后转动卷筒，将钢绳A缠绕在卷筒的绳槽内， 把悬绳器提到高点，依同理再将钢绳B串过平衡轮B后形成的两个绳头分别串过平衡重上两个滑轮用绳夹固定在两个卷筒的内端。所述的悬绳器A与油杆连接，油杆连接柱塞，柱塞的下端带有游动阀，所述油杆与柱塞一同置于油管和泵筒中，其特征在于泵筒上端和油管之间联接内管，内管之外套装带有进油排气孔的储油器，其下端和套装在泵筒之外的外管联接，外管的下端和低阻固定阀下端密封固定联接，储油器和低阻固定阀之间形成环形通道，当柱塞下行时储油器内液面为a，柱塞上行时储油器内的液柱压力推动低阻固定阀的阀球向高位滚动，油液进入泵筒，柱塞到达上死点c，储油器内液面由a降到b后须停机给一个使储油器液面回到a的时间Ttl ；低阻固定阀中有阀体，其中装有中心杆，中心杆上自上而下依次套有受压体、定位体、弹簧及弹簧座，其下端有调整垫，中心杆的下端与阀球限位套筒固定连接，限位卷筒中装有阀球，阀球的一侧面对阀座，阀球的水平中心线与中心杆的轴线夹角小于90°，并能沿阀球下面的斜面作横向滚动；当柱塞向下压到受压体上端将游动阀顶开，中心杆下端的阀球限位套筒下压阀球则使其脱离阀座而无法关闭，实现油管与套管的联通；当柱塞上提离开时，弹簧便使其复位；所述机架的右后侧装有电控箱，其中装有用于自动运行电机及手动运行电机的主电路、通信电路及其控制电路，所述主电路中装有固态继电器SSRl、SSR2、SSR3和交流接触器KM1、KM2以及手动自动控制电流转换开关SA，自动运行控制电路以PLC程控器为主，并通过电流互感器及低点开关、原点开关、高点开关、 荷重传感器和接近开关分别与程序控制器PLC的各端点保持电连接；控制程控抽油机的悬绳器及其连接的柱塞上下往复运动，完成抽油过程；所述PLC上还带有RS485端口，通过通信电路与所述服务器中的上位机的GPRS模块互联互通。所述的失电制动离合器，包括一个基盘，基盘通过轴承安装在减速器输入轴伸上， 链轮由螺栓固定在基盘上，制动盘和所述输入轴伸上的花键套联接；磁轭中装有环形线圈和均布的弹簧，磁轭和衔铁由螺栓装到基盘上；磁轭后面有绝缘防护盘，其中心装有电接点端子，使线圈和接电弹簧片保持电联接，在自动运行时，失电制动离合器得电，制动盘被松开随轴旋转，和手动运行分离；在自动运行电机停电后，失电制动离合器失电，滚子链借助手动运行电机的制动器而制动；手动运行电机得电时失电制动离合器也得电打开，而失电制动离合器失电在动合状态，减速器及其输入轴另一端的联轴器还在旋转，接近开关照常工作。所述的绳夹由绳夹体和紧定螺钉构成，绳夹体为扇形体，其上端带有与卷筒上绳槽相吻合的旋槽，其下端则带有紧定螺孔。所述的高效智能抽油设备的抽油方法，包括为PLC写入或修改用户程序、输入或修改工作参数的步骤，其特征在于工艺过程包括下述步骤(1)系统进入初始状态，将泵柱塞停到上死点C，平衡重在低点，原点开关处在动合状态；(2)系统进入启动状态，制动器得电松开并延时Tl，为自动运行电机启动作设备；(3)系统进入正转运行状态，自动运行电机得电启动，正转上行，接近开关发生脉冲信号，PLC从特征行程值S开始减记录，到第一次泵的充满值视为Si，同时记录每个脉冲的载荷值和电流值并计算(3. 1)泵效 SE，Se=竺 X 100%(3. 2)单冲次的产油量L，L = SlXC(3. 3) PLC进行PID程序控制，当SE/SA > 1或SE/SA < 1时，PLC自行对下一冲次的延时Ttl减少或增加；(4)系统进入泵效监测状态，根据步骤(3. 3. 3)的计算结果保持和/或调整延时 T。，平衡重开始上升；(5)系统进入高点停机状态，平衡重从特征行程值S减记数值到0，自动运行电机失电并延时T2;(6)系统位于高点延时状态，T2时间到，制动器延时T3 ；(7)系统进入高点启动状态，T3时间到，制动器停电后换向再延时T3 ；(8)系统进入自动运行电机反转下行状态，平衡重下行，PLC开始正记数；(9)系统进入自动运行电机的低点停机状态，平衡重下行，碰触碰铁，使原点开关动合，手动运行电机失电关延时T2 ；(10)系统进入原点延时状态，T2时间到，原点停机并延时Ttl ；(11)系统重复步骤⑵ 步骤(11)进入自动循环运行。采用两个电机分别驱动手动运行和自动运行。正常生产时由自动运行电机驱动。 在大载荷而且要求准确定位的调整作业时，使用由滚子链减速的手动驱动。用电器和机械双重互锁的上下行两个按钮控制交流接触器。自动控制是由传感器信号和各项工作参数输入到可编程序控制器PLC，PLC按写入的用户程序处理后，通过晶体管集电极输出，控制电机正反转和制动器的固态继电器。 PLC在控制抽油机运行的同时还要对油井实时监测，并经运算处理不断刷新各项信息，其中核心信息是产油量和泵示功图。悬绳器上下行程量的大小和减速器输入轴转数的多少是对应的，用联轴器感应的接近开关和PLC组成的记数器作为行程位移传感器，用减记数的方式监控运行。泵柱塞下行到载荷 降到计量值时的行程位移数值可叫作泵“充满值”，它实际是柱塞由接触液面开始到下死点的转数值，充满值乘系数即为该冲次的产油量，可以累到班、 日、旬、月、年产油量。充满值和行程位移设定值的比值百分数即为泵效，PLC用测得的该冲次泵效值和设置的目标泵效值的比值进入PID运算控制下一冲次的停机等待时间长短。把泵效稳定控制在目标值上，使抽油机的排液能力自动适应油井的供液能力。PLC的通信接口 RS485和数据传输单元GPRS-DTU的RS485接口相连，再给DTU输入接收站的域名，通过安装手机卡进入手机通信网，可把数据传送到指定的接收站服务器电脑。接收站服务器给PLC发出指令互相通信。服务器可以在无限距离对很多PLC通信并可以进行二进制数据解码和用户程序及工作参数的修改。转发用户指令，服务器对接收的大量信息经运算处理后通过WEB服务方式传输给很多无限距离的给予授权的客户，授权的客户也可以通过服务器修改PLC工作参数，具有强大的数据接口，可与ORACLE、sql SERVER、 MySQL等各种数据库对接实现与各种应用系统的无缝结合，实现全系统信息实时共享共用。与现有技术相比较，本发明的有益效果是1、由于抽油泵增加了高位储油器，能起到油气分离和储油缓冲的作用，改变了进油状态，由过去的“吸入”变为“压入”，利于油内溶解气的释放，保证泵的充满，做到泵不满抽油机不运转，等待泵充满了抽油机再运转。与其说等待泵充满，其实是等待储油器充满， 只有储油器充满了才能形成靠压力进油，这是抽油机高效的根本。2、固定阀阀球由传统垂直运动改为横向滚动并和游动阀同时开启，减少了自身重力对进油的阻力，消除了进油时阀球对阀座和阀罩的高频撞击，延长使用寿命。当柱塞座到固定阀上时，固定阀和游动阀就会同时开启而油套连通，利用洗井液从油管中向下通过抽油泵和储油器而流向井内。可以防止因泵阀失灵，使管杆掉入井下的恶性事故。因洗井液用量少，洗的彻底，避免了套管高温伸缩对固井水泥环的破坏；修井作业时泄油良好，减少了原油浪费和环境污染。3、采用双滑轮组提升由一个卷筒两根钢绳同时工作以及采用专用绳卡，使减速器输出扭矩、卷筒长度和钢绳负荷都减小一倍，简化了提升机结构，使其体积小重量轻，保证了整机长期稳定可靠的运行。4、滚子链轮制动器一方面是与自动运行电机相配合的制动器，一方面又是手动运行电机的离合器，用于驱动减速器低速运转，能实现一个减速器分别由两个电机驱动。可把抽油机的装机容量减小4倍以上，绝大多数降到IOKW以下可快速直接启动，实现了抽油机可频繁启动停止的功能，满足了等待泵充满了再运转的需求。5、用减速器输入轴的转数控制代替行程位移长度控制，用减记数方式去读取“充满值”，用接近开关每脉冲一次PLC读取载荷值和电流值，最大限度的减化监测过程，提高了 PLC运算处理速度，大量减少了信息数据和提高了传输速度。6、利用GPRS-DTU数据传输单元进入手机通信网和主站服务器通信。主站再用上网的方式把实时信息传输给客户。系统简单可靠，费用低而且使用非常方便灵活，节省了单建通信网的大量投资和维护费用。
本发明有附图14幅，其中1、低阻压入式抽油泵工作原理示意图A ；2、低阻压入式抽油泵工作原理示意图B ；3、低阻开启式固定阀结构示意图；4、程控抽油机的结构示意图；5、图1的侧视
6、图1的俯视图；7、绳夹结构工作状态示意图；8、绳夹结构主视图；9、图8的A-A剖视图；10、程控抽油机主电路图；11、自动运行电机的控制电路示意图；12、手动运行电机的主电路示意图；13、手动运行电机的控制电路示意图；14、图14失电制动器结构示意图。其中1_油管 2-油杆3-内管4-储油器5-泵筒6-外管7-柱塞8-游动阀9-低阻固定阀10-中心杆11-受压体12-阀体13-定位体14-弹簧15-弹簧座16-调整垫17-阀座18-阀球19-阀球限位套筒20-低点开关 21-原点开关22-机架23-悬绳器A 24-碰铁25-钢绳A26-高点开关 27-荷重传感器28-平衡轮A 29-卷筒30-平衡轮B31-钢绳B32-平衡重33-电控箱34-绳夹35-自动运行电机36-接近开关37-手动运行电机38-滚子链39-失电制动离合器40-减速器41-联轴器42-紧定螺钉43-卷筒辐板 44-绳夹体45-减速器输入轴伸46-轴承47-基盘48-链轮49-空心螺栓 50-制动盘51-衔铁 52-磁轭 53-安装螺栓54-线圈55-接电弹簧片 56-中心电接端子 57-绝缘防护盘58-花键套 59-弹簧 60-螺栓。
具体实施例方式如图1 图13所示的高效智能抽油设备，包括程控抽油机和电控系统，其中所述抽油机为双滑轮组双驱动卷扬提升式结构，如图1 图3所示。机架22顶上装有四轴伸的减速器40，其两个输出轴分别装绳槽旋向相反的两个卷筒25，一侧输入轴通过联轴器41联接自动运行电机35，另一侧输入轴装外园为滚子链轮的失电制动离合器39，由滚子链38和配带失电制动离合器的手动运行电机37联接，减速器40前机架上装平衡轮A28、减速器40 后下部机架上装有一定距离的两个平衡轮B30，机架前有双滑轮悬绳器A23，机架背后 有双滑轮平衡重32 ；将钢绳A25从平衡轮A28上串过，等长两绳头分别串过悬绳器A23上滑轮再用专用绳夹34分别将两个绳头固定在两卷筒29的外端，向后转动卷筒29，钢绳A25绕上卷筒29并把悬绳器23提升到高点，再把钢绳B31串过两个平衡轮30，等长两绳头分别串过平衡重32滑轮，用专用绳夹41将两绳头分别固定在卷筒29内端。电机驱动卷筒29向前旋转，卷筒29上的钢绳A25放出，悬绳器A23、油杆2及下联接的柱塞7下行，而卷筒29上让开的绳槽由钢绳B31即时绕上，平衡重32开始上行；当电机反转时，平衡重32下行，卷筒 29上让开的绳槽由钢绳A25即时绕上，悬绳器A23拉动油杆及下接的柱塞7上行，悬绳器 23和平衡重32分别由两个滑轮组29交替提升，与固定在油管下端的泵筒相对往复运动，完成抽油过程。如图4 图5所示的是一种低阻压入式抽油泵，包括在油管1和泵筒5之间接一内管3，在内管3的外面套装储油器4，储油器4下端与泵筒5之外套装外管6，使储油器4和低阻压入式固定阀9联通，井内油液从储油器上端进行油气分离后向下进入储油器4，其液面达到a以上位置，当抽油机带动油杆2及连接其下端的柱塞7下行时，低阻压入式固定阀 9关闭，游动阀8打开使油液进入油管1中，如图1中A。当抽油机提升油杆2和下端连接的柱塞7上行时，游动阀8关闭，储油器4中油的液柱压力将低阻压入式固定阀阀球18推开，油液进入泵筒5，如图1B，上升到上死点位置为c，而储油器4中液面由a降到b，当柱塞 7再下行向油管1进油时，而储油器4在储油，并使其液面又回到a。储油器4比泵筒5始终保持最低为be高度的液柱压力差。储油器4中的液柱压力使泵进油由“抽汲”变为“压入”。抽油机要停机给储油器一个等待充满的时间，等待时间长短取决于油井供液能力。固定阀球18由原来垂直运动改为横向滚动，很小的液柱压力即能打开，液流停止就会关闭， 只要柱塞座到固定阀上，固定阀和游动阀就会同时开启使油管套管联通，离开后自动复位。图6所示的是与泵筒5下端连接的低阻压入式固定阀，其阀座17垂直安装在阀体 12上，阀球18装入固接在中心杆10下端的内孔有锥度的阀球定位套筒19内。当油进泵时，推动阀球18向略有高位的右方向滚动；进油停止时，阀球因自重向低位的左方向滚动而关闭。这要求阀球定位套筒19的高低位置要使阀球18和阀座17的横向轴线在一定的公差范围内，保证关闭的可靠性。这要靠调整装在中心杆10上的调整垫16的高低来实现。 调整垫16以上依次套装有弹簧座15、弹簧14、定位环13和受压体11，当柱塞7座到受压体 11上时，受压体11连同中心杆10下移压缩弹簧14，阀球限位套筒19压着阀球18脱离阀座17下移而无法关闭，这时受压体11座在定位环13上，而中心杆10高出部分插入柱塞7 内将游动阀8顶开，使油管、套管联通。柱塞7提升后弹簧14使阀球18复位。同现有技术相比，低阻压入式抽油泵只是多了三根管和固定阀的结构改变了一下，结构简单，造价低廉，但是效果非凡，它使泵效达到85 %以上，提高了三倍，是高效节能的根本，再有大冲程程序监控抽油机配套，单冲次排量可达到10升以上是翻斗流量计的4 倍，抽油泵变成更为准确的产油自动计量设备，节省了大量基本建设投资和日常计量工作量。
固定阀的油套联通功能使其成为作业时的泄油器，减少了原油浪费，避免了环境污染，生产时可用于解除泵阀失灵、清腊热洗井时打热水且避免套管对外固定水泥环破坏的隐忧，还可以直接对油层进行注气后即开抽处理，可节省大量的作业费用。如图7所示的一种程序控制抽油机的电气控制系统，包括主电路和控制电路，主电路和控制电路中又有手动控制和自动控制电路。全部电路都设置在和外部动力电源连接的电气控制箱33中。在正常生产时，使用通过联轴器41联接的自动运行电机35，驱动减速器40运行，配套制动器39为有滚子链轮的大扭矩直流电磁失电制动器，滚子链轮的定盘通过轴承装到减速器40的另一侧输入轴上，摩擦片用齿型花键装在和定盘同一输入轴上， 随轴旋转。
手动运行时使用自身配带的失电制动离合器的手动运行电机37，用滚子链38和制动器39联接，在自动运行电机停电，制动器39失电制动的情况下启动手动运行电机37 驱动抽油机运转，而自动运行电机的转子也跟着低速空运转，可见制动器39在自动电机运转时其固定盘是通过滚子链38联接的手动运行电机37的制动器来固定，它才成为自动运行电机35的制动器。在手动电机37运转时，它处在制动状态滚子链带动定盘再通过制动摩擦片驱动减速器旋转，起到离合器的作用。手动运行和自动运行没有任何关联，控制电源用转换开关SA切换。手动运行控制是由上行和下行两个按钮用典型电器和机械互锁电路控制交流接触器运行，能抗大冲击的正反向电流、可靠耐用。运行不受任何自控保护，全靠操作人员的熟练技术和操作经验，可以越行程把柱塞座到固定阀上卸掉油井载荷，也可以反向越行程把平衡重座在地面上卸掉平衡重载荷这对油井所有作业都非常方便、安全可靠。如果自动运行时发生这种现象，因电机功率小会即时过载停机。故抽油机在结构上不存在越行程撞机重大事故问题。抽油泵柱塞从上死点开始下行时因泵不能100%充满，油井载荷大于平衡重；当柱塞到下死点时液柱重量消失，平衡重大于油井载荷，所以电机在上下死点换向时，电机启动都是在载荷助推或载荷很小的状态下实现，加之同时电机容量最大为7. 5KW，所以采用直接启动效果很好。自动运行主控设备电机正反转换向和制动器用PLC集电极输出控制固态继电器 SSR，工作可靠、寿命长。PLC输入6点、4个开关量、2个模拟量，另外要输入的参数有UT1-制动器启动后延时0. 1 1秒2、T2-电机停电后延时0. 1 1秒3、T3-平衡重运行到高点时制动器停电后换向延时2秒 10秒4、T0-泵等待充满时间.平衡重运行到低点制动器停电后延时5、Aa-电流上限值超值报警6、Ab-电流上上限值超值停机7、Wa-荷重上限，超值报警8、Wb-荷重上上限，超值停机9、Wc-荷重下限，超值报警10、Wd-荷重下下限，超值停机11、S-平衡重在原点至高点间的特征行程值。即确定行程长度的电机转数值
12、P_计量值.杆柱在空气中的荷重KN13、C-计量系数.由电机每转行程位移量，泵径、泵漏失量、地面校对误差等因素构成
14、Sa-系统的目标泵效。程控抽油机自动循环控制程序包括下述步骤Mtl-初始状态。动作指令无PLC写入或修改用户程序，输入或修改工作参数，泵柱塞7停到上死点C，平衡重32 在低点20，原点开关21处在动合状态。M1-上行启动。动作执令TQ = 0或启动指令制动器39得电松开并延时T1为自动运行电机35启动作准备。M2-正转上行。动作指令=T1 = 0电机35得电启动，正转上行，原点开关21动断，接近开关36发出脉冲信号，PLC按 S减记数，同时记录存储每脉冲的载荷和电流值直到原点开关动合时为止。M3-泵效监测。动作指令W = P泵柱塞7到上死点C下行接触泵内液面时，使泵筒5内压力逐渐升高，而抽油机上载荷传感器27则显示逐渐下降，当泵筒5内压力升到大于油管1内液柱压力时，游动阀8 打开，泵筒5和油管1联通，液柱压力转移到泵底固定阀9上。这时，抽油机载荷W只有拉动柱塞的油杆重力即杆柱载荷P，于是，依W = P为指令，PLC读取此时刻的行程位移值Sp S1就是充满值，它与行程值S之比的百分数即为泵效51广=SE。依据测得的泵效&和目标泵效Sa对比，PLC用PID运行程序确定下一冲次泵的充满等待时间 ；。使泵的排液量自动适应油井的供液量。M4-高点停机。动作指令S = 0或高点开关26动合。PLC减记数到S = 0时或者记数器失灵，行程保护高点开关26动合时，电机35停电并延时T2，如果因高点开关动合停机，PLC发出报警信号，但运行正常。M5-高点延时。动作指令T2 = 0高点停机延时T2时间到，制动器39失电制动，延时T3，T3和Ttl作用一样，都是延长停机等待油井供油时间，T3长Ttl就短，T3是输入的固定值，T0是随机调整值，T3的最大值不能大于Ttl的最小值，否则将使Ttl自动调整出现负值而失效。1~3时泵柱塞7在下死点，泵砂卡机率高，T0时柱塞7在上死点，泵漏失时间长，要根据油井状况权衡利蔽。M6-高点启动。动作指令Τ3 = 0高点延时T3时间到，制动器39得电松开制动延时T1,为电机35反转启动下行作准备。M7-反转下行。动作指令=T1 = 0T1时间到，PLC给出反相电源指令，电机35反转，平衡重32下行，PLC开始正记数。M8-低点停机。动作指令原点开关21动合或低点20开关动合。电机35反转，平衡重32下行到碰铁24将原点开关21动合状态时，电机停电并延时T2,只有在原点开关21失灵的情况下碰铁24才能使低点开关20动合，这时PLC报警。M9-原点延时。动作指令T2 = 0T2时间到，开始原点21停机延时Ttl，但如果是在高点26或低点20开关动合报警的情况下Ttl无效，原点21停机是等待故障处理后回到初始状态才能正常运行。PLC要完成泵效计算、PID运算确定Ttl，产油计算累加，冲次数累加，把接近开关36每个脉 冲的载荷值和电流值全行程数据存储以及报警停机等记录存储，全部信息传输到服务器。
权利要求
1.一种高效智能抽油设备，包括抽油机、抽油泵、程序监控器和通信服务器，所述抽油机包括有固定基础的机架(22)，顶部装有双输入和双输出轴伸的减速器(40)，其中一个输入轴伸通过联轴器(41)与自动运行电机(35)联接，联轴器(41)的侧面装有接近开关 (36)；另一输入轴伸装有带同步链轮的失电制动离合器(39)并通过滚子链(38)与手动运行电磁制动电机(37)联接；两个输出轴伸分别装两个绳槽旋向一左一右的卷筒，钢绳 A(25)串过平衡轮A(28)后的双绳分别串过悬绳器(23)两滑轮用绳夹(34)分别固定在两卷筒(29)的外端，向后转动卷筒将钢绳A(25)缠绕在卷筒的绳槽内，把悬绳器(23)提到高点，再将钢绳B(31)串过平衡轮B(30)后的两绳头分别串过平衡重(32)两滑轮再用绳夹分别固定在两卷筒(29)的内端；所述的悬绳器(23)与油杆(2)联接，油杆(2)联接柱塞 (7)，柱塞(7)下端带有游动阀(8)，所述的油杆(2)连接柱塞一同置于油管(1)和泵筒(5) 中，其特征在于泵筒(5)上端和油管(1)之间联接内管(3)，内管(3)之外套装上端有进油排气孔的储油器(4)，其下端和套装在泵筒(5)外的外管(6)联接，外管(6)的下端和泵筒(5)下联接的低阻固定阀下端密封固定联接，储油器(4)和低阻固定阀之间形成环形通道，当柱塞(7)下行时储油器内液面为a，柱塞(7)上行时储油器(4)内的油靠液柱压力推动低阻固定阀球(18)向高位滚动使油进入泵筒，当柱塞(7)到上死点c时，储油器⑷内液面由a降到b后仍保持克服进油阻力b、c之间液位高度，这时要停机给一个油井供液储油器液面回到a的时间Ttl ；所述的机架(22)后侧装有电控箱(33)，其中装有用于自动运行电机(35)、失电制动离合器(39)和手动运行电磁制动电机(37)的主电路和控制电路及通信电路，所述的主电路中装有固态继电器SSR1、SSR2、SSR3和交流接触器KM1、KM2以及手动自动控制电源转换开关SA,所述的控制电路有自动运行和手动运行电路，自动运行电路是以程序控制器PLC为核心配有输入电流互感器及在电控箱(33)之外装在机架(22)上的低点开关(20)、原点开关(21)、高点开关(26)、荷重传感器(27)和接近开关(36)；输出端的三点是控制固态继电器SSR1、SSR2、SSR3的导通和关断，从而控制电机正转、反转和制动器启停动作，实现上下往复运行，完成抽油过程；GPRS-DTU和个人电脑或手机之间通过装在任意地点的服务器以网络通信的方式互相通信实现无限距离远程监控。
2.根据权利要求1所述的高效智能抽油设备，其特征在于所述的低阻固定阀(9)的阀体(12)中装有中心杆(10)，其下端固接阀球限位套筒(19)，其套筒孔径大于阀球(18) 直径，其中心线为横向切与中心杆(10)轴线倾斜夹角小于90°，左低右高，孔内装有阀球 (18)，关闭时和阀体(12)上垂直安装的阀座(17)轴线重合，靠套在中心杆(10)上的调整垫(16)的高度来调整，中心杆(10)上还套装有弹簧座(15)，弹簧(14)、定位体(13)和受压体(U)；当柱塞(7)向下压到受压体(11)时，受压体下移压缩弹簧(14)，重力压在定位体(13)上，这时中心杆(10)上端将游动阀(8)顶开，中心杆下端的阀球限位套筒下压阀球 (18)，使其脱离阀座(17)而无法关闭，实现油管、套管联通，当柱塞(7)上提离开时，弹簧 (14)使其复位。
3.根据权利要求1所述的高效智能抽油设备，其特征在于所述的卷筒(29)，两个绳槽旋向各为一左一右的卷筒分别由卷筒辐板(43)直接安装在减速器的两个输出轴伸上，每个卷筒外端用数个绳夹(34)固定钢绳A(25)的一端，向后转动卷筒提升悬绳器(23)到最高点，这时钢绳A(25)两绳头分别由卷筒外端向内端绕在两个卷筒绳槽上，只余下一个绳槽再用数个绳夹(34)将钢绳B(31)的两个绳头分别固定在两个卷筒的内端，当电机驱动卷筒(29)向前转时，钢绳A(25)由卷筒(29)内端向外端逐渐放出，悬绳器(23)下行，而固定在卷筒内端的钢绳B(31)同步绕上，平衡重(32)上行，一个卷筒A、B两根钢绳交替绕上或放出同时工作。
4.根据权利要求1所述的高效智能抽油设备，其特征在于所述的绳夹(34)由绳夹体 (44)和标准件紧定螺钉(42)构成，绳夹体(44)为一个扇形体，其一侧有扇形槽，扇形槽外圆上有圆弧形沟槽，内圆弧有数个螺孔，它和卷筒端部绳槽配合用紧定螺钉(42)将钢绳压紧在卷筒(29)上。
5.根据权利要求1所述的高效智能抽油设备，其特征在于所述的失电制动离合器(39) 为一定盘，外圆装有同步链轮，内孔用轴承安装在输入轴伸上，摩擦片用齿型花键装在同一输入轴伸上，它随轴旋转， 自动运行时，失电制动离合器(39)定盘通过同步滚子链(38)联接手动运行电机(37)配带的制动器来固定，它成为自动运行电机(35)的制动器；当手动运行电机运转时，制动器处在失电制动状态，同步滚子链带动大链轮的定盘带动制动状态的摩擦片驱动减速器运转，制动器(39)又成为离合器，实现一个减速器不用变速器和离合器的情况下，两个不同作业电机交替驱动。
6.根据权利要求1所述的高效智能抽油设备，其特征在于所述的自动控制是以程序控制器PLC为核心的，给PLC输入用户程序和工作参数，需要实现的控制顺序、功能和要求如下M0-初始状态平衡重在低点，低点开关(20)在动合状态 M1-启动指令操作者给启动执令或Ttl = 0，制动器(39)启动并延时T1 M2-启动上行=T1时间到，自动运行电机(35)启动接近开关(36)发出脉冲信号，PLC从行程值S开始减记数，同时，记录每个脉冲信号的载荷值和电流值，平衡重开始上行，泵柱塞下行M3-泵效监测柱塞下行到荷重W等于计量值P时对应的行程减记数值S1为泵充满值， 泵效Se = S1/SX100% PLC用泵效Se与目标泵效Sa之比进行PID运算 SE/SA > 1下一冲次Ttl减少 SE/SA < 1下一冲次Ttl增加M4-高点停机行程从行程量S减记数到0时，电机停电并延时T2 M5-高点延时T2时间到，制动器(39)停电制动并延时T3 M6-反向启动Τ3时间到，制动器(39)启动并延时T1M7-反转下行=T1时间到，PLC给出反相电源，电机反转平衡重下行记数器从0开始正记数M8-原点停机当平衡重下行到碰铁(24)将原点开关(21)动合时电机停电延时T2 M9-低点延时仏时间到，制动器(39)停电制动开始延时Ttl ；这时PLC要完成泵效计算， PID运算确定Ttl最佳值，产油计算并累加，冲次数累加，把接近开关每个脉冲记录的载荷值、 电流值及全行程数据存储、报警停机和故障查询等全部信息传输到通信服务器，服务器每个冲次全面刷新用户信息。
7.根据权利要求1所述的失电制动离合器(39)，其特征在于基盘(47)通过轴承(46) 安装在减速器输入轴伸(45)上，链轮(48)由螺栓(60)安装在基盘(47)上，制动盘(50) 和安装在减速器输入轴伸(45)上的花键套(58)联接；磁轭(52)中装有环形线圈(54)和多个均等分布的弹簧(59)，其上有衔铁(51)；磁轭(52)和衔铁(51)由安装螺栓(53)安装到基盘(47)上；磁轭(52)后面装有绝缘防护盘(57)，其中心装有中心电接点(56)，其内端和线圈(54)、外端球面和接电弹簧片(55)保持电联接，磁轭(52)和衔铁(51)之间的间隙由安装螺栓(53)和空心螺栓(49)调整；在自动运行时，失电制动离合器(39)得电，制动盘 (50)被松开随轴旋转，和手动运行分离；在自动运行停电后，失电制动离合器(39)失电，通过滚子链(38)借助手动运行电磁 制动电机的制动器而制动；手动运行时，手动运行电磁制动电机(37)得电，同时制动器也得电打开，而失电制动离合器(39)失电在动合状态，驱动减速器及输入轴另一端的联轴器(41)旋转，接近开关(36)照常工作。
全文摘要
本发明公开了一种高效智能抽油设备，包括抽油机、抽油泵和PLC电控系统，所述抽油机包括机架，其上有减速器，其中的一个输入端通过联轴器与自动运行电机联接，其侧面有接近开关；其另一个输入端通过失电制动离合器及滚子链与手动运行电机联接，减速器的两个输出端上装有绳槽旋向相反的两个卷筒，钢丝绳A、B分别绕过悬绳器和平衡重的滑轮后再用绳夹分别固定在两卷筒的内、外两端；其中所述的悬绳器连接的油杆和柱塞一同置于油管和泵筒中，其特征在于泵筒的上端接内管，其下端连接低阻固定阀，内管、泵筒及低阻固定阀三者的外面套装储油器、外管和固定阀密封联接，与固定阀构成抽油通道；储油器中的油靠液柱压力打开低阻固定阀进入泵筒。
文档编号F16D67/02GK102359361SQ201110284900
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者李红, 王忠山 申请人:大连虹桥科技有限公司