CN105156074A - 采用液压绞车的多井试采设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用液压绞车的多井试采设备。包括两级的抽油支架，驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸；还包括多个结构相同的试采单元和动力单元；动力单元中变量泵和溢流阀，控制泵，液压油箱分别通过各自的三个为一组的多组快换接头与各试采单元连接，形成恒压网络。恒压网络为每一个试采单元提供高压油液，内部液压系统压力和流量由各自的液压变压器和电磁卸荷阀调节，独立地调节冲程冲次。液压变压器和低速大扭矩液压马达作为主驱动元件，高速液压泵/马达和蓄能器作为液压配重，低速大扭矩液压马达和高速液压泵/马达共同驱动绞车转动，带动抽油杆上下运动，完成试采作业。本发明具有载荷能力大、冲程冲次无级调节、适应性好和效率高等特点。

Description

采用液压绞车的多井试采设备

技术领域

本发明涉及一种试采设备，尤其是涉及油田有杆泵试采地面驱动设备的一种采用液压绞车的多井试采设备。

背景技术

试采作为石油开采过程的关键环节之一，对于油田开发具有重要作用。试采是对油田进行小规模或短时间的生产。试采的目的在于探明某区域是否存在工业性油气流、验证储层的含油气面积和油水边界以及油藏的产油能力、取得各分层测试资料及流体性质、为计算油田储量和编制开发方案提供依据。

阶段我国鲜有用于试采的专用设备，大多利用抽油机来实现试采作业。游梁式抽油机是目前常用的抽油设备，但由于其体积庞大、冲程冲次调节性差，并不适用于试采工况。现有少数油田采用无游梁式抽油机，该种抽油机用于试采作业时冲程冲次可调，但多为固定结构，质量、体积均较大，不便于运输。且现有技术多数只适用于单一油井抽油作业，或对油井数量和布局有特定要求，工况适应性较差。采用液压绞车的多井试采设备利用电液技术，实现冲程冲次调节范围大、载荷适应性好、整机可控性强等优点。同时，试采设备集成度高，体积和重量小，安装于撬装底座上，运输方便，可同时对多个油井进行试采作业。

经过对现有技术的检索发现，授权公告号为CN101603415B的中国发明专利公开了一种多井抽油机，它利用驱动单元驱动转轴运动，通过钢丝绳带动若干对抽油杆上下运动完成抽油作业。但该抽油机仅适用于偶数个井口，每一对抽油执行单元互成180°对称设置于转轴两侧，所有油井抽油过程的冲程冲次完全相同且冲程无法调节。

授权公告号为CN103742490A的中国发明专利公开了一种混合动力抽油机，它利用变频电机作为主驱动元件，利用液压泵/马达连接蓄能器作为液压配重。但该抽油机仅适用于一个井口的抽油作业，无法同时对多个油井进行抽油作业。

发明内容

针对背景技术领域中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种采用液压绞车的多井试采设备，可用于多井试采作业，具有效率高、冲程冲次可调、载荷适应性好、油井之间无相互影响、结构简单、集成度高、便于运输等优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明包括两级的抽油支架，驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸；还包括多个结构相同的试采单元和动力单元；动力单元中变量泵和溢流阀，控制泵，液压油箱的油路分别通过各自的三个为一组的多组快换接头与各自的试采单元连接，形成恒压网络。

所述动力单元：包括动力单元可编程逻辑控制器、控制泵电机、控制泵、变量泵电机、变量泵、溢流阀、液压油箱和三个为一组的多组快换接头；变量泵电机接变量泵，变量泵高压油出口和溢流阀进油口与每一组的第一快换接头的一端连接，液压油箱的油路与每一组的第三快换接头的一端连接；控制泵电机与控制泵连接，控制泵高压油出口与每一组的第二快换接头的一端连接；动力单元可编程逻辑控制器的一路与变量泵电连接。

所述多个结构相同的试采单元：均包括驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸、支架油缸、两个三位四通换向阀、试采单元可编程逻辑控制器、液压变压器、两位三通换向阀、低速大扭矩液压马达、转速传感器、绞车、截止阀、蓄能器、高速液压泵/马达和电磁卸荷阀。

在每一个动力单元中的第一快换接头的另一端与两个三位四通换向阀的P口和液压变压器的高压油口连接，两个三位四通换向阀的T口通过第三快换接头的另一端连接液压油箱，第一三位四通换向阀的A、B口分别连接驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸的有杆腔和无杆腔，第二三位四通换向阀的A、B口分别连接支架油缸的有杆腔和无杆腔；液压变压器的两个压力油出口分别接低速大扭矩液压马达的两个油口和两位三通换向阀的A、B口，液压变压器的变量机构的进油口和回油口分别通过第二快换接头的另一端和第三快换接头的另一端连接控制泵高压油出口和液压油箱；低速大扭矩液压马达连接绞车的一端，高速液压泵/马达通过行星齿轮减速器连接绞车的另一端，高速液压泵/马达高压油口分别连接电磁卸荷阀，通过截止阀连接蓄能器，低压油口通过第三快换接头的另一端连接液压油箱；转速传感器安装在绞车上，试采单元可编程逻辑控制器通过电缆连接两个三位四通换向阀、液压变压器变量机构电磁阀、两位三通换向阀、转速传感器和电磁卸荷阀，每个试采单元可编程逻辑控制器通过各自电缆与动力单元可编程逻辑控制器连接；支架油缸底端铰接在试采单元撬装底座上，活塞杆顶端铰接在抽油支架底部，钢丝绳一端缠绕在绞车上，另一端跨过抽油支架的滑动支架顶端的滑轮连接悬绳器。

动力单元中的控制泵电机、控制泵、变量泵电机、变量泵、液压油箱、柴油发电机和控制柜安装在动力单元撬装底座上。

试采单元中的抽油支架、绞车、液压蓄能器和控制箱安装在试采单元撬装底座上。

所述快换接头由两个单向阀的出油口串接而成，一个单向阀进油口连接于动力单元中，另一个单向阀进油口连接于试采单元中。

所述试采单元可编程逻辑控制器、两个三位四通换向阀和两位三通换向阀安装在控制箱内。

所述试采单元中的绞车为双出轴绞车。

本发明具有的有益效果是：

本发明恒压网络为每一个试采单元提供高压油液，每一个试采单元内部液压系统压力和流量由各自的液压变压器和电磁卸荷阀调节，从而独立地调节冲程冲次，不受其他试采单元的影响。采用液压变压器和低速大扭矩液压马达作为主驱动元件，采用高速液压泵/马达和蓄能器作为液压配重，低速大扭矩液压马达和高速液压泵/马达共同驱动绞车转动，通过钢丝绳带动抽油杆上下运动，完成试采作业。本发明可同时对多个油井进行试采作业，具有载荷能力大、结构紧凑、冲程冲次无级调节、适应性好和效率高等特点。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是本发明试采单元在试采作业时的结构主视图。

图3是本发明试采单元在试采作业时的结构右视图。

图4是本发明试采单元在运输时的结构主视图。

图5是本发明动力单元的结构主视图。

图6是本发明试采作业时的俯视图。

图中：1、驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸，2、三位四通换向阀，3、支架油缸，4、试采单元可编程逻辑控制器，5、液压变压器，6、两位三通换向阀，7、低速大扭矩液压马达，8、转速传感器，9、绞车，10、截止阀，11、蓄能器，12、高速液压泵/马达，13、电磁卸荷阀，14、快换接头，15、动力单元可编程逻辑控制器，16、控制泵电机，17、控制泵，18、变量泵电机，19、变量泵，20、溢流阀，21、液压油箱，22、滑轮，23、钢丝绳，24、抽油支架，25、悬绳器，26、试采单元撬装底座，27、控制箱，28、柴油发电机，29、控制柜，30、动力单元撬装底座。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括两级的抽油支架24，驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸1；其特征在于：还包括多个结构相同的试采单元A和动力单元B；动力单元B中变量泵19和溢流阀20，控制泵17，液压油箱21的油路分别通过各自的三个为一组的多组快换接头与各自的试采单元A连接，形成恒压网络。恒压网络为每一个试采单元提供高压油液，每一个试采单元内部液压系统压力和流量由各自的液压变压器5和电磁卸荷阀13调节，从而独立地调节冲程冲次，不受其他试采单元的影响。

如图1所示，所述动力单元B：包括动力单元可编程逻辑控制器15、控制泵电机16、控制泵17、变量泵电机18、变量泵19、溢流阀20、液压油箱21和三个为一组的多组快换接头14；变量泵电机18接变量泵19，变量泵19高压油出口和溢流阀20进油口与每一组的第一快换接头的一端连接，液压油箱21的油路与每一组的第三快换接头的一端连接；控制泵电机16与控制泵17连接，控制泵17高压油出口与每一组的第二快换接头的一端连接；动力单元可编程逻辑控制器15的一路与变量泵19电连接。

如图1～6所示，所述多个结构相同的试采单元A：均包括驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸1、支架油缸3、两个三位四通换向阀2、试采单元可编程逻辑控制器4、液压变压器5、两位三通换向阀6、低速大扭矩液压马达7、转速传感器8、绞车9、截止阀10、蓄能器11、高速液压泵/马达12和电磁卸荷阀13。

在每一个动力单元B中的第一快换接头的另一端与两个三位四通换向阀2的P口和液压变压器5的高压油口连接，两个三位四通换向阀2的T口通过第三快换接头的另一端连接液压油箱21，第一三位四通换向阀2的A、B口分别连接驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸1的有杆腔和无杆腔，第二三位四通换向阀2的A、B口分别连接支架油缸3的有杆腔和无杆腔；液压变压器5的两个压力油出口分别接低速大扭矩液压马达7的两个油口和两位三通换向阀6的A、B口，液压变压器5的变量机构的进油口和回油口分别通过第二快换接头的另一端和第三快换接头的另一端连接控制泵17高压油出口和液压油箱21；低速大扭矩液压马达7连接绞车9的一端，高速液压泵/马达12通过内置的行星齿轮减速器连接绞车9的另一端，高速液压泵/马达12高压油口分别连接电磁卸荷阀12，通过截止阀10连接蓄能器11，低压油口通过第三快换接头的另一端连接液压油箱21；转速传感器8安装在绞车9上，试采单元可编程逻辑控制器4通过电缆连接两个三位四通换向阀2、液压变压器5变量机构电磁阀、两位三通换向阀6、转速传感器8和电磁卸荷阀13，每个试采单元可编程逻辑控制器4通过各自电缆与动力单元可编程逻辑控制器15连接；支架油缸3底端铰接在试采单元撬装底座26上，活塞杆顶端铰接在抽油支架24底部，钢丝绳23一端缠绕在绞车9上，另一端跨过抽油支架24的滑动支架顶端的滑轮22连接悬绳器25。

如图5所示，动力单元B中的控制泵电机16、控制泵17、变量泵电机18、变量泵19、液压油箱21、柴油发电机28和控制柜29安装在动力单元撬装底座30上。

如图4所示，试采单元A中的抽油支架24、绞车9、液压蓄能器11和控制箱27安装在试采单元撬装底座26上。

如图1所示，所述快换接头由两个单向阀的出油口串接而成，一个单向阀进油口连接于动力单元B中，另一个单向阀进油口连接于试采单元A中。

所述试采单元可编程逻辑控制器4、两个三位四通换向阀和两位三通换向阀6安装在控制箱27内。蓄能器11和高速液压泵/马达12在绞车上形成配重力。

所述试采单元A中的绞车9为双出轴绞车。

如图4所示，设备所有元件集成于撬装底座上，可无需拆解直接由货车搬运；试采作业时，只需通过地脚螺钉将撬装底座固定于井口旁的地面，无需建设地基。

本发明的工作过程如下：

一、试采前准备

进行试采作业前，将多个试采单元(图6中为5个)置于每个井口，通过地脚螺钉将试采单元撬装底座26固定于地面，将每个试采单元的快换接头与动力单元对应快换接头连接。开启柴油发电机28或将设备与电源连接，由变量泵电机18带动变量泵19同步转动，动力单元可编程逻辑控制器15向变量泵19的变量机构输出控制信号以调节变量泵19的输出流量。依次将每个试采单元的第二三位四通换向阀置于右位，变量泵19向支架油缸3无杆腔充液，支架油缸3活塞杆伸出并支承抽油支架24竖起。抽油支架24竖起后，将第二三位四通换向阀置于中位，并依次将每个试采单元的第一三位四通换向阀置于右位，变量泵19向驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸1无杆腔充液，驱动滑动支架伸缩的液压缸1活塞杆伸出并驱动滑动抽油支架伸出。滑动抽油支架完全伸出后，将第一三位四通换向阀置于中位。

二、抽油杆下行：

试采单元可编程逻辑控制器4根据人工输入的工作参数和实际工况，输出控制信号给液压变压器5和两位三通换向阀6，使低速大扭矩液压马达7转动。液压变压器5的输出流量按照梯形规划曲线变化，避免了换向时的液压冲击，同时使抽油杆平稳运动。当试采单元可编程逻辑控制器4通过转速传感器8的信号计算出抽油杆已经达到上行预定冲程时，试采单元可编程逻辑控制器4给液压变压器5输出减小流量信号，使低速大扭矩液压马达7带动绞车9减速。当转速传感器8检测到绞车9转速为零时，两位三通换向阀6切换位置，同时增加液压变压器5的输出流量，使低速大扭矩液压马达7带动绞车9加速转动至设定转速值，绞车9通过钢丝绳23带动抽油杆下降。抽油杆重力通过钢丝绳23作用在绞车9上，与低速大扭矩液压马达7共同驱动高速液压泵/马达12转动，向蓄能器11中充入高压油液，从而将电机所做功和抽油杆重力势能回收，减小了装机功率。

三、抽油杆上行：

当试采单元可编程逻辑控制器4通过转速传感器8的信号计算出抽油杆已达到下行预定冲程时，试采单元可编程逻辑控制器4给液压变压器5输出减小流量信号，使低速大扭矩液压马达7带动绞车9减速。当转速传感器8检测到绞车9转速为零时，两位三通换向阀6切换位置，同时增加液压变压器5的输出流量，使低速大扭矩液压马达7反向加速至设定转速值；蓄能器11内的高压油液驱动高速液压泵/马达12反向转动，低速大扭矩液压马达7和高速液压泵/马达12共同驱动绞车9通过钢丝绳23带动悬绳器25上升，从而驱动连接于悬绳器25下方的抽油杆上升。抽油杆上升将油井内的石油开采至地面，从而完成一次工作循环。高速液压泵/马达12和蓄能器11共同组成液压配重。重复第二、三步骤使抽油杆不断上下运动，直至试采作业完成。

四、试采后操作

试采作业结束后，依次将各试采单元第一三位四通换向阀置于左位，变量泵19通过第一三位四通换向阀向驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸1有杆腔充液，使驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸1活塞杆带动抽油支架缩回。当滑动抽油支架缩回后，将第一三位四通换向阀置于中位，同时依次将各试采单元第二三位四通换向阀置于左位，变量泵19通过第二三位四通换向阀向支架油缸3有杆腔充液，支架油缸3活塞杆带动抽油支架24倒下。抽油支架24倒下后，将第二三位四通换向阀置于中位，并关闭柴油发电机28或切断外部供电电源，即可将试采设备整体运输至下一工作地点。

Claims (8)

1.一种采用液压绞车的多井试采设备，包括两级的抽油支架（24），驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸（1）；其特征在于：还包括多个结构相同的试采单元（A）和动力单元（B）；动力单元（B）中变量泵（19）和溢流阀（20），控制泵（17），液压油箱（21）的油路分别通过各自的三个为一组的多组快换接头与各自的试采单元（A）连接，形成恒压网络。

2.根据权利要求1所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，其特征在于：所述动力单元（B），包括动力单元可编程逻辑控制器（15）、控制泵电机（16）、控制泵（17）、变量泵电机（18）、变量泵（19）、溢流阀（20）、液压油箱（21）和三个为一组的多组快换接头；变量泵电机（18）接变量泵（19），变量泵（19）高压油出口和溢流阀（20）进油口与每一组的第一快换接头的一端连接，液压油箱（21）的油路与每一组的第三快换接头的一端连接；控制泵电机（16）与控制泵（17）连接，控制泵（17）高压油出口与每一组的第二快换接头的一端连接；动力单元可编程逻辑控制器（15）的一路与变量泵（19）电连接。

3.根据权利要求1所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，，其特征在于：所述多个结构相同的试采单元（A），均包括驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸（1）、支架油缸（3）、两个三位四通换向阀、试采单元可编程逻辑控制器（4）、液压变压器（5）、两位三通换向阀（6）、低速大扭矩液压马达（7）、转速传感器（8）、绞车（9）、截止阀（10）、蓄能器（11）、高速液压泵/马达（12）和电磁卸荷阀（13）；

在每一个动力单元（B）中的第一快换接头的另一端与两个三位四通换向阀的P口和液压变压器（5）的高压油口连接，两个三位四通换向阀的T口通过第三快换接头的另一端连接液压油箱（21），第一三位四通换向阀的A、B口分别连接驱动滑动抽油支架伸缩的液压缸（1）的有杆腔和无杆腔，第二三位四通换向阀的A、B口分别连接支架油缸（3）的有杆腔和无杆腔；液压变压器（5）的两个压力油出口分别接低速大扭矩液压马达（7）的两个油口和两位三通换向阀（6）的A、B口，液压变压器（5）的变量机构的进油口和回油口分别通过第二快换接头的另一端和第三快换接头的另一端连接控制泵（17）高压油出口和液压油箱（21）；低速大扭矩液压马达（7）连接绞车（9）的一端，高速液压泵/马达（12）通过行星齿轮减速器连接绞车（9）的另一端，高速液压泵/马达（12）高压油口分别连接电磁卸荷阀（12），通过截止阀（10）连接蓄能器（11），低压油口通过第三快换接头的另一端连接液压油箱（21）；转速传感器（8）安装在绞车（9）上，试采单元可编程逻辑控制器（4）通过电缆连接两个三位四通换向阀、液压变压器（5）变量机构电磁阀、两位三通换向阀（6）、转速传感器（8）和电磁卸荷阀（13），每个试采单元可编程逻辑控制器通过各自电缆与动力单元可编程逻辑控制器（15）连接；支架油缸（3）底端铰接在试采单元撬装底座（26）上，活塞杆顶端铰接在抽油支架（24）底部，钢丝绳（23）一端缠绕在绞车（9）上，另一端跨过抽油支架（24）的滑动支架顶端的滑轮（22）连接悬绳器（25）。

4.根据权利要求2所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，其特征在于：动力单元（B）中的控制泵电机（16）、控制泵（17）、变量泵电机（18）、变量泵（19）、液压油箱（21）、柴油发电机（28）和控制柜（29）安装在动力单元撬装底座（30）上。

5.根据权利要求3所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，其特征在于：试采单元（A）中的抽油支架（24）、绞车（9）、液压蓄能器（11）和控制箱（27）安装在试采单元撬装底座（26）上。

6.根据权利要求1所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，其特征在于：所述快换接头由两个单向阀的出油口串接而成，一个单向阀进油口连接于动力单元（B）中，另一个单向阀进油口连接于试采单元（A）中。

7.根据权利要求3所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，其特征在于：所述试采单元可编程逻辑控制器（4）、两个三位四通换向阀和两位三通换向阀（6）安装在控制箱（27）内。

8.根据权利要求3所述的一种采用液压绞车的多井试采设备，其特征在于：所述试采单元（A）中的绞车（9）为双出轴绞车。