專利名稱：一種數(shù)控風能利用抽油與注水聯(lián)合裝置的制作方法
技術(shù)領域：
一種數(shù)控風能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，它屬于石油開采領域，適用于各種油田的石油開采，特別適用于電力不足的邊遠沙漠地區(qū)油田的采油。
在油田的生產(chǎn)中，隨著開采時間的增加，地層壓力下降，絕大多數(shù)油井已不能自噴，而要使用抽油機來提升井下滲出的原油，并需向地下注水，平衡地層壓力。使用抽油機抽油和注水井注水，都需要消耗大量的電能，這大大增加了開采成本，對于如象沙漠油田、海上油田，由于沒有電網(wǎng)覆蓋，要使用自各電站供電，使得開采成本增高。但是，在這些地區(qū)(如沙漠、海濱)有大量的風力資源可以利用。
本實用新型的目的是發(fā)明一種數(shù)控風能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，它可以利用風力資源進行抽油與注水，減少采用成本。
本實用新型的結(jié)構(gòu)如附


圖1所示，在抽油井井口上有塔架1，在塔架1上部有全速稀土數(shù)控電機7、鏈輪6，鏈輪6上跨接有鏈條4，鏈條4的一端接有配重5，另一端與拉桿3相連，在抽油井中有與拉桿3相連的抽油活塞2，其特征在于在塔架1頂端裝有稀土永磁發(fā)電機9和風力轉(zhuǎn)子10，在稀土永磁發(fā)電機9和風力轉(zhuǎn)子10之間有增速器11，稀土永磁發(fā)電機9的輸出端接有整流器件12，在注水井井口接有蓄能壓力容器13，和增壓泵22，增壓泵22由全速稀土數(shù)控電機23帶動，全速稀土數(shù)控電機7和23的輸入端分別連有雙向可逆變頻電源8和20，雙向可逆變頻電源8和20的一端與整流器12的輸出端相連，并接有電壓傳感器26，在近旁有標準工業(yè)控制介面15，標準工作控制介面15通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機14相連，在蓄能壓力容器13中裝有壓力傳感器18和液位傳感器19，在標準工業(yè)控制介面15中插有分別與電壓傳感器26、壓力傳感器18和液位傳感器19相連的測量適配模塊27、16和17，在標準工業(yè)控制介面15中還分別插有與雙向可逆變頻電源8和20相連并對它們進行控制的控制適配模塊24和25。
附
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，30為抽油井，31為注水井。
附圖2為本實用新型在有電網(wǎng)供電地區(qū)使用時的一個實施例。
本實用新型的工作原理如下在本實用新型中，在抽油井井口上有塔架1，在塔架1上部有全速稀土數(shù)控電機7、鏈輪6，鏈輪6上跨接有鏈條4，鏈條4的一端接有配重5，另一端與拉桿3相連，在抽油井中有與拉桿3相連的抽油活塞2。全速稀土數(shù)控電機7、鏈輪6、鏈條4、配重5和抽油活塞構(gòu)成了本實用新型的抽油部分。在塔架1頂端裝有稀土永磁發(fā)電機9和風力轉(zhuǎn)子10，在稀土永磁發(fā)電機9和風力轉(zhuǎn)子10之間有增速器11，稀土永磁發(fā)電機9的輸出端接有整流器件12。稀土永磁發(fā)電機9、風力轉(zhuǎn)子10、增速器11和整流器件12構(gòu)成了本實用新型的能量獲取與轉(zhuǎn)換部分。在注水井井口接有蓄能壓力容器13，和增壓泵22，增壓泵22由全速稀土數(shù)控電機23帶動。蓄能壓力容器13、增壓泵22和全速稀土數(shù)控電機23構(gòu)成了本實用新型的注水部分。全速稀土數(shù)控電機7和23的輸入端分別連有雙向可逆變頻電源8和20，雙向可逆變頻電源8和20的一端與整流器12的輸出端相連，并接有電壓傳感器26，在近旁有標準工業(yè)控制介面15，標準工業(yè)控制介面15通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機14相連，在蓄能壓力容器13中裝有壓力傳感器18和液位傳感器19，在標準工業(yè)控制介面15中插有分別與電壓傳感器26、壓力傳感器18和液位傳感器19相連的測量適配模塊27、16和17，在標準工業(yè)控制介面15中還分別插有與雙向可逆變頻電源8和20相連并對它們進行控制的控制適配模塊24和25。雙向可逆變頻電源8和20、電壓傳感器26、標準工業(yè)控制介面15、中央控制計算機14、壓力傳感器18、液位傳感器19，測量適配模塊27、16和17以及控制適配模塊24和25構(gòu)成了本實用新型的測控和驅(qū)動部分。
由于風力是不恒定的，因此稀土脈磁發(fā)電機9輸出的交流電頻率是變化的。本實用新型使用整流器件12整流的方法輸出，它對發(fā)電機輸出的頻率無要求，因此可以取消掉復雜的機械恒速系統(tǒng)。用使用一個簡單的增速器11使稀土永磁發(fā)電機工作在較高轉(zhuǎn)速范圍，這樣可以減少發(fā)電機9的尺寸。注水井31井口除與增壓泵22相連外，還接有蓄能壓力容器13。蓄能壓力器13為一個耐壓容器，內(nèi)部充有部分壓縮氣體，其下部有注水液體。在工作時，注水井的注水壓力由其內(nèi)部壓縮氣體所保持。而增壓泵22則是在中央控制計算機14的控制下，在電能較多時開啟，向蓄能壓力容器13中注入注水液體，補充蓄能壓力容器13中減少的注水液，也恢復蓄能壓力容器13的壓力。在本實用新型中，抽油活塞2、拉桿3、鏈條4、配重5、鏈輪6、全速稀土電機7和雙向可逆變頻電源8構(gòu)成了采油部分。采用中央控制計算機14，標準工業(yè)控制介面15加適配模塊24的機電一體控制模式。它的抽油活塞2最佳運動曲線由中央控制計算機14存貯，采用定時掃描的方法不斷改變控制雙向可逆變頻電源8的信號值，從而控制抽油活塞2的運動速度，以達到最佳的抽油效率。在中央控制計算機14需要改變抽油活塞2的運動速度時，中央控制計算機14通過標準串行通訊接口發(fā)出選通與雙向可逆變頻電源8相連并對其進行控制的控制適配模塊24的地址選通信號。標準工業(yè)控制介面15在收到地址選通信號后選通相應的控制適配模塊24。控制適配模塊24被選通后，中央控制計算機14發(fā)出抽油活塞2運動速度的改變值，由控制適配模塊24接收、鎖存并經(jīng)D／A變換后控制改變雙向可逆變頻電源8的輸出頻率，從而改變了抽油活塞2的運動速度。在抽油活塞2下降行程中，中央控制計算機14可以用同樣的主法控制雙向可逆變頻電源8處于整流狀態(tài)，把油抽活塞2等的勢能通過數(shù)控全速電機7發(fā)電后回收，達到節(jié)能的目的。在本實用新型中，增壓泵22，全速稀土數(shù)控電機23，雙向可逆變頻電源20和蓄能壓力容器13構(gòu)成了蓄能注水部分。它采用與采油部分和能量獲取與轉(zhuǎn)換部分共用的中央控制計算機14、標準工業(yè)控制介面15加測量和控制適配模塊的機電一體化測控模式，對增壓泵22的工作工況進行控制。在工作時，它與采油控制聯(lián)合，采用定時掃描的方法，中央控制計算機14不斷根據(jù)抽油部分工作工況、采集到的供電電壓以及蓄能壓力容器13中的壓力和液體液位值進行計算，控制增壓泵22的啟停和工作工況。在蓄能壓力容器13中的壓力和液位都低于高限，供電電壓高于低限時，啟動增壓泵22，并控制工況使之吸收供電能量使電壓穩(wěn)定。在抽油部分處于回程時，控制加大增壓泵22工況，吸收回程能量。在抽油部分處于提升，而風力供電處于低位時，中央控制計算機14控制增壓泵22停止工作。中央控制計算機14控制增壓泵22工作工況的方式與中央控制計算機14控制活塞運動的方式一樣，在中央控制計算機14需要改變增壓泵22工作工況時，中央控制計算機14通過標準串行通訊接口發(fā)出選通與雙向可逆變頻電源20相連并對其進行控制的控制適配模塊25的地址選通信號。標準工業(yè)控制介面15在收到地址選通信號后選通相應的控制適配模塊25?？刂七m配模塊25被選通后，中央控制計算機14發(fā)出增壓泵22工作工況的改變值，由控制適配模塊25接收、鎖存并經(jīng)D／A變換后控制改變雙向可逆變頻電源10的輸出頻率，從而改變了增壓泵22工作工況。中央控制計算機14采集電源、電壓值、蓄能壓力容器13中的壓力值和液位數(shù)據(jù)的方法如下中央控制計算機14在采集電壓值時，先通過標準串行通訊接口發(fā)出選通測量模塊27的地址選通信號。標準工作控制介面15在收到地址選通信號后，選通測量適配模塊27。選通后，測量適配模塊27把與之相連的電壓傳感器26測得的電壓值經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后反向送回中央控制計算機14，完成電壓采集任務。采集蓄能壓力容器13壓力和液位的方法與采集電壓值的方法一樣，也是通過選通相應的則量適配模塊15或17后，把相應的傳感器測得的物理量經(jīng)A／D換后反向送回中央計算機14，完成采集。
本實用新型采用在塔架上加裝由發(fā)電機，風力轉(zhuǎn)子組成的能量獲取轉(zhuǎn)換機構(gòu)的方法，把油田地區(qū)的風力資源加以利用，可以降低采用能耗。由于普通采油機也需要有較高的塔架，因此把發(fā)電機，風力轉(zhuǎn)子等置放于上可以減少單獨安裝風力轉(zhuǎn)子的費用，并可以少占地。本實用新型使用中央控制計算機，標準工業(yè)控制介面加適配模塊這種機電一體化模式對抽油活塞的運動進行控制，可以使用抽油活塞按最佳運動曲線運動，有最佳抽油效率。
本實用新型使用中央控制計算機對注水增壓泵進行控制，使用蓄能壓力容器來調(diào)節(jié)由于抽油機活塞變工況運動和風力發(fā)電功率波動，解決了變工況工作對能源的特殊要求。
本實用新型可以在無電網(wǎng)供電的油田中使用，為克服風力變化的影響，蓄能壓力容器13的容量可大一些。本實用新型如果在有電網(wǎng)供電的油田中使用時，也可以采用整流器件12輸出端接有另一個雙向可逆變頻電源29，雙向可逆變頻電源29的交流端與電網(wǎng)相連。在標準工業(yè)控制介面15中插有與雙向可逆變頻電源29相連并對其進行控制的控制適配模塊28。通過增加與電網(wǎng)的連接，當風速小，其風力發(fā)電量不足以供抽油電機時，由電網(wǎng)補充供而。而當風速大，風力發(fā)電量大于抽油電機及注水的需要時，反送到電網(wǎng)中，使用電網(wǎng)進行緩沖。
在加裝有與電網(wǎng)相連雙向可逆可頻電源29和測量模塊28的本實用新型中，中央控制計算除完成上述對抽油機部分和注水部分的控制外，還通過蓄能壓力容器13壓力和液位值計算出已蓄注水能量，在蓄備能量超過一定值后，通過選通控制適配模塊28控制雙向可逆變頻電源29處于逆變狀態(tài)向電網(wǎng)供電，讓電網(wǎng)吸收多余電能。而在風力發(fā)電供電不足時，控制雙向可逆變頻電29處于整流狀態(tài)，由電網(wǎng)補充供電。
本實用新型中的蓄量壓力容器13為可以承受一定壓力的耐壓容器，一般應能承受20～50個大氣壓(2～5×106N／M2)。耐壓容器應豎直安放，可以使用自由液面式，由注水液體和壓縮氣體自由形成液面。也可以使用活塞式，使用在耐壓容器中設置一個可以上下移動的活塞，把耐壓容器分隔為上部的氣腔和下部的液腔。本實用新型中的蓄能壓力容器13，可以有多個并聯(lián)，以增大蓄能能力。為減少壓力波動。可以增大蓄能壓力容器13中氣腔的容積，甚至可以采用在氣腔上部通過管路加接壓縮氣瓶的方法。本實用新型中的蓄能壓力容器13應按耐壓規(guī)范設置。
本實用新型中的雙向可逆變頻電源8、20和可接有的雙向可逆變頻電源29可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆變器，也可以使用如專利號為CNZL89104235的一種在功率數(shù)控調(diào)壓與變流裝置，還可以使用如專利號為CNZL89104964或是CNZL90202757或是CNZL90203323的專利，功率數(shù)據(jù)需要確定。
本實用新型中的風力轉(zhuǎn)子10和增速器11可以按常規(guī)風力發(fā)電系統(tǒng)設計，也可以使用如專利號為CNZL93217229、CNZL93219987的專利和如專利申請?zhí)枮镃N93107757的專利申請。增速器11按一般變速箱設計，可以是兩級或是3級的。
本實用新型中抽油機部分，可以采用專利號為CNZL92200003的專利。稀土永磁發(fā)電機8和23可以選用專利號為CHZL91203427的專利。
本實用新型中，標準工業(yè)控制介面15可以選用美國ME公司(MECHATRONICEQUIPMENTINC.)的I／O32，或是美國OPTO22公司的PB16AH。中央控制計算機14可以選用美國OPTO22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS－1工業(yè)過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。適配模塊27、16和17可以采用OPTO22公司的AD3或類似的A／D轉(zhuǎn)換模塊。適配模塊24、25和可加有的適配模塊28可選用OPTO22公司的DA3或類似的D／A轉(zhuǎn)換模塊。
本實用新型中的增壓泵可以使用普通的葉片泵、蝸桿泵或是柱塞泵，也可以使用如專利號為CNZL91217569及CNZL92205183的產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控風能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，在抽油井井口上有塔架(1)，在塔架(1)上部有全速稀土數(shù)控電機(7)、鏈輪(6)，鏈輪(6)上跨接有鏈條(4)，鏈條(4)的一端接有配重(5)，另一端與拉桿(3)相連，在抽油井中有與拉桿(3)相連的抽油活塞(2)，其特征在于在塔架(1)頂端裝有稀土永磁發(fā)電機(9)和風力轉(zhuǎn)子(10)，在稀土永磁發(fā)電機(9)和風力轉(zhuǎn)子(10)之間有增速器(11)，稀土永磁發(fā)電機(9)的輸出端接有整流器件(12)，在注水井井口接有蓄能壓力容器(13)，和增壓泵(22)，增壓泵(22)由全速稀土數(shù)控電機(23)帶動，全速稀土數(shù)控電機(7)和(23)的輸入端分別連有雙向可逆變頻電源(8)和(20)，雙向可逆變頻電源(8)和(20)的一端與整流器(12)的輸出端相連，并接有電壓傳感器(26)，在近旁有標準工業(yè)控制介面(15)，標準工作控制介面(15)通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機(14)相連，在蓄能壓力容器(13)中裝有壓力傳感器(18)和液位傳感器(19)，在標準工業(yè)控制介面(15)中插有分別與電壓傳感器(26)、壓力傳感器(18)和液位傳感器(19)相連的測量適配模塊(27)、(16)和(17)，在標準工業(yè)控制介面(15)中還分別插有與雙向可逆變頻電源(8)和(20)相連并對它們進行控制的控制適配模塊(24)和(25)。
專利摘要一種數(shù)控風能利用抽油與注水聯(lián)合裝置，有塔架、全速稀土數(shù)控電機等，其特征在于在塔架頂端裝有由稀土永磁發(fā)電機、風力轉(zhuǎn)子等組成的能量獲取轉(zhuǎn)換機構(gòu)，在注水井井口接有由蓄能壓力容器、增壓泵等組成的注水蓄能部分，有由標準工業(yè)控制介面、中央控制計算機等組成的測控部分。采用在塔架上加裝能量獲取轉(zhuǎn)換機構(gòu)的方法，利用油田地區(qū)的風力資源，降低采用能耗。使用測控部分對注水增壓泵進行控制，用蓄能壓力容器來調(diào)節(jié)由于抽油機活塞變工況運動和風力發(fā)電功率波動，解決了變工況工作對能源的特殊要求。
文檔編號E21B43/16GK2215019SQ9421918
公開日1995年12月13日 申請日期1994年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月23日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠