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基本信息
- 項目名稱：
- 抽油桿柱旋轉(zhuǎn)式柱塞泵抽油系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 我們設(shè)計了一種抽油桿柱旋轉(zhuǎn)式柱塞泵抽油系統(tǒng)，采用地面驅(qū)動設(shè)備帶動抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，通過井下中間的動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動，從而帶動柱塞泵的柱塞上、下往復(fù)運動實現(xiàn)抽油。 該系統(tǒng)有效地解決了常規(guī)的抽油機——柱塞泵采油系統(tǒng)和螺桿泵采油系統(tǒng)各自存在的嚴(yán)重缺點，且兼有兩個抽油系統(tǒng)的優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、傳遞效率高、能量損耗小、井深適應(yīng)性強，是對我國采油傳統(tǒng)裝置的一大創(chuàng)新與突破
- 詳細(xì)介紹：
- 目前機械采油法是已成為主要的采油方法，而常規(guī)的抽油機——柱塞泵采油系統(tǒng)和螺桿泵采油系統(tǒng)均各自存在嚴(yán)重的缺點。 我們設(shè)計了一種抽油桿柱旋轉(zhuǎn)式柱塞泵抽油系統(tǒng)，采用地面旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置帶動驅(qū)動頭繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，并帶動井下抽油桿柱繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，通過井下的中間動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)將單向旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成往復(fù)直線運動，從而帶動柱塞泵的柱塞上、下往復(fù)運動實現(xiàn)抽油。該系統(tǒng)由配電箱控制電動機工作，電動機通過皮帶傳動帶動錐齒輪傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動，垂直錐齒輪帶動方卡、光桿及抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，抽油桿柱通過接箍與動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)的上法蘭連接，上法蘭、軸套及套筒用螺釘固定在外筒上，上面套有滾子的導(dǎo)向塊螺釘固定在軸套上，同時嵌入凸輪軸上的循環(huán)軌跡內(nèi)，當(dāng)抽油桿通過上法蘭及外筒帶動軸套旋轉(zhuǎn)時，導(dǎo)向塊螺釘上的滾子隨軸套旋轉(zhuǎn)的同時也在凸輪軸上的循環(huán)軌跡內(nèi)運動，由于凸輪軸下部裝有導(dǎo)向滑鍵，固定的滑鍵套限制了導(dǎo)向滑鍵轉(zhuǎn)動，保證滾子在凸輪軸上的循環(huán)軌跡內(nèi)運動的同時帶動凸輪軸上下往復(fù)運動，從而帶動抽油泵柱塞上下往復(fù)運動，使柱塞泵舉升原油。 首次將運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置在直徑小于80mm的井筒內(nèi)，并且實現(xiàn)電機單向旋轉(zhuǎn)就可以使核心部件凸輪軸上下往復(fù)運動。其應(yīng)用價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電機換向才能使螺桿上下往復(fù)運動的動力轉(zhuǎn)換方式。該系統(tǒng)有效地解決了抽油機——柱塞泵舉升系統(tǒng)存在桿管偏磨、抽油機地面設(shè)備總重量大、舉升抽油桿做無用功的問題，避免了螺桿泵抽油系統(tǒng)定子與轉(zhuǎn)子橡膠——鋼體過盈摩擦導(dǎo)致壽命相對較短、井下溫度過高還會導(dǎo)致密封失效，而且兼有柱塞泵舉升系統(tǒng)和螺桿泵采油裝置的優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、傳遞效率高、能量損耗小、井深適應(yīng)性強，是對我國采油傳統(tǒng)裝置的一大創(chuàng)新與突破。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的：利用動力轉(zhuǎn)換器提供一種能同時克服螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子橡膠鋼體過盈摩擦導(dǎo)致壽命相對較短、井下溫度過高時導(dǎo)致密封失效和抽油機舉升系統(tǒng)地面設(shè)備總重量大、存在做舉升抽油桿的無用功等問題，且保留以上兩種抽油裝置優(yōu)點的抽油系統(tǒng)。 基本思路：地面部分采用螺桿泵地面驅(qū)動裝置作為動力，在地面與動力轉(zhuǎn)換器之間采用螺桿泵井的抽油桿設(shè)計技術(shù)，其關(guān)鍵部件動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)的上端與旋轉(zhuǎn)的抽油桿柱連接，下端通過接頭與抽油泵的柱塞連接。在轉(zhuǎn)換機構(gòu)核心部件凸輪軸的表面互成180度設(shè)置兩條封閉擺線（或多項式曲線）循環(huán)軌跡，軸套內(nèi)壁固定導(dǎo)向塊螺釘，導(dǎo)向塊螺釘上套有滾子，滾子嵌入凸輪軸上的循環(huán)軌跡內(nèi)，軸套通過外筒和上法蘭與上部的抽油桿連接進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，帶動導(dǎo)向塊螺釘及滾子沿凸輪軸上的循環(huán)軌跡旋轉(zhuǎn)，由于固定于凸輪軸上的導(dǎo)向滑鍵被固定的滑鍵套限制了旋轉(zhuǎn)，使凸輪軸只能上下往復(fù)運動，從而帶動下部柱塞進(jìn)行上下往復(fù)運動來舉升液體，實現(xiàn)抽油。下部采用常規(guī)柱塞泵抽油。 創(chuàng)新點：首次將運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置在直徑小于80mm的井筒內(nèi)，并且實現(xiàn)電機單向旋轉(zhuǎn)就可以使核心部件凸輪軸上下往復(fù)運動。從而達(dá)到既克服了螺桿泵、柱塞泵的缺點又保留了它們的優(yōu)點的目的，其應(yīng)用價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電機換向才能使螺桿上下往復(fù)運動的動力轉(zhuǎn)換方式。 技術(shù)關(guān)鍵和指標(biāo)：1、在直徑不大于80毫米的油管內(nèi)設(shè)置動力轉(zhuǎn)換器，并保證強度和壽命達(dá)到工程實際要求；2、圓柱凸輪軸上的曲線槽設(shè)計、滾子設(shè)計等在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面具有相當(dāng)高的難度
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 現(xiàn)有技術(shù)：有桿抽油機械是我國主要的抽油設(shè)備：抽油機—抽油泵舉升系統(tǒng)存在桿管偏磨、地面設(shè)備總重量大、舉升抽油桿做無用功的問題；螺桿泵抽油系統(tǒng)存在定子與轉(zhuǎn)子橡膠—鋼體過盈摩擦導(dǎo)致壽命相對較短、井下溫度過高導(dǎo)致密封失效等問題，特別是深井抽油工況下問題較多。 創(chuàng)新與突破：本抽油系統(tǒng)，采用地面驅(qū)動設(shè)備帶動抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，通過井下的中間動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動，從而帶動柱塞泵的柱塞上、下往復(fù)運動實現(xiàn)抽油。 該系統(tǒng)兼有柱塞泵舉升系統(tǒng)和螺桿泵采油裝置的優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、傳遞效率高、能量損耗小、井深適應(yīng)性強，而且有效地避免了以上現(xiàn)有采油裝置的缺點，是對我國采油傳統(tǒng)裝置的一大創(chuàng)新與突破。 可行性分析：本抽油裝置中，動力提供部分采用螺桿泵采油裝置的地面驅(qū)動設(shè)備及抽油桿設(shè)計技術(shù)，該技術(shù)目前已相當(dāng)成熟。井下抽油部分所采用的柱塞泵舉升技術(shù)在國內(nèi)外已相當(dāng)成熟。本課題重點在于運動及動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)部分，這部分只要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，關(guān)鍵部件采用高強度且耐磨性好的材料，應(yīng)該能達(dá)到工程實際的要求
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 燕山大學(xué)第十五屆“世紀(jì)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無，可商談
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、圖片、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：本發(fā)明一般適合需機械采油且含砂量少的油井中，油管管徑一般較大,井深適應(yīng)性比較強。 技術(shù)特點和優(yōu)勢：將運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)置在直徑小于80mm的井筒內(nèi)，并且實現(xiàn)電機單向旋轉(zhuǎn)就可以使核心部件凸輪軸上下往復(fù)運動，從而帶動柱塞泵的柱塞上、下往復(fù)運動實現(xiàn)抽油。該系統(tǒng)兼有柱塞泵舉升系統(tǒng)和螺桿泵采油裝置的優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、傳遞效率高、能量損耗小、井深適應(yīng)性強，而且有效地避免了現(xiàn)有采油裝置的缺點，是對我國采油傳統(tǒng)裝置的一大創(chuàng)新與突破。 應(yīng)用及前景：本發(fā)明應(yīng)用在需進(jìn)行機械采油的油井中，用以取代螺桿泵和游梁式抽油機—柱塞泵，提高了傳遞效率，有效減少了能量消耗，增加了經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)構(gòu)簡單，可以大幅度的降低地面設(shè)備的產(chǎn)能建設(shè)投資，具有廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 常規(guī)的抽油機——柱塞泵舉升技術(shù)在國內(nèi)外已相當(dāng)成熟，其中的往復(fù)式柱塞泵具有工作可靠，皮實耐用的特點，已被廣泛采用。其缺點是：該系統(tǒng)中由于抽油桿柱下行時受到軸向壓力，常常發(fā)生屈曲變形，造成桿管偏磨嚴(yán)重，而且抽油機地面設(shè)備總重量大，耗能多。 目前螺桿泵采油技術(shù)也相當(dāng)成熟，它具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、安裝方便、節(jié)能、管理費用低的特點。而且占地面積小，初期投資少。其缺點是：螺桿泵抽油系統(tǒng)的井下抽油部分存在定子與轉(zhuǎn)子橡膠——鋼體過盈摩擦導(dǎo)致壽命相對較短、井下溫度過高還會導(dǎo)致密封失效等問題，這方面的問題隨著井深的增加越發(fā)嚴(yán)重而且難以解決，因而限制了螺桿泵抽油的應(yīng)用范圍。 我們設(shè)計了一種新的抽油裝置，用往復(fù)式柱塞泵取代螺桿泵抽油系統(tǒng)的井下抽油部分，集合上述兩種抽油方式的優(yōu)點，克服其缺點。目前已有令電機換向使螺桿上下往復(fù)運動的動力轉(zhuǎn)換方式，但是電機易損，實際應(yīng)用效果很差，效率很低。我們設(shè)計了動力轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)了機械換向。文獻(xiàn)[1]、[2]中介紹了旋轉(zhuǎn)與直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，但是在直徑不大于80毫米的上千米井下的狹小空間中使用國內(nèi)尚屬空白。 參考文獻(xiàn)： 1.旋轉(zhuǎn)／直線運動轉(zhuǎn)換器．專利號 95193297．7 2.無曲軸式往復(fù)與旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)換機構(gòu)及其發(fā)動機與壓縮機．專利公開號CN 200410049186.6
