用于阻止井的采油管柱轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩錨及裝備有這種扭矩錨的泵裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種扭矩錨(2),用來阻止采油管柱相對于井的套管旋轉(zhuǎn);該扭矩錨包括本體(4)和錨盒(12、14),錨盒(12、14)包括輪(20、22),輪(20、22)具有圓周和支撐所述輪(20、22)的輪軸;輪(20、22)的圓周的接觸點(diǎn)(401、402)用來與套管(15)接觸,對置點(diǎn)(371、372)被布置為與該接觸點(diǎn)在直徑上對置。對于每個(gè)錨盒(12、14),所述輪(20、22)被安裝在所述輪軸的所述端部;定位角(β)被定義在第一直線(d1)與第二直線(d2)之間,包含在30°與180°之間,第一直線(d1)穿過該套管的中心和接觸點(diǎn)(401、402),第二直線(d2)穿過該套管的中心和所述對置點(diǎn)(371、372)。
【專利說明】用于阻止井的采油管柱轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩錨及裝備有這種扭矩錨的泵裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于阻止井的采油管柱相對于套管轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩錨和/或一種裝備有包括這樣的扭矩錨的螺桿泵的泵裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在它最普遍的結(jié)構(gòu)中,栗裝直包括裝備有表面軸承驅(qū)動(dòng)的井頭,表面軸承驅(qū)動(dòng)安裝在“防噴器”上,表面軸承驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)安裝在采油管柱的基座處或插入到該采油管柱中的螺桿泵。該泵被安裝在井底。該軸承驅(qū)動(dòng)在井頭處支撐且驅(qū)動(dòng)被稱作“光桿”的驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)。該光桿驅(qū)動(dòng)鉆桿柱(或連續(xù)管道),鉆桿柱位于該采油管柱內(nèi)部并貫通該采油管柱的長度。該鉆桿柱繼而驅(qū)動(dòng)位于井下的螺桿泵的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。位于井下的流體通過該泵傳遞并輸送到該采油管柱中并上升到井頭,在井頭它被分配管排出。該扭矩錨以這樣的方式保持該泵的定子,使得它本身不在井下旋轉(zhuǎn),因而防止形成采油管柱的管道分離。
[0003]扭矩錨是已知的,特別地可從文獻(xiàn)US 6,155,346中得知,其用于泵裝置,包括安裝在凸輪上的齒,被固定到油管柱。該齒適于經(jīng)由該凸輪在該扭矩錨內(nèi)的收回位置與阻擋位置之間移動(dòng),在阻擋位置中該齒徑向延伸出該扭矩錨的本體之外并夾持該套管。
[0004]這樣的扭矩錨具有許多的缺點(diǎn)。
[0005]第一,它們基于干涉技術(shù),并且在生產(chǎn)期間由于由該螺桿泵產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)而可能離開原位。該移位可導(dǎo)致油管柱變得擰松并落入井底,致使生產(chǎn)操作完全關(guān)停并且進(jìn)行撈出操作的很大代價(jià)。
[0006]然后,在某些情況下,由于沙子的存在,該收回機(jī)構(gòu)可變得阻塞,或由于腐蝕而退化。在該情況下,該扭矩錨被力舉起使得該套管和該井下設(shè)備損壞。
[0007]此外,通過操作者使用管子鉗執(zhí)行,該齒被采油管的旋轉(zhuǎn)從表面帶到阻擋位置。該驅(qū)動(dòng)操作對操作該管子鉗以施加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的操作者的安全呈現(xiàn)一定的風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上,當(dāng)該管子鉗滑動(dòng)時(shí),它可能傷害操作者。
[0008]此外,在正常操作中,原則上齒的干涉在所述齒和套管之間導(dǎo)致非常高的接觸壓力。因而,考慮到在泵送期間高水平的振動(dòng),由于該齒的形式需要是侵犯性的以便于開始干涉,所以強(qiáng)烈懷疑該齒“加工”該套管。
[0009]此外,在生產(chǎn)期間某些井在溫度方面經(jīng)歷了顯著變化。這些溫度變化使油管柱膨脹,油管柱可能延長上至6米的長度,但是由于該套管由水泥形成,所以不會(huì)膨脹或僅會(huì)稍微膨脹。在這些溫度變化期間,由于該采油管柱的膨脹被擠壓,從而該扭矩錨相對于該套管沿著該井的縱軸線移位。由于扭矩錨的齒仍然錨定在該套管中,懷疑該套管的內(nèi)壁的凹口引起了一定的損害,但是到目前為止沒有量化該損害。
[0010]最后,為了確保扭矩錨的齒被該套管穩(wěn)固夾持,在該扭矩錨下降到井底之前,齒可以被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入在該井的表面上的阻擋位置。在該情況下,在該扭矩錨下降到井底的期間,該套管組件被切割和損壞。
[0011]文獻(xiàn)EP 1371810描述了用于鉆機(jī)的防旋轉(zhuǎn)裝置,該鉆機(jī)類型包括可旋轉(zhuǎn)的軸和容納該可旋轉(zhuǎn)的軸的外殼。該防旋轉(zhuǎn)裝置適于阻止外殼在該井眼中旋轉(zhuǎn)。它包括設(shè)置有安裝在垂直于該外殼的縱軸線的軸上的滾柱的托架。滾柱的邊緣是錐形的,從而接合該井眼的巖石并且通過該接合來防止該鉆機(jī)的任何旋轉(zhuǎn)。
[0012]然而,由于該滾柱的錐形表面具有切割和損害套管的風(fēng)險(xiǎn),所以該防旋轉(zhuǎn)裝置不適于使用在套管中。此外,當(dāng)該轉(zhuǎn)子被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),該裝置相對于由該采油管柱的定子施加的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力而言大小過小。這樣的裝置只能通過增加它的大小來對抗這樣的應(yīng)力,而以這樣的方式使得它不再能被插入到采油管柱中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種扭矩錨,能沿著井的縱軸線移動(dòng),在仍然抵抗高扭矩的同時(shí)使對套管的損壞最小。
[0014]這樣的高扭矩出現(xiàn)在泵送重質(zhì)烴類(存在沙子、石油芳烴、高粘性)或水的井中,特別地當(dāng)使用金屬定子(PCM Vulcain?類型的金屬/金屬泵的定子)、高吞吐量的螺桿泵時(shí),或者當(dāng)泵送在特定的工作條件下進(jìn)行時(shí),其中振動(dòng)應(yīng)力很大或在可達(dá)到350°C的溫度。
[0015]為此,本發(fā)明的主題是一種扭矩錨,用來阻止采油管柱相對于具有縱軸線的井的套管旋轉(zhuǎn);該扭矩錨包括:
[0016]-本體;
[0017]-由本體支承的錨盒;每個(gè)錨盒包括輪,該輪具有圓周和支撐所述輪的輪軸,所述輪軸具有端部;
[0018]該輪的圓周的接觸點(diǎn)用來與該套管接觸,對置點(diǎn)被布置為在直徑上與該接觸點(diǎn)對置,其中對于每個(gè)錨盒,所述輪被安裝在所述輪軸的所述端部上;定位角度被定義在第一直線與第二直線之間,包含在30°和180°之間,并且有利地在60°與90°之間,所述第一直線穿過套管的中心和接觸點(diǎn),所述第二直線穿過套管的中心和所述對置點(diǎn)。
[0019]有利地,隨著軸將輪支承在該位置,當(dāng)降低所述扭矩錨用于完成時(shí)或者當(dāng)套管的長度因?yàn)榕蛎浂兓瘯r(shí),切向力在輪的單個(gè)接觸點(diǎn)處被施加到該輪。該力驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)因而使得可能將扭矩錨沿著套管移動(dòng)同時(shí)最小化由此帶來的損害(循環(huán)形變硬化并且不剝奪現(xiàn)有產(chǎn)品的套管中的材料)。當(dāng)該切向力不被施加到輪時(shí),即當(dāng)扭矩錨不沿著套管移動(dòng)時(shí),由定子施加的扭矩存在于包含輪軸的平面之內(nèi),使得輪不被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0020]根據(jù)特定的實(shí)施例,該扭矩錨包括一個(gè)或多個(gè)下列特征:
[0021]-在每個(gè)錨盒中,所述輪子在平行于輪軸的移動(dòng)方向上移動(dòng)并且其中每個(gè)錨盒包括適合用于在所述移動(dòng)方向上施加力到所述輪上以便于將所述輪錨定在所述套管中的加載設(shè)備;
[0022]有利地,輪結(jié)合加載設(shè)備施力方向的定位使得能夠獲得高于本領(lǐng)域的裝置中的阻力矩,本領(lǐng)域中限制裝置的施力方向垂直于輪的軸線。因此,具有較小大小的加載設(shè)備可被用于根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨中。這使得產(chǎn)生很緊湊的扭矩錨成為可能。
[0023]此外,有利地,該加載設(shè)備就它允許每個(gè)輪作為或者與形成套管的井壁管的直徑的變化或者與管的局部變形或管的局部腐蝕關(guān)聯(lián)的不規(guī)則性的函數(shù)徑向移動(dòng)這個(gè)意義上而言,起到了懸架的作用。它也使得能夠在不同的泵井中使用扭矩錨,其中套管并不是都具有相同的內(nèi)徑或壁厚。
[0024]-所述加載設(shè)備包括繞著輪軸均勻地分布的N個(gè)彈簧,N為大于或等于一的自然整數(shù);
[0025]-N等于二,所述兩個(gè)彈簧被布置為與所述輪軸同軸,并且其中所述錨盒包括布置在所述輪與所述彈簧之間的推力墊圈;
[0026]有利地,兩個(gè)同心彈簧的使用使得能夠?qū)喪┘雍艽蟮牧?。推力墊圈使得能夠確保通過彈簧施加到輪的力是均勻分布的。
[0027]-所述錨盒包括軸承,適于支持所述輪,并且其中每個(gè)軸承包括限定內(nèi)腔的突出部,該內(nèi)腔包含所述N個(gè)彈簧,所述突出部適于引導(dǎo)所述N個(gè)彈簧在所述突出部中平移同時(shí)繞著輪軸旋轉(zhuǎn);
[0028]有利地,突出部使得能夠?qū)椈杀3衷诤线m的位置,僅僅輪的一側(cè)受到很大的負(fù)荷,該負(fù)荷源自由定子施加的扭矩和源自與套管的接觸。
[0029]-扭矩錨在本體與所述內(nèi)腔之間包括至少一個(gè)液體開口;
[0030]有利地,該流體開口允許根據(jù)內(nèi)腔的體積變化而吸入或釋放流體,內(nèi)腔的體積變化與彈簧的壓縮和伸展關(guān)聯(lián)。通過減少該開口的大小,有可能通過使流體穿過狹窄/縮小的開口(阻氣門)增大輪移動(dòng)的阻尼。
[0031]同時(shí)有利地,泵送的流體可以穿過這些開口并潤滑彈簧,因而增加彈簧的使用壽命,特別地當(dāng)流體之前被過濾過時(shí)。
[0032]-本體包括外殼,該外殼形成向著外側(cè)的滑孔;每個(gè)外殼適于容納錨盒;
[0033]因而有利地,包含在錨盒中的所有部件均可以在扭矩錨維護(hù)操作期間自由地及容易地從外殼移除及改變。
[0034]-所述軸承適于在所述外殼中滑動(dòng),所述軸承通過添加油脂到它們的交界而粘附到所述外殼;
[0035]由于軸承包含輪軸、所述N個(gè)彈簧以及如果適當(dāng)?shù)脑掃€包含推力墊圈,所有這些部件都可易于從外殼移除。
[0036]以油脂粘附使得能夠潤滑外殼與軸承之間的接觸、同時(shí)在套管外部維護(hù)扭矩錨期間產(chǎn)生輕微的阻力來移除錨盒。
[0037]-每個(gè)錨盒均包括推力軸承,該推力軸承適于支承所述輪軸,所述推力軸承包括至少一個(gè)形成用于所述加載設(shè)備的支承面的肩部;
[0038]-輪軸緊配合(flushfit)到所述輪,并且優(yōu)選為收縮配合(shrink fit)到所述輪;
[0039]因而,有利地,輪被附接到輪軸而沒有附接零件,因而改善系統(tǒng)的可靠性,并因而避免在井中遺失任何部件的風(fēng)險(xiǎn),如果接觸的材料的膨脹系數(shù)相同或充分接近到可以忽略不均勻膨脹的話。
[0040]-所述輪軸的一個(gè)端部設(shè)置有軸襯并且其中所述推力軸承包括適于接收所述軸襯以便于使加載設(shè)備預(yù)加壓的內(nèi)圓形凹部;
[0041]有利地,軸襯使得能夠預(yù)加載形成單個(gè)子組件的盒;由此在維護(hù)操作期間從外殼移除推力軸承。
[0042]-扭矩錨包括儲(chǔ)藏處,該儲(chǔ)藏處具有開口,該開口在基本上平行于包含輪軸的平面的平面上延伸;
[0043]有利地,該儲(chǔ)藏處使得能夠收集源自采油管柱的碎屑,因而避免使用一般被稱作“管塞”的碎屑收集器。
[0044]有利地,該儲(chǔ)藏處也形成一般稱作“標(biāo)記棒”或“止動(dòng)襯套”的轉(zhuǎn)子定位止動(dòng)器,其使得能夠知道轉(zhuǎn)子已經(jīng)下降足夠距離、深到足以在定子組件中正確定位。
[0045]輪的直徑包含在套管的內(nèi)徑值的20%與80%之間;
[0046]有利地,該較大的直徑減少了輪抵靠套管的接觸壓力。因而,盡管在套管的周期性脹縮和維護(hù)操作期間反復(fù)通過該扭矩錨,套管較少受到損害并且較少受到磨損。
[0047]有利地,該大直徑允許輪穿過套管接頭、即形成套管的兩個(gè)相鄰的管之間的接頭而不明顯損壞輪和套管。
[0048]輪具有外圓面,該外圓面的周邊邊緣設(shè)置有用來當(dāng)扭矩錨被安裝在套管中時(shí)與套管接觸的凸緣;
[0049]-所述輪適于施加給所述套管根據(jù)赫茲公式計(jì)算的理論接觸壓力,該理論接觸壓力包含在套管的彈性極限的2倍與20倍之間,并且優(yōu)選為包含在套管的彈性極限的4倍與10倍之間;
[0050]-軸承和/或推力軸承由陶瓷材料制成;
[0051]-本體包括定義正交矩陣的第一方向、第二方向和第三方向;當(dāng)扭矩錨被布置在所述套管中時(shí),第一方向平行于井的所述縱軸線延伸;本體還包括包含第二方向和第三方向的徑向平面、包含第一方向和第二方向的第一軸向平面以及包含第一方向和第三方向的第二軸向平面,第一軸向平面和第二軸向平面穿過套管的中心;
[0052]并且其中所述錨盒包括布置在第一徑向平面的第一錨盒和第二錨盒,被稱作第一級;第一錨盒包括第一輪軸,并且第二錨盒包括第二輪軸;第一輪軸和第二輪軸彼此平行,并且被布置在第二軸向平面的兩側(cè);第一輪軸和第二輪軸相對于套管的中心在第三方向上偏移相同的偏移值;
[0053]-扭矩錨包括布置在第二徑向平面的第三錨盒和第四錨盒,被稱作第二級;第二級相對于第一級在第一方向上偏移;并且其中第三錨盒和第四錨盒根據(jù)幾何變換相對于第一錨盒和第二錨盒定位,該幾何變換包括相對于第一軸線的至少一個(gè)軸對稱,該第一軸線平行于第二方向并且穿過套管的中心;所述軸包含在徑向平面中,該徑向平面與包含第一輪軸和第二輪軸的平面相距預(yù)定的距離;
[0054]有利地,扭矩錨在它沿著套管的軸線平移期間并不繞著本體的中心旋轉(zhuǎn)。該結(jié)構(gòu)也改進(jìn)套管內(nèi)部的扭矩錨的定心,并且也改進(jìn)了扭矩錨在兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的抗轉(zhuǎn)矩。
[0055]-扭矩錨包括布置在第二徑向平面的第三錨盒和第四錨盒,被稱作第二級;該第二級相對于第一級在第一方向上偏移;并且其中第三錨盒和第四錨盒根據(jù)幾何變換相對于第一錨盒和第二錨盒被定位,該幾何變換包括關(guān)于軸線旋轉(zhuǎn)例如90°的角度,該軸線平行于第一方向并且穿過本體的中心;
[0056]-本體包括定義正交矩陣的第一方向、第二方向和第三方向;當(dāng)扭矩錨被布置在所述套管中時(shí),第一方向平行于井的所述縱軸線延伸;本體還包括包含第二方向和第三方向的徑向平面、包含第一方向和第二方向的第一軸向平面以及包含第一方向和第三方向的第二軸向平面,第一軸向平面和第二軸向平面穿過套管的中心;
[0057]并且其中所述錨盒包括布置在一個(gè)且相同的徑向平面的第一錨盒、第二錨盒、第三錨盒以及第四錨盒,每個(gè)錨盒的輪軸彼此平行;第一錨盒和第三錨盒被布置在第二軸向平面的一側(cè);第二錨盒和第四錨盒被布置在第二軸向平面的另一側(cè);第一錨盒和第二錨盒被布置在第一軸向平面的一側(cè),第三錨盒和第四錨盒被布置在第一軸向平面的另一側(cè)。
[0058]有利地,根據(jù)該實(shí)施例的扭矩錨正好位于套管的中心并提供每單位長度顯著的抗轉(zhuǎn)矩。在該實(shí)施例中,輪的直徑是較小的,當(dāng)穿過套管接頭時(shí)這可能導(dǎo)致更大的損壞并且有可能難以穿過套管接頭。
[0059]本發(fā)明的主題還為泵裝置,包括根據(jù)上述特征中任一個(gè)特征的扭矩錨;
[0060]優(yōu)選地,所述扭矩錨在所述泵裝置的端部被固定于井下。
[0061]有利地,在該結(jié)構(gòu)中,定子與扭矩錨存在距離使得扭矩錨受到較弱的振動(dòng)。有利地,若干米長的多孔管被固定在定子和扭矩錨的底端部,使得振動(dòng)被進(jìn)一步衰減。
[0062]作為變體,該裝置包括設(shè)置有定子和布置在該定子中的螺線轉(zhuǎn)子的螺桿泵,該扭矩錨被直接固定到定子。
[0063]有利地,在該結(jié)構(gòu)中,扭矩錨執(zhí)行轉(zhuǎn)子定位止動(dòng)器的功能、碎屑收集器的功能,并且因此需要多孔管/過濾設(shè)備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0064]通過閱讀下列描述,本發(fā)明將得到更好理解,下列描述僅以舉例的方式并參考附圖給出,在附圖中:
[0065]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的扭矩錨的剖開透視圖;
[0066]圖2是在與圖1示出的扭矩錨的套管的軸線垂直的平面上的橫截面視圖;
[0067]圖3是示出第一直線和第二直線的與圖2相同的視圖;
[0068]圖4是圖1示出的扭矩錨的第一變體的透視圖;
[0069]圖5是圖4中示出的扭矩錨的頂視圖;
[0070]圖6是圖1示出的扭矩錨的第二變體的透視圖;
[0071 ] 圖7是圖6中示出的扭矩錨的頂視圖;
[0072]圖8是圖1示出的扭矩錨的第三變體的透視圖;
[0073]圖9是在與根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的扭矩錨的套管的軸線垂直的平面上的橫截面視圖;
[0074]圖10是在與根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的扭矩錨的套管的軸線垂直的平面上的橫截面視圖;
[0075]圖11是根據(jù)該本發(fā)明的油、水或氣體泵裝置的地下設(shè)備的側(cè)視圖;
[0076]圖12是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變體的扭矩錨的剖開透視圖;以及
[0077]圖13是根據(jù)該本發(fā)明的油、水或氣體泵裝置的地下設(shè)備的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0078]在下面的描述中,相同或類似的要素由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí),并且僅描述一次。本發(fā)明被相對圖1示出的正交矩陣R(X、Y、Z)定義。矢量X、Y和Z的方向被定義為正方向。相反的方向被定義為反方向。按照慣例,矩陣R(X、Y、Z)的方向Z被稱作“第一方向”、矩陣的方向X被稱作“第二方向”,并且矩陣的方向Y被稱作“第三方向”。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨被設(shè)置為如圖1所示時(shí),定義了術(shù)語“頂”、“底”、“下”、“上”、“右”,但這并不是限制性的。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨主要用來安裝在碳?xì)浠衔?、水或氣體泵裝置的套管上。按照慣例,第一方向Z平行于套管的縱軸線延伸,扭矩錨旨在被安裝在套管中。第二方向X和第三方向Y在套管的徑向平面上延伸。同樣按照慣例,包含第二方向X和第三方向Y的平面被稱作徑向平面(Χ、γ),包含第一方向Z和第二方向X并穿過套管15的中心O的平面被稱作第一軸向平面(Ζ、χ),并且最后,包含第一方向Z和第三方向Y的平面并穿過套管15的中心O的平面被稱作第二軸向平面(Υ、Ζ)。套管15是圓柱體的形狀。根據(jù)本發(fā)明,套管的15中心O被定義為位于該圓柱體的軸線上的任意點(diǎn)。
[0080]參照圖1和2,根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的扭矩錨2包括本體4,本體4具有平行于徑向平面(Χ、Υ)延伸的兩個(gè)端部表面5、6。端部表面旨在例如被螺旋、釘或焊接而被固定到螺桿泵的定子或穿孔的過濾設(shè)備,該穿孔的過濾設(shè)備通常被稱為多孔管或多孔管道、縫篩或砂篩,或者也固定到另一個(gè)本體以便于形成具有更大數(shù)量錨盒的扭矩錨,解釋如下。
[0081]本體4包括第一圓柱外殼8和第二圓柱外殼10、一個(gè)圓柱外殼包含第一錨盒12并且另一個(gè)包含第二錨盒14。
[0082]如圖2所示,在一個(gè)和同樣的徑向平面(X、Y),第一外殼8和第二外殼10在第二方向X上延伸。按照慣例,該扭矩錨被描述為單級。第一外殼8和第二外殼10被布置在第二軸向平面(Y、Ζ)的兩側(cè)上,并在第三方向Y上相對于套管15的中心O偏移,有利的是兩者偏移量具有相同的值,其中一個(gè)在正方向偏移,另一個(gè)在反方向偏移。
[0083]第一外殼8和第二外殼10分別朝向平面16、18開放,平面16、18中的一個(gè)接收第一錨盒12的第一輪20的一部分并且另一個(gè)接收第二錨盒14的第二輪22的一部分。
[0084]第一錨盒12和第二錨盒14類似。為了簡化描述,僅對第一錨盒12進(jìn)行詳細(xì)描述。將僅描述每個(gè)錨盒的元件在定位上的差異。
[0085]第一錨盒12包括第一輪20、支撐第一輪20的第一輪軸26、以及能經(jīng)由適當(dāng)?shù)闹虚g零件在所述輪20的軸向施加力到第一輪20的加載設(shè)備28。
[0086]第一輪20具有圓周30和中心孔32。第一輪軸的一個(gè)端部36緊配合在第一輪的中心孔32中。
[0087]第一輪軸26在垂直于直線Dl的方向上偏移,該直線Dl大體上穿過套管15的中心O并與第一輪軸26平行。特別地,第一輪軸26被定位在第三方向Y的正方向偏移。因此,第一輪20在正方向Y上延伸出本體4之外。
[0088]第二輪22由第二輪軸38支撐,第二輪軸38相對于套管15的中心O在第三方向Y的反方向偏移。第二輪22在反方向Y上延伸出本體4之外。
[0089]在圖示的實(shí)施例中,第一輪的第一輪軸26和第二輪的第二輪軸3相對于本體4的中心偏移。但是該定位決不是限制性的。
[0090]第一輪軸26在第三方向Y上的偏移δ具有包含在該套管的內(nèi)徑的0.1%與10%之間、并且有利地包含在3%與5%之間的長度。
[0091]因而,當(dāng)扭矩錨2被布置在所述套管15中時(shí),第一輪的圓周30的一部分僅在一個(gè)接觸點(diǎn)401接合套管15,第一輪的其余的圓周與所述套管15之間具有距離。
[0092]該結(jié)構(gòu)允許第一輪20在平行于第一方向Z的力被施加到本體4時(shí)自由旋轉(zhuǎn)并且在扭矩負(fù)載被施加到它、諸如扭矩由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)在定子中感應(yīng)出時(shí)變?yōu)殄^定在套管15中。
[0093]特別地,參考圖3,當(dāng)扭矩錨2被布置在所述套管15中時(shí),第一輪的圓周30在每個(gè)時(shí)刻于接觸點(diǎn)401處與套管15接觸。此時(shí),該輪的圓周上與該接觸點(diǎn)401直徑上對置的點(diǎn)371此后將按照慣例稱為相反點(diǎn)371。
[0094]第一輪20被布置在套管15的內(nèi)部并且在與套管15相切的方向上延伸,使得非零定位角β被定義在穿過套管15的中心O和接觸點(diǎn)401的第一直線dl和穿過該套管和所述相反點(diǎn)371的第二直線d2之間。優(yōu)選地,該定位角β是包含在30°和180°之間,并且有利地在60。和90。之間。
[0095]同樣地,第一直線dl也穿過第二輪22的接觸點(diǎn)402,并且第二直線d2穿過接觸點(diǎn)402的相反點(diǎn)372。相同的定位角β存在于第一直線dl與第二直線d2之間。
[0096]優(yōu)選地,第一輪軸26的端部36被收縮適配在第一輪的中心孔32中。因而,第一輪子20和第一輪軸26被牢固地彼此固定,并且當(dāng)扭矩錨2沿著套管的縱軸線移動(dòng)時(shí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0097]第一輪20具有恒定直徑,包含在套管15的內(nèi)徑的值的20%與80%之間,并且最好在50%與70之間。該大小有利地使得對套管和到輪的損壞最小、穿過套管連接而不會(huì)導(dǎo)致局部過載、并且在第一輪20沿著套管前進(jìn)時(shí)軸向過載最小成為可能。
[0098]參照圖2,第一輪20具有旨在面對套管15的外圓面42、與外圓面42相對的內(nèi)圓面44,以及將外圓面42連接到內(nèi)圓面44的圓柱部46。
[0099]第一輪的外圓面42包括由環(huán)形面50圍繞的平坦中央部48,該環(huán)形面50具有大致為截頂錐的形狀。環(huán)形面50的圍緣設(shè)置有凸緣52,形成開放環(huán)面部,旨在沿著套管15前進(jìn)并由受控的缺口變?yōu)殄^定在那里。其設(shè)置有增加它的耐磨性的涂層。該涂層的摩擦系數(shù)使得套管15的粘附特性最佳。該涂層例如由碳化鎢或人工合成金剛石制成。
[0100]當(dāng)扭矩錨2被安裝在套管15中時(shí),僅有第一輪20的凸緣52的一部分和第二輪22的凸緣52的一部分與套管15接觸,這兩部分以關(guān)于套管15的直徑對置的方式分別在接觸點(diǎn)401和接觸點(diǎn)402處定位。因而,至少一部分由套管15施加到該扭矩錨上的力在相反的方向施加并且至少部分地彼此補(bǔ)償。
[0101]內(nèi)圓面44設(shè)置有第一中心肩部54和第二肩部56,第一中心肩部54形成用于加載設(shè)備28的支承面,第二肩部56繞著第一肩部54延伸。
[0102]優(yōu)選地,加載設(shè)備28包括內(nèi)螺旋彈簧58和外螺旋彈簧60, —個(gè)安裝在另一個(gè)內(nèi)部并且與第一輪軸26同軸,以及推力墊圈62,適于確保由內(nèi)彈簧58和外彈簧60施加的應(yīng)力的方向與第一輪軸26平行。
[0103]有利地,內(nèi)彈簧58和外彈簧60卷繞的方向相反。優(yōu)選地,內(nèi)彈簧58和外彈簧60
為復(fù)式盤簧。
[0104]作為變體,內(nèi)彈簧58和外彈簧60為盤繞的波狀彈簧。
[0105]如此確定彈簧的總剛度常數(shù),使得第一輪的凸緣52在接觸點(diǎn)401處作用于套管15的內(nèi)面上的、根據(jù)由海因里希.魯?shù)婪?赫茲建立的公式計(jì)算出來的理論壓力,被包含在套管15的內(nèi)徑變化的范圍內(nèi)的(所述變化與套管的膨脹、制造公差和腐蝕情況關(guān)聯(lián))套管15的彈性極限的2與20倍之間,并且最好在套管15的彈性極限的4與10倍之間,從而使得在仍然提供足夠附著的同時(shí)由硬化加工對套管15造成的損害最小。該彈性極限被定義為這樣的應(yīng)力:在達(dá)到該應(yīng)力時(shí)材料停止彈性和可逆形變并且由此開始塑性和不可逆形變。
[0106]參照圖3,第一輪20相對于套管15的定位,第一輪20的直徑和由加載設(shè)備28施加的力F的施力方向特別有利,這是因?yàn)榕ぞ劐^2的阻力矩與1/cos α成比例;角度α被定義為由加載設(shè)備28施加的力F和垂直于套管15的接觸面的力Fe之間的角度。角度α越大,抗轉(zhuǎn)矩越大。有利地,根據(jù)本發(fā)明,該角度被包括在20°和45°之間。
[0107]根據(jù)附圖中示出的最有利的實(shí)施例,由加載設(shè)備28施加的力Fe具有與第一輪軸26相同的方向,但是可以設(shè)想加載設(shè)備28具有不同的施力方向。
[0108]參照圖1,推力墊圈62阻止內(nèi)彈簧58和外彈簧60與旋轉(zhuǎn)的第一輪20接觸,然而這些彈簧并不旋轉(zhuǎn)。它具有上表面64和下表面68,上表面64具有中心部66,在下表面68上內(nèi)彈簧和外彈簧被支撐。
[0109]中心部66被打磨以限制與第一輪20的摩擦,并且在扭矩錨處于套管15中縱向移動(dòng)期間促進(jìn)該輪的旋轉(zhuǎn)。
[0110]有利地,推力墊圈的下表面68設(shè)置有中心肩部70,內(nèi)彈簧58被支撐在中心肩部70上。第一輪20也被放置在環(huán)形軸承72上,環(huán)形軸承72被定位為抵靠第一輪的第二肩部56并且位于其中心。
[0111]軸承72包括平行于第一輪軸26延伸的突出部76。該突出部76形成限定內(nèi)腔78的套筒,內(nèi)腔78包含內(nèi)彈簧58和外彈簧60。該內(nèi)腔78在內(nèi)彈簧58和外彈簧60伸展和壓縮期間引導(dǎo)它們。
[0112]軸承72包括支撐面77和環(huán)形線性面79,支撐面77與推力墊圈62的邊緣部分74相對地布置,并且環(huán)形線性面79垂直于支撐面77延伸。支撐面77將彈簧的推力傳遞到第一輪。環(huán)形線性面79引導(dǎo)第一輪旋轉(zhuǎn)。
[0113]第一外殼8的內(nèi)壁80是光滑的和連續(xù)不斷的,使得第一外殼8形成向外的滑孔。因而,軸承72在第一外殼8中在第二方向X上自由地滑動(dòng)。因而,第一輪20、第一輪軸26、內(nèi)彈簧58、外彈簧60和軸承72可以在扭矩錨維護(hù)操作期間容易地從第一外殼8移除。
[0114]有利地,軸承72具有與第一外殼8的形狀互補(bǔ)的形狀。有利地,軸承72在插入到第一外殼8之前被油脂覆蓋。因而,軸承72粘附第一外殼8以便于在現(xiàn)場操作扭矩錨期間限制暫時(shí)它的運(yùn)動(dòng)。
[0115]第一輪20可在平行于第一輪軸26的移動(dòng)方向上移動(dòng)。內(nèi)彈簧58和外彈簧60在該移動(dòng)方向施加力F在推力墊圈64和軸承72上,該移動(dòng)方向傾向于使第一輪20產(chǎn)生以受控的點(diǎn)載荷(赫茲壓力)與套管15的接觸。
[0116]第二外殼10類似于第一外殼8。
[0117]參照圖2,第一輪軸的一個(gè)端部82與支撐第一輪20的端部36相對,并由環(huán)形的推力軸承84支承。該推力軸承84包括內(nèi)環(huán)形線性面85,該內(nèi)環(huán)形線性面85引導(dǎo)第一輪軸26旋轉(zhuǎn)。該推力軸承84也是用于加載設(shè)備28的止動(dòng)件。為此,它包括中心肩部86和周邊肩部88,內(nèi)彈簧58和外彈簧60分別與中心肩部86和周邊肩部88鄰接。
[0118]軸承72和推力軸承84有利地由陶瓷材料制成以避免卡住(seizing)引導(dǎo)第一輪旋轉(zhuǎn)的元件的任何風(fēng)險(xiǎn)。該材料也使包含任何厭氧腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)成為可能。該實(shí)施例對于要求長壽命或在高溫下的應(yīng)用來說是理想的。
[0119]第一輪軸的端部82設(shè)置有軸襯90,該軸襯90容納在推力軸承84的內(nèi)凹部92中。推力軸承84使在工廠中能夠分別將內(nèi)彈簧58和外彈簧60預(yù)加壓以促進(jìn)扭矩錨的維護(hù)和促進(jìn)其進(jìn)入套管。
[0120]在操作期間,當(dāng)扭矩錨2被插入套管15中時(shí),軸襯90不與中心肩部86的下表面、也不與凹部92、也不與本體處于第一輪軸26之下的面接觸。
[0121]有利地,該軸襯90使在第一輪軸26的收回期間將推力軸承84從第一外殼8移除成為可能。因而,在維護(hù)操作期間,推力軸承84可以被替換。
[0122]本體4還包括在內(nèi)腔78和本體外部之間延伸的流體開口 94。該流體開口 94使在內(nèi)彈簧58和外彈簧60的壓縮和伸展期間補(bǔ)償內(nèi)腔78中的壓力變動(dòng)成為可能。
[0123]作為變體,加載設(shè)備28包括均勻地繞著該輪軸分布的若干彈簧。例如,這些彈簧與第一輪軸26同軸地布置。根據(jù)另一個(gè)示例,這些彈簧被沿著穿過第一輪軸26的直線布置在第一輪軸26的兩側(cè)。
[0124]作為變體,內(nèi)彈簧58和外彈簧60被N個(gè)彈簧替代,該N個(gè)彈簧繞著第一輪軸26以360° /N分布。
[0125]根據(jù)在圖4和圖5中不出的第一實(shí)施例變體,扭矩錨95包括第一級96和第二級97。在第一徑向平面(X、Y)中,第一級96包含第一錨盒12和第二錨盒14。在第二徑向平面中,第二級97包含第三錨盒98和第四錨盒99,第二徑向平面在第一方向Z相對第一徑向平面偏移。
[0126]第一級96和第二級97的錨盒12、14、98、99的輪軸在第二方向X上延伸。
[0127]正如對于第一實(shí)施例,在第一級96,第一錨盒12的第一輪20的輪軸定位為在第三方向Y的正方向以值S偏移,并且第二錨盒14的第二輪22的輪軸定位為在相同方向Y的反方向以值δ偏移。
[0128]有利地,根據(jù)該第一變體,第二級97的錨盒98、99的定位為第一級96的錨盒12、14的定位的幾何變換。該幾何變換是關(guān)于第一軸線A-A的軸對稱。第一軸A-A平行于第二方向X并穿過套管的中心O。特別地,第一軸A-A均包含在徑向平面(Χ、Υ)中,徑向平面(Χ、Υ)與包含第一輪軸和第二輪軸的平面相距預(yù)定距離。所述預(yù)定距離是大于或等于第一輪20的半徑和第二輪22的半徑中較長的半徑。
[0129]因此,對于第二級97,偏移量δ的方向和值相等但是這些偏移的方向相反。因而,第三錨盒98的第三輪101的輪軸定位為在反的第三方向Y以值δ偏移,并且第四錨盒98的第四輪103的輪軸定位為在正的第三方向Y以值δ偏移。
[0130]因而,在第一級96的第一輪20的接觸力Fcy的第三方向Y上的部件和在第二級97的第三輪101的接觸力Fcy的第三方向Y上的部件彼此互補(bǔ),因而限制了本體4在其沿著套管的縱軸線的移動(dòng)期間繞軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。旋轉(zhuǎn)的該剩余風(fēng)險(xiǎn)與扭矩錨和套管組件的不同部件的幾何的和空間的缺陷關(guān)聯(lián)。
[0131]有利地,根據(jù)該變體的扭矩錨95在它沿著套管15的縱軸線平移期間并不繞著本體4的中心C旋轉(zhuǎn)。這些結(jié)構(gòu)也改進(jìn)了套管15內(nèi)部的扭矩錨95的定心。扭矩錨95在兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的抗轉(zhuǎn)矩變得相同。
[0132]根據(jù)在圖6和圖7中圖示的第二實(shí)施例變體,扭矩錨105包括第一級96和第二級97,類似于在圖4和圖5中圖示的扭矩錨95的第一級和第二級。然而,此外,在該實(shí)施例中,在被固定到第一級96之前,第二級97相對于平行于該套管的縱軸線在順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)90°的角度。
[0133]因而,依據(jù)該第二變體,將第二級97的錨盒98、99的定位連接到第一級96的錨盒12、14的定位的幾何變換為相對于第一軸線A-A的軸對稱并相對于第二軸線B-B旋轉(zhuǎn)90°的角度,第一軸線A-A平行于第二方向X并穿過該套管的中心0,第二軸線B-B平行于第一方向Z并且穿過本體4的中心C。
[0134]第一軸線A-A包含在徑向平面(X、Y)中,徑向平面(Χ、Υ)與包含第一輪軸和第二輪軸的平面相距預(yù)定距離。所述預(yù)定距離是大于或等于第一輪20的半徑和第二輪22的半徑中較長的半徑。
[0135]本體4的中心C為位于直線上的點(diǎn),該直線被布置為與本體4的外表面等間距并且平行于第一方向Z延伸。當(dāng)扭矩錨位于套管15內(nèi)的中心的位置上時(shí),本體的中心C與套管15的中心重合。
[0136]特別地,參照圖7,第一級96的錨盒12、14的輪軸在第二方向X上延伸并且第二級97的錨盒98、99在第三方向Y上延伸。
[0137]在第一級96中,第一輪20的輪軸和第二輪22的輪軸的位置在第三方向Y上以值δ偏移,前者在正方向而后者在反方向。
[0138]在第二級97,第一輪101的輪軸和第二輪103的輪軸的位置在第二方向X上以值δ偏移,前者在反方向而后者在正方向。
[0139]正如對于第一兩級變體一樣,該第二兩級變體105使得補(bǔ)償由套管15施加到輪的扭矩的某些部分、并且因而限制本體4在它的沿著套管15平移運(yùn)動(dòng)期間的旋轉(zhuǎn)同時(shí)增加扭矩錨的定心和其抗轉(zhuǎn)矩成為可能。
[0140]作為變體,根據(jù)第一和/或第二變體的若干兩級扭矩錨95、105被彼此固定以便于增加抗轉(zhuǎn)矩,同時(shí)通過有利地改變它們的角度偏移來保持與扭矩錨在套管15中的較好均衡性關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn),以便于使定心效果最大化且對該套管的損害最小化。
[0141]根據(jù)在圖8中圖示的第三實(shí)施例變體,扭矩錨100包括九級。每級包括兩個(gè)錨盒12、14。錨盒包含在兩個(gè)相鄰級中,并且相對于彼此偏移60°的角度。
[0142]根據(jù)一個(gè)變體(未示出),根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨包括N級,每級包含若干錨盒。級的數(shù)目N優(yōu)選為偶數(shù)。
[0143]錨盒沿著套管15的圓周并縱向地沿著套管15相對于彼此定向,使得在輪軸之間定義的角度之和等于360°。優(yōu)選地,錨盒包含在兩個(gè)相鄰級中,并且相對于彼此偏移90°的角度。
[0144]優(yōu)選地,每個(gè)偶數(shù)級的錨盒的定位由至少一個(gè)相對于軸線A-A的軸對稱產(chǎn)生,軸線A-A平行于第二方向X并且穿過套管的中心0,并且錨盒的定位位于每個(gè)奇數(shù)級。
[0145]根據(jù)在圖9中圖示的第二實(shí)施例,扭矩錨107包括位于相同級的第一錨盒12、第二錨盒14、第三錨盒98和第四錨盒99,S卩,在一個(gè)相同的徑向平面(Χ、Υ)中。這些錨盒12、14、98、99類似于在第一實(shí)施例中描述的錨盒并且不會(huì)再次詳細(xì)描述。
[0146]四個(gè)錨盒12、14、98、99的輪軸26、38、112、114在第二方向X上延伸。第一錨盒12和第三錨盒98被布置在第二軸向平面(Υ、Ζ)的一側(cè);特別地,在第二方向X的正側(cè)。第二錨盒14和第四錨盒99被對稱地布置在第二軸向平面(Υ、Ζ)的另一側(cè);特別地,在第二方向X的反側(cè)。
[0147]然后,第一錨盒12和第二錨盒14被布置在第一軸向平面(Ζ、Χ)的一側(cè);特別地,在第三方向Y的正側(cè)。第三錨盒98和第四錨盒99被對稱地布置在第一軸向平面(Z、X)的另一側(cè);特別地,在第二方向X的反側(cè)。
[0148]根據(jù)該實(shí)施例,第一輪軸26和第二輪軸38彼此前后對齊。第一輪20的接觸力Fcy在第三方向Y的分量由第三輪101的接觸力Fcy在第三方向Y的分量補(bǔ)償。
[0149]同樣地,第三輪軸112和第四輪軸114彼此前后對齊。扭矩錨107在四個(gè)點(diǎn)401、402、403、404接觸到該套管。該結(jié)構(gòu)確保扭矩錨107在該套管中定心,限制扭矩錨在它本身旋轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)并與偶數(shù)或奇數(shù)級同樣良好地使用。
[0150]根據(jù)在圖10中圖示的扭矩錨102的第三實(shí)施例,本體4包括三個(gè)外殼8、10、104,每個(gè)外殼包含錨盒12、14、98,錨盒98類似于在第一實(shí)施例中描述的錨盒12、14。如同對于第一實(shí)施例一樣,輪軸26、38、112每個(gè)均具有在一方向上的偏移量,該方向垂直于穿過該套管的中心O的直線D1、D2、D3,并且平行于每個(gè)輪軸的中心孔,使得僅有每個(gè)輪20、22、101的一部分在一個(gè)接觸點(diǎn)401、402、403接合套管15,每個(gè)輪子20、22、101剩余的圓周30與該套管相距一距離。這些偏移已經(jīng)在相同的旋轉(zhuǎn)方向上前進(jìn)的方向?qū)崿F(xiàn)。因而,輪軸26、38、112被布置為彼此大致成120°,并且這些輪的接觸點(diǎn)401、402、403相對于套管15的中心O以基本相同的角度分布。
[0151]有利地,該實(shí)施例還使本體4在該套管中更好定心成為可能。因而,如果多級扭矩錨從扭矩錨102開始生產(chǎn),扭矩錨102包括三個(gè)位于一個(gè)和相同的級也就是在一個(gè)和相同的徑向平面(X、Y)中的錨盒,那么沒有必要在兩個(gè)相鄰級的錨盒中產(chǎn)生角度偏移。
[0152]根據(jù)一個(gè)變體,可以設(shè)想,為了產(chǎn)生輪軸的偏移,通過相對于在徑向平面中任何位置布置的中心與偏移量結(jié)合或不結(jié)合而轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸,以確保僅有每個(gè)輪的圓周30的一部分接合套管15,每個(gè)輪的圓周30的其余與套管15相距一距離。
[0153]本發(fā)明還涉及泵裝置,包括根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨2、95、100、102、105、107。在這樣的泵裝置中,該扭矩錨有利地布置在泵送柱的底部,位于流體開口部的外部且位于所述采油管柱的內(nèi)部。
[0154]特別地,參考附圖11,根據(jù)本發(fā)明的油、水或氣體泵裝置116從井表面開始并下降到井下,包括:
[0155]-橋118,一般被稱作“跨接”,該橋使得能夠在油管柱中分配泵送的流體,
[0156]-管道部件120,固定到橋118,其可達(dá)到若干千米的長度,
[0157]-一個(gè)或多個(gè)防振動(dòng)設(shè)備122,固定到管道元件120,這些防振動(dòng)設(shè)備122使得能夠?qū)υ醋杂诼輻U泵中的定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)的振動(dòng)進(jìn)行衰減,
[0158]-螺紋連接件124,固定到防振動(dòng)設(shè)備122,
[0159]-螺桿泵126,定位在穿孔之上或之下,具有固定到螺紋連接件124的定子127,螺桿泵126使得能夠?qū)⒋盟偷牧黧w從井的底部輸送到井的表面,
[0160]-定位止動(dòng)件128,允許螺桿泵126的轉(zhuǎn)子的定位,一般被稱作“止動(dòng)襯套”或“標(biāo)志棒”;定位止動(dòng)件128被固定到螺桿泵126的定子127,
[0161]-螺紋連接件130,固定到定位止動(dòng)件128,
[0162]-過濾設(shè)備132,一般為多孔管的形式,一般被稱為多孔管道、縫篩或沙篩,固定到管道130,允許對采油管柱內(nèi)泵送的流體的過濾,過濾設(shè)備132被固定到螺紋連接件130,
[0163]-螺紋連接件134,固定到過濾設(shè)備132,
[0164]-根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨2、95、100、102、105、107,固定到螺紋連接件134,并且最終
[0165]-碎屑收集器136,一般被稱作“管塞”,固定到根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨。
[0166]由于它是固體,所以扭矩錨被設(shè)置在泵裝置的地下設(shè)備的下端部。有利地,該定位使得能夠減少來自泵送設(shè)備的振動(dòng),并且因而使扭矩錨的反旋轉(zhuǎn)和反振動(dòng)功能分離。
[0167]參照圖12,根據(jù)第一實(shí)施例的變體,扭矩錨138包括具有開口 141的儲(chǔ)藏處140,開口 141在該本體的端面的延長部分之內(nèi)延伸。該儲(chǔ)藏處140在徑向平面(X、Y)開放。它具有在第一方向Z延伸的深度。該儲(chǔ)藏處的邊緣143旨在被固定到螺桿泵126的定子127。
[0168]該儲(chǔ)藏處140同時(shí)實(shí)現(xiàn)功能止動(dòng)件128的功能和碎屑收集器136的功能。盡管在圖12中圖示的本體包括兩個(gè)錨盒12、14,但是該儲(chǔ)藏處140還可以設(shè)置在具有兩個(gè)或更多錨盒的若干級的本體中。
[0169]參照圖13,本發(fā)明還涉及一種油、水或氣體泵裝置142,包括根據(jù)本發(fā)明的扭矩錨138、2、2的組件,該組件直接固定到生產(chǎn)線中的螺桿泵的定子127。
[0170]有利地,該扭矩錨組件包括如在圖9中圖示的那樣包括儲(chǔ)藏處的扭矩錨138和根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例、如在圖1和2中圖示的兩個(gè)扭矩錨2。
[0171]因而,裝置142包括根據(jù)第二實(shí)施例的扭矩錨138,其不再包括位置止動(dòng)件138和碎屑收集器136。
[0172]有可能改變扭矩錨組件的抗轉(zhuǎn)矩,或者通過倍增扭矩錨的級數(shù),或者通過將若干單級扭矩錨固定在一起。因而,在泵送操作期間,有可能作為該扭矩的函數(shù)調(diào)適扭矩錨或扭矩錨組件的抗轉(zhuǎn)矩,該扭矩由井下水力產(chǎn)生。在這種情況下,每個(gè)級的錨盒有利地有繞著套管15的中心有角度地偏移來促進(jìn)扭矩錨在該套管內(nèi)的定心,并且通過循環(huán)硬化將對套管的損壞減到最小。
[0173]根據(jù)描述的該實(shí)施例,夕卜殼在與輪軸相同的方向延伸。作為變體,有可能生產(chǎn)一種扭矩錨,其中包含錨盒的外殼具有不同的形狀,例如當(dāng)這些外殼也容納其他元件時(shí)。
[0174]作為變體,本體4包括兩個(gè)流體開口 94,將內(nèi)腔78連接到本體4的外側(cè)。
[0175]作為變體,輪并不包括凸緣52,并且當(dāng)扭矩錨安裝在套管15中時(shí),是該輪的圓柱部分46接觸套管15。
[0176]有利地,這些扭矩錨容易制造、維護(hù),并且在地面上測試時(shí)對操作者來說沒有風(fēng)險(xiǎn)。
[0177]作為變體,該輪與該套管接觸的圓周30并不布置在外圓面42上,但是布置在圓柱部分46上。
[0178]作為變體,軸襯90由簧環(huán)或鎖環(huán)代替,使得有可能拆卸該錨盒用于維護(hù)、主要零件的再循環(huán)并且一般為了限制部件的報(bào)廢。
[0179]作為變體,第一輪子20通過螺紋或通過第一輪軸上的安裝鎖環(huán)固定到第一輪軸26。該變體也使得拆卸該錨盒用于維護(hù)成為可能。
【權(quán)利要求】
1.一種扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),用來阻止采油管柱相對于具有縱軸線的井的套管(15)旋轉(zhuǎn);所述扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138)包括: -本體⑷; -錨盒(12、14、98、99),由所述本體(4)支承;每個(gè)錨盒(12、14、98、99)包括具有圓周(30)的輪(20、22、101、103)以及支撐所述輪(20、22、101、103)的輪軸(26、38、112、114),所述輪軸(26、38、112、114)具有端部(36); 所述輪(20、22、101、103)的所述圓周(30)的接觸點(diǎn)(401、402、403、404)用來與所述套管(15)接觸,對置點(diǎn)(371、372、373、374)被布置為與所述接觸點(diǎn)(401、402、403、404)在直徑上對置, 其中,對于每個(gè)錨盒(12、14、98、99),所述輪(20、22、101、103)被安裝在所述輪軸(26、38、112、114)的所述端部(36)上;定位角(β)被定義在第一直線(dl)與第二直線(d2)之間,包含在30°與180°之間,并且有利地在60°與90°之間,所述第一直線(dl)穿過所述套管(15)的中心(O)和所述接觸點(diǎn)(401、402、403、404),所述第二直線(d2)穿過所述套管的中心(O)和所述對置點(diǎn)(371、372、373、374)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中在每個(gè)錨盒(12、14、98、99)中,所述輪(20、22、101、103)在與所述輪軸(26、38、112、114)平行的移動(dòng)方向上可移動(dòng),并且其中每個(gè)錨盒(12、14、98、99)包括加載設(shè)備(28),所述加載設(shè)備(28)適于在所述運(yùn)動(dòng)方向上施加力到所述輪(20、22、101、103)上以便于將所述輪(20、22、101、103)錨定在所述套管(15)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述加載設(shè)備(28)包括N個(gè)彈簧(58、60),所述N個(gè)彈簧(58,60)繞著所述輪軸(26、38、112、114)均勻地分布,N是大于或等于一的自然整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的扭矩錨(2、95、100、103、105、107、138),其中N等于二,所述兩個(gè)彈簧(58、60)被布置為與所述輪軸(26、38、112、114)共軸,并且其中所述錨盒(12、14、98,99)包括布置在所述輪(20、22、101、103)與所述彈簧(58,60)之間的推力墊圈(62)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的扭矩錨(2、95、100、103、105、107、138),其中所述錨盒(12、14、98、99)包括軸承(72),所述軸承(72)適于支撐所述輪(20、22、101、103),并且其中每個(gè)軸承(72)包括突出部(76),所述突出部(76)限定包含所述N個(gè)彈簧(58、60)的內(nèi)腔(78),所述突出部(76)適于引導(dǎo)所述N個(gè)彈簧(58、60)在所述突出部(76)中進(jìn)行平移運(yùn)動(dòng)并且繞著所述輪軸(26、38、112、114)旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其包括在所述本體的外部與所述內(nèi)腔(78)之間的至少一個(gè)流體開口(94)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述本體⑷包括外殼(8、10、104),所述夕卜殼(8、10、104)形成朝向外側(cè)的滑孔;每個(gè)外殼(8、10、104)適于包含錨盒(12、14、98、99)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述軸承(72)適于在所述外殼(8、10、104)中滑動(dòng),所述軸承(72)通過添加油脂到其交界而粘附到所述外殼(8、10、104)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2到8中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述錨盒(12、14、98、99)中的每一個(gè)錨盒包括推力軸承(84),所述推力軸承(84)適于支承所述輪軸(26、38、112、114),所述推力軸承(84)包括至少一個(gè)肩部(86),所述至少一個(gè)肩部(86)形成用于所述加載設(shè)備(28)的支承面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述輪軸(26、38、112、114)緊配合到所述輪(20、22、106),并且優(yōu)選為收縮配合到所述輪(20、22、101、103)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述輪軸(26、38、112、114)的一個(gè)端部(82)設(shè)置有軸襯(90),并且其中所述推力軸承(84)包括內(nèi)圓形凹部(92),所述內(nèi)圓形凹部適于接收所述軸襯(90)以便于使所述加載設(shè)備(28)預(yù)加壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其包括具有開口(141)的儲(chǔ)藏處(140),所述開口(141)在基本上與包含所述輪軸(26、38、112、114)的平面平行的平面上延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述輪(20、22、101、103)的直徑包含在所述套管(15)的內(nèi)徑的值的20%與80%之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述輪(20、22、101、103)具有外圓面(42),所述外圓面(42)的周邊邊緣設(shè)置有凸緣(52),所述凸緣(52)用來當(dāng)所述扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138)被安裝在所述套管(15)中時(shí)與所述套管(15)接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述輪(20、22、101、103)適于向所述套管(15)施加根據(jù)赫茲公式計(jì)算的理論接觸壓力,所述理論接觸壓力包含在所述套管(15)的彈性極限的2倍與20倍之間,并且優(yōu)選為包含在所述套管(15)的彈性極限的4倍與10倍之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求5到15中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138),其中所述軸承(72)和/或所述推力軸承(84)由陶瓷材料制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、105、138),其中所述本體(4)包括定義正交矩陣(R)的第一方向(Z)、第二方向(X)和第三方向(Y);當(dāng)所述扭矩錨(2、100、102、105、107、138)被布置在所述套管中時(shí),所述第一方向(Z)平行于所述井的所述縱軸線延伸;所述本體(4)還包括包含所述第二方向(X)和所述第三方向(Y)的徑向平面(X、Y)、包含所述第一方向(Z)和所述第二方向(X)的第一軸向平面(Z、X)以及包含所述第一方向(Z)和所述第三方向(Y)的第二軸向平面(Y、Z),所述第一軸向平面(Z、X)和所述第二軸向平面(Y、Z)穿過所述套管(15)的所述中心(O); 并且其中所述錨盒(12、14、98、99)包括布置在第一徑向平面(Χ、Υ)中的第一錨盒(12)和第二錨盒(14),被稱作第一級(96);所述第一錨盒(12)包括第一輪軸(26),并且所述第二錨盒(14)包括第二輪軸(38);所述第一輪軸(26)和所述第二輪軸(38)彼此平行,并且被布置在所述第二軸向平面(Υ、Ζ)的兩側(cè);所述第一輪軸(26)和所述第二輪軸(38)相對于所述套管(15)的所述中心(O)在所述第三方向⑴上偏移相同的偏移值(δ)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述扭矩錨(95、100、105),其包括被布置在第二徑向平面(Χ、Υ)中的第三錨盒(98)和第四錨盒(99),被稱作第二級(97);所述第二級(97)在所述第一方向(Z)上相對所述第一級(96)偏移;并且其中所述第三錨盒(98)和所述第四錨盒(99)根據(jù)幾何變換相對于所述第一錨盒(12)和所述第二錨盒(14)定位,所述幾何變換包括相對于第一軸線(A-A)的至少一個(gè)軸對稱,所述第一軸線(A-A)平行于所述第二方向(X)并且穿過所述套管(15)的所述中心(O);所述軸線(A-A)包含在位于與包含所述第一輪軸(26)和所述第二輪軸(38)的平面相距預(yù)定距離的徑向平面(X、Y)中。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述扭矩錨(100、105),其包括被布置在第二徑向平面(Χ、Υ)中的第三錨盒(98)和第四錨盒(99),被稱作第二級(97);所述第二級(97)在所述第一方向(Z)上相對于所述第一級(96)偏移;并且其中所述第三錨盒(98)和所述第四錨盒(99)根據(jù)幾何變換相對于所述第一錨盒(12)和所述第二錨盒(14)定位,所述幾何變換包括旋轉(zhuǎn),例如相對于軸線(B-B)旋轉(zhuǎn)90°的角度,所述軸線(B-B)平行于所述第一方向(Z)并且穿過所述本體⑷的所述中心(C)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到16中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(107),其中所述本體(4)包括定義正交矩陣(R)的第一方向(Z)、第二方向(X)和第三方向(Y);當(dāng)所述扭矩錨(107)被布置在所述套管中時(shí),所述第一方向(Z)平行于所述井的所述縱軸線延伸;所述本體(4)還包括包含所述第二方向(X)和所述第三方向(Y)的徑向平面(X、Y)、包含所述第一方向(Z)和所述第二方向(X)的第一軸向平面(Ζ、Χ)以及包含所述第一方向(Z)和所述第三方向(Y)的第二軸向平面(Y、Ζ),所述第一軸向平面(Ζ、Χ)和所述第二軸向平面(Υ、Ζ)穿過所述套管(15)的所述中心(O); 并且其中所述錨盒(12、14、98、99)包括布置在一個(gè)且相同的徑向平面(X、Y)上的第一錨盒(12)、第二錨盒(14)、第三錨盒(98)和第四錨盒(99),每個(gè)錨盒(12、14、98、99)的所述輪軸(26、38、112、114)彼此平行;所述第一錨盒(12)和所述第三錨盒(98)被布置在所述第二軸向平面(Υ、Ζ)的一側(cè);所述第二錨盒(14)和所述第四錨盒(99)被布置在所述第二軸向平面(Υ、Ζ)的另一側(cè);所述第一錨盒(12)和所述第二錨盒(14)被布置在所述第一軸向平面(Ζ、Χ)的一側(cè),所述第三錨盒(98)和所述第四錨盒被布置在所述第一軸向平面(Ζ、Χ)的另一側(cè)。
21.一種泵裝置(116、142),其特征在于,所述泵裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1到20中任一項(xiàng)所述的扭矩錨(2、95、100、102、105、107、138)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的泵裝置(142),其中所述扭矩錨(2、95、100、102、138)在井下被固定在所述泵裝置的端部。
23.根據(jù)權(quán)利要求21和22中任一項(xiàng)所述的泵裝置(142),其包括設(shè)置有定子(127)的螺桿泵(126)和布置在所述定子(127)中的螺旋轉(zhuǎn)子,所述扭矩錨(138)被直接地固定到所述定子(127)。
【文檔編號(hào)】E21B23/00GK104373067SQ201410395287
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】F·米勒, S·布勞斯 申請人:Pcm公司