專利名稱：抽吸組件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把石油這樣的液體從地下層抽吸到地面層的改進(jìn)的抽吸組件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
多種多樣的抽吸組件，用于把石油這樣的液體提升到回收層，回收層一般處于或接近于地面層。通常應(yīng)用的一個(gè)手段，是一套機(jī)械的抽吸隨動(dòng)裝置，該裝置用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一根擺卻桿作機(jī)械擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)一根伸桿上下交替移動(dòng)，帶動(dòng)一個(gè)向下開孔的泵。一般來(lái)說(shuō)，這根擺動(dòng)桿上裝有平衡塊，以減輕電機(jī)的負(fù)荷。
第二種手段是用一臺(tái)電機(jī)，使運(yùn)轉(zhuǎn)一臺(tái)液壓缸的工作液體加壓，從而使連接著向下開孔泵的伸桿上下交替移動(dòng)。在許多這種液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的申請(qǐng)中，被電機(jī)加壓的工作液體，既用于在該伸桿向上移動(dòng)時(shí)舉起伸桿的整個(gè)重量，也用于在該伸桿可以向下移動(dòng)時(shí)舉著小于伸桿的整個(gè)重量。根據(jù)油井的深度，伸桿的重量可有很大區(qū)域，而且常需壓力較高的液壓系統(tǒng)使這些先前的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的伸桿擺動(dòng)。
本發(fā)明目的在于提供一套用起來(lái)既簡(jiǎn)便又可靠的抽吸組件的改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它的初始投資費(fèi)和保養(yǎng)費(fèi)都不高，它還容易適用于各種深度、各種開采量的油井。
本發(fā)明涉及由泵裝置組成、把液體從地下層抽吸到一般處于或接近地面層的回收層的抽吸組件，該組件由一套在泵裝置運(yùn)行時(shí)擺動(dòng)的抽吸構(gòu)件組成。根據(jù)本發(fā)明，提供一套包括一臺(tái)液壓缸在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。一根泵連桿伸入液壓缸中，并連接著抽吸構(gòu)件，以支承抽吸構(gòu)件。該泵連桿至少包括一個(gè)活塞端面。還提供泵連桿向選定方向回彈的裝置，使抽吸構(gòu)件向上偏動(dòng)，從而支承與抽吸構(gòu)件相連的選定的一部分負(fù)荷。此外，還提供泵連桿上下交替移動(dòng)的裝置，以便使泵連桿和抽吸構(gòu)件擺動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)抽吸裝置。
使泵連桿回彈偏動(dòng)以支承抽吸構(gòu)件的裝置，最好包括一件液壓蓄能器，該蓄能器包括大量加壓工作液體和加壓氣體。該液壓蓄能器最好包括幾個(gè)耐壓容器。至少有一個(gè)耐壓容器包括含加壓氣體的第一層和含工作液體的第二層;另外一個(gè)或幾個(gè)密封容器，包括含有與第一層流體連通的加壓氣體的第三層。當(dāng)泵連桿向下移動(dòng)以儲(chǔ)存其向下移動(dòng)時(shí)可能損失的能量時(shí)，這種加壓氣體就受擠壓。于是，蓄能器儲(chǔ)存了的這種潛在能量就被用來(lái)在上行運(yùn)程時(shí)抬升泵連桿和抽吸構(gòu)件。用這種方法，使泵連桿上下交替移動(dòng)所需的動(dòng)力就會(huì)明顯減少。
使泵連桿上下交替移動(dòng)的裝置，最好包括一對(duì)對(duì)置于泵連桿上的活塞端面，包括使加壓工作液體交替射向第一活塞端面和第二活塞端面的裝置，以便泵連桿和抽吸構(gòu)件擺動(dòng)，從而帶動(dòng)泵裝置。
下面描述的推薦實(shí)施例特別簡(jiǎn)便、可靠，重量輕。這些實(shí)施例在相對(duì)低的液壓狀態(tài)下運(yùn)行，并有投資費(fèi)用低、運(yùn)行能耗低、維修費(fèi)用低的特點(diǎn)。由于應(yīng)用液壓蓄能器來(lái)使泵連桿向上偏動(dòng)，這些實(shí)施例易適合于不同深度、不同抽吸構(gòu)件的油井，適合于不同重量的伸桿。此外，由于這些實(shí)施例應(yīng)用液壓缸來(lái)使泵連桿擺動(dòng)，它們?cè)诒玫乃俾屎蜎_程兩方面都容易變換，便于適應(yīng)各種生產(chǎn)率的油井。
通過(guò)參閱下面的詳細(xì)描述及附圖，將更清楚地理解本發(fā)明以及本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明第一個(gè)具體實(shí)施例的各部分側(cè)視圖。
圖2是圖1所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是圖1所示實(shí)施例中一部分的詳細(xì)圖。
現(xiàn)在參閱與本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例10有關(guān)的圖1至圖3。此具體實(shí)施例10包括一座固定在剛好高出伸桿14的地面層16上的塔架12。伸桿14本身不是本發(fā)明的一部分，而是現(xiàn)有技術(shù)中一件為人熟知的設(shè)備。一盤來(lái)說(shuō)，該伸桿是一根實(shí)心桿子，它從地面層向下伸入位于油井采油層上的一個(gè)向下開孔泵中。當(dāng)伸桿14垂直擺動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)向下開孔泵把石油從采油層地吸到位于地面層的回收層上。在另外一些應(yīng)用中，回收層可能在地面層以下，例如，在某些灌溉作業(yè)中，回收層在井的底部。
第一個(gè)具體實(shí)施例10包括一套圖2最佳顯示的缸組件20。這套缸組件20包括一臺(tái)上部缸22和一臺(tái)下部缸24。上部缸22和下部缸24在缸組件20的中部由一個(gè)分隔器30連接在一起。4根連結(jié)桿34按常規(guī)方式平行地順著缸22和缸24伸展，并被固定在上部缸22的上端26和下部缸24的下端28上。這些連結(jié)桿34把上部缸22和下部缸24與分隔器30固定住，阻抗當(dāng)缸組件20運(yùn)行時(shí)引起這些部件分離的軸向力。上部缸22和下部缸24如圖2所示同軸安裝。
泵連桿40軸向地安裝于缸組件20之中，用于垂直運(yùn)動(dòng)。此泵連桿40由線性地聯(lián)結(jié)著一根上部傳動(dòng)軸44的一根下部傳動(dòng)軸42組成。該下部傳動(dòng)軸42的下端聯(lián)結(jié)著伸桿14，泵連桿40一般都與伸桿14垂直相聯(lián)，這樣，泵連桿40垂直擺動(dòng)就會(huì)使伸桿14上下移動(dòng)。一個(gè)上部活塞46安裝于在上部缸22中移動(dòng)的上部傳動(dòng)軸44的頂端。上部活塞46把上部缸22分為上缸腔36a和下缸腔36b。上部活塞46限定著分別朝向上缸腔36a和下缸腔36b的活塞上端面46a和活塞下端面46b。相似的，泵連桿40包括一個(gè)置于下部缸24中移動(dòng)的下部活塞48，它把下部缸24分為上缸腔38a和下缸腔38b。下部活塞48限定著分別朝向上缸腔38a和下缸腔38b的活塞上端面48a和活塞下端面48b。缸組件20限定著與上下缸腔36a、36b、38a、38b分別連通的出入口50、52、54、56。常規(guī)的圓環(huán)形墊圈32或者其它常規(guī)墊圈，墊在活塞46與缸22、活塞48與缸24、分隔器30與缸22和缸24、組合缸的下端28與下部傳動(dòng)軸42等部件之間。
如圖1和圖3最佳所示，上限位開關(guān)60a和下限位開關(guān)60b沿著下部傳動(dòng)軸42安裝在開關(guān)桿62上。這根開關(guān)桿62嚴(yán)格地安裝在缸組件20的適當(dāng)位置上。每個(gè)限位開關(guān)60a和60b分別安裝在安裝板64上，該安裝板限定著尺寸合于在開關(guān)桿62上滑動(dòng)的套筒66。在所有情況下，分別用鎖緊螺絲68把安裝板64鎖緊，從而，開關(guān)60a、60b就處于沿著開關(guān)桿62長(zhǎng)度所及的所需位置上。一個(gè)缸開關(guān)致動(dòng)器70固定在上限位開關(guān)60a與下限位開關(guān)60b之間的下部傳動(dòng)軸42上。這個(gè)開關(guān)致動(dòng)器70的尺寸，適于在泵連桿40到達(dá)選定行程的上限時(shí)使上限位開關(guān)60a開動(dòng)，在泵連桿40到達(dá)選定行程的下限時(shí)使下限位開關(guān)60b開動(dòng)。當(dāng)然，所需行程易于按要求加以調(diào)節(jié)，只要松開鎖緊螺絲68并把限位開關(guān)60a、60b沿著開關(guān)桿62定位于所需的位置就行了。
實(shí)施例10包括一臺(tái)驅(qū)動(dòng)液壓泵82的電機(jī)80。該液壓泵82把貯存在蓄液器92中的工作液體加壓，并通過(guò)一個(gè)關(guān)閉閥88把這種加壓工作液體輸往一個(gè)調(diào)控閥86。一個(gè)分流閥84起到釋壓閥的作用，當(dāng)需要使進(jìn)入調(diào)控閥86的工作液壓體的壓力維持在所選壓力的狀況或低于所選壓力時(shí)，它就把過(guò)量的工作液體分流到蓄液器92中。
此具體實(shí)施例中的調(diào)控閥86，是一個(gè)導(dǎo)向操作、螺線管致動(dòng)、有兩個(gè)位置的定向調(diào)控閥。當(dāng)然，其它類型的調(diào)控閥，例如液壓致動(dòng)調(diào)控閥，可用于其它具體實(shí)施例中。如圖2所示，處于第一個(gè)位置的調(diào)控閥86，把加壓工作液體導(dǎo)向出入口54，并使來(lái)自出入口52的工作液體導(dǎo)向出入口54，并使來(lái)自出入口52的工作液體回到蓄液器92中。在第一個(gè)位置上，加壓工作液體射向活塞上端面48a，從而把泵連桿40和伸桿14向下推動(dòng)。在另一個(gè)位置上，調(diào)控閥86把來(lái)自泵82的加壓工作液體導(dǎo)向出入口52，使來(lái)自出入口54的工作液體回到蓄液器92中。在此位置上，調(diào)控閥86把加壓工作液體射向活塞下端面46b，從而使泵連桿40和伸桿14向上移動(dòng)。上缸腔36a通過(guò)出入口50而開通。
限位開關(guān)60a、60b用于自動(dòng)調(diào)控該調(diào)控閥86，這樣，當(dāng)致動(dòng)器70驅(qū)動(dòng)上限位開關(guān)60a時(shí)，上限位開關(guān)60a就把調(diào)控閥86移動(dòng)到第一位置，從而使泵連桿50開始向下移動(dòng)。相反，當(dāng)致動(dòng)器到達(dá)下限位開關(guān)60b時(shí)，調(diào)控閥86就被移動(dòng)到第二位置，以便使泵連桿40開始向上移動(dòng)。按此方式，就使泵連桿40自動(dòng)地?cái)[動(dòng)，從而擺動(dòng)伸桿14并帶動(dòng)下方開孔泵。在其它一些具體裝置中，磁力接近傳感器或液壓傳感器可以代替機(jī)械的限位開關(guān)60a、60b，以調(diào)控該調(diào)控器86。
具體實(shí)施例10包括一個(gè)蓄能器100，該蓄能器包括若干工作液體102和若干象氮這樣的加壓氣體104。當(dāng)然，在其它具體實(shí)施例中可用別的加壓氣體。蓄能器100中的工作液體102和加壓氣體104被一個(gè)球膽106隔開，工作液體102連著出入口56持續(xù)作液體交換。蓄能器100中的工作液體102也通過(guò)一個(gè)關(guān)閉閥90與泵82的出口連通。當(dāng)需要時(shí)，關(guān)閉閥88可關(guān)上，關(guān)閉閥90可打開，使泵82把工作液體注入蓄能器100中，從而增大加壓氣體104的壓力。當(dāng)然，可用常規(guī)活塞型蓄能器代替球膽型蓄能器100。
如圖2所示，該具體實(shí)施例的蓄能器100包括幾個(gè)耐壓容器。第一個(gè)耐壓容器100a限定著阻擋層或球膽106，限定著含有一部分加壓氣體104的第一層和含有工作液體102的第二層。該加壓蓄能器也包括另一個(gè)或幾個(gè)耐壓容器100a、100b、100c，這些容器合在一起限定著第三層，內(nèi)含與球膽106內(nèi)部有流體連通的另外的加壓氣體。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓縮氣體的體積達(dá)到最大值時(shí)，抽吸組件的運(yùn)行最優(yōu)。這是因?yàn)楸眠B桿40的擺動(dòng)，引起第一層和第三層中壓縮氣體的壓力變動(dòng)。這種變動(dòng)不合乎需要，因?yàn)樗鼤?huì)增加電機(jī)80為擺動(dòng)泵連桿40必需做的功。當(dāng)加壓氣體的體積增大時(shí)，這種壓力變動(dòng)趨于最小值。包含球膽的蓄能器隨其體積增大而費(fèi)用迅速增加，由于這個(gè)原因，僅僅要替換一個(gè)容積較大的蓄能器是不值得的。圖2所示的實(shí)施例，以使用一個(gè)容積相對(duì)較小的耐壓容器100a而增加加壓氣體104體積的方法，解決這個(gè)問(wèn)題。其它幾個(gè)耐壓容器100b、100c、100d，可形成幾個(gè)費(fèi)用不昂貴的氣缸。用此方法，就能以最小的成本大大增加加壓氣體104的有效體積。
在工作中使用圖1至圖3所示的實(shí)施例時(shí)，最好首先調(diào)節(jié)蓄能器100中支承伸桿14重量的工作液體102的用量。要這樣做，就關(guān)上關(guān)閉閥88，打開關(guān)閉閥90，然后逐漸調(diào)節(jié)分流閥84，來(lái)增大工作液體的壓力，使之被蓄能器100承受。來(lái)自蓄能器100的加壓工作液體102，經(jīng)過(guò)出入口56，持續(xù)地與下缸腔38b相聯(lián)。此加壓工作液體102作用于活塞下端面48b，使泵連桿40朝上偏動(dòng)。當(dāng)泵82供給的工作液體壓力加大時(shí)，由蓄能器100提供的偏動(dòng)力就加大。當(dāng)此偏動(dòng)力接近伸桿14的重力而且泵連桿開始上抬，關(guān)閉閥90就關(guān)上，從而封住蓄能器100。
假如沒有液體或氣體泄漏，那么，蓄能器100就會(huì)受調(diào)節(jié)而供給基本支承伸桿14整個(gè)重量那么大的回彈偏動(dòng)力。當(dāng)伸桿14和泵連桿40向下移動(dòng)時(shí)，工作液體就從下缸腔38b中被輸送進(jìn)蓄能器100中。當(dāng)泵連桿40向上移動(dòng)時(shí)，工作液體就按相反方向從蓄能器100流向下缸腔39b。這樣，加壓氣體104就把伸桿14向下移動(dòng)時(shí)喪失的潛在能量貯存起來(lái)，然后又供給這種潛在能量，使伸桿14向上移動(dòng)。
由于蓄能器100基本支承著伸桿14的整個(gè)重量，電機(jī)80和泵82僅只須供給相對(duì)少量的動(dòng)力來(lái)使泵連桿40擺動(dòng)。事實(shí)上，電機(jī)80和液壓泵82供給的動(dòng)力略多一些，而且是下方開孔泵把石油抽上來(lái)所需的動(dòng)力。蓄能器100中的壓力最好被調(diào)節(jié)成這樣泵82抬起泵連桿90供給的壓力，大致等于泵82使泵連桿40下行而供給的壓力。按這種方式，泵82的抽吸能力應(yīng)用得最有效。當(dāng)泵連桿40到達(dá)其行程的下限時(shí)，限位開關(guān)60b就使調(diào)控閥86把來(lái)自泵82的加壓工作液體經(jīng)過(guò)此時(shí)打開的關(guān)閉閥88，導(dǎo)向下缸腔36b，從而把加壓工作液體身向上部活塞46的下端面46b，舉起泵連桿40。當(dāng)泵連桿40到達(dá)其行程的上限時(shí)，上限位開關(guān)60a就使調(diào)控閥86把來(lái)自泵82的加壓工作液體導(dǎo)向上腔38a，從而把工作液體射向活塞上端面48a，使泵連桿40下行。
當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)了解，上述推薦實(shí)施例顯然可根據(jù)各種不同用途加以修改。例如，在一些實(shí)施例中，蓄能器可以用帶有彈簧或加重活塞這類機(jī)械貯能系統(tǒng)替換。另外，上述蓄能器也可與機(jī)械驅(qū)動(dòng)的伸桿連在一起使用。如果合乎需要，又有為蓄能器100加壓的其它方式，分流閥84也可取消。
為更好地描述本發(fā)明的推薦實(shí)施例，現(xiàn)提供下列構(gòu)造方面的細(xì)節(jié)。不過(guò)，應(yīng)用明了，這些細(xì)節(jié)只想以舉例的方式而不是限定的方式來(lái)加以說(shuō)明。在本實(shí)施例中，電機(jī)80最好是一臺(tái)5馬力的電機(jī)，例如堪薩斯州威奇托的格蘭杰公司(Granger Company of Wichita，Kans.)售賣的那種6K130型電機(jī)。泵82最好為速率1，200轉(zhuǎn)/分，壓力1，000磅/英寸2時(shí)，流量每分鐘40加侖，適宜的型號(hào)可從堪薩斯州劉易斯城的克洛斯制造公司(Cross Manufacturing Company of Lewis，Kans.)得到。缸22、24均為克洛斯制造公司出售的長(zhǎng)60英寸、直徑4英寸的那種缸。分流閥84和調(diào)控閥86為俄州埃爾依拉的帕克液動(dòng)力公司(Parker Fluid Power of Elyira，Ohio)所供應(yīng)，型號(hào)分別為ULR型和D101VWID4Y型，分流閥84的調(diào)節(jié)范圍為200至1，000磅/英寸2。蓄能器100為加利福尼亞州的格里爾液壓傳動(dòng)裝置貿(mào)易公司(Greer Hydraulic of Commerce，Calif.)所供應(yīng)，型號(hào)為No.845390(容量10加侖)。
如上所述，顯然本發(fā)明這種推薦實(shí)施例有許多優(yōu)點(diǎn)。這些裝置是簡(jiǎn)便可靠的液壓系統(tǒng)，不需要若干平衡塊，因而重量輕。由于蓄能器用來(lái)支承伸桿或油井架的重量，泵在壓力相對(duì)較低的狀態(tài)下運(yùn)行，因而整個(gè)系統(tǒng)的投資費(fèi)用相對(duì)較低。另外，由于該蓄能器在運(yùn)行時(shí)以一種無(wú)需外部動(dòng)力源的被動(dòng)方式起作用，把石油提升到表面所需能耗就相對(duì)較低。這些實(shí)施例的許多液壓構(gòu)件都可買到，因此修理起來(lái)常常是件簡(jiǎn)單的事。如上面已說(shuō)明的，該抽吸組件的行程和抽吸速率，可易于根據(jù)需要加以變換。因此，這些實(shí)施例，便于根據(jù)不同深度、不同開采量的油井的用途未加以修改。
當(dāng)然，可對(duì)上述推薦實(shí)施例作大范圍的變換和修改。所以，要用舉例而不是限定的方式來(lái)做上面的詳述。顯然，下列包括所有等同物在內(nèi)的權(quán)利要求的目的在于限定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.具有一個(gè)把液體從地下層抽吸到回收層的泵的一種抽吸組件，該抽吸組件包括一套在該泵運(yùn)行時(shí)擺動(dòng)的抽吸構(gòu)件，其改進(jìn)在于至少有一個(gè)缸組件限定著第一、第二和第三液壓缸；許多活塞限定著第一、第二和第三活塞端面，每個(gè)活塞分別在第一、第二和第三液壓缸中的一臺(tái)中移動(dòng)，這些活塞連接著抽吸構(gòu)件因而隨抽吸構(gòu)件擺動(dòng)；一個(gè)包括許多耐壓容器的液壓蓄能器，至少第一個(gè)該耐壓容器包括含一種加壓氣體的第一層和含一種工作液體的第二層，至少另一個(gè)該耐壓容器包括含一種與上述第一層有流體連通的加壓氣體的第三層；第一條導(dǎo)管聯(lián)接在第二層與第一缸之間，把加壓工作液體從壓力蓄能器中引往第一缸中，射向第一個(gè)活塞端面，使抽吸構(gòu)件向上偏動(dòng)，以補(bǔ)償與抽吸構(gòu)件有關(guān)的一部分負(fù)荷，上述第一缸和上述蓄能器在運(yùn)行中構(gòu)成一套密封的液壓系統(tǒng)；以及與第二缸和第三臺(tái)缸連接的裝置，交替地把加壓工作液體引入第二臺(tái)及第三臺(tái)缸中，使其射向第二個(gè)及第三個(gè)活塞端面，以便使抽吸構(gòu)件擺動(dòng)，從而帶動(dòng)該泵。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于第一個(gè)活塞端面，其寸尺寸不比第二個(gè)及第三個(gè)活塞端面大。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于第一個(gè)、第二個(gè)及第三個(gè)活塞端面尺寸相同。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于交替導(dǎo)向裝置包括一臺(tái)液壓泵和一臺(tái)驅(qū)動(dòng)此泵的電機(jī)。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)明，其特征在于該電機(jī)的功率不大于約5馬力。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于另一個(gè)耐壓容器只把加壓氣體輸往第一個(gè)耐壓容器，只有第一個(gè)耐壓容器把加壓工作液體輸往第一液壓缸。
7.如權(quán)利要求4所述的發(fā)明，其特征在于還包括把液壓泵供應(yīng)在加壓工作液體引入液壓蓄能器的裝置，以便調(diào)節(jié)液壓蓄能器中加壓工作液體的用量，從而調(diào)節(jié)加壓氣體的壓力。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于缸組件適用于地面以上的用途。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于第一個(gè)耐壓容器包括一層分隔第一層和第二層的阻擋層。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)明，其特征在于阻擋層包括一層有彈性的膜片。
全文摘要
用于油井下方開孔泵的一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括一限定第一缸和第二缸的缸組件。包括第一個(gè)和第二個(gè)活塞且每個(gè)活塞分別安裝于各缸中的一根泵連桿，連接著下方開孔泵。一個(gè)含多個(gè)容器的液壓蓄能器向這些活塞之一提供回彈偏動(dòng)力，使之抵消內(nèi)連著泵連桿和下方開孔泵的伸桿的重力。一臺(tái)液壓泵提供加壓工作液體，該液體被交替地往上往下射向泵連桿的各個(gè)活塞端面上，使泵連桿擺動(dòng)，從而帶動(dòng)下方開孔泵。當(dāng)油井中的石油面降到低于預(yù)定面時(shí)，幾個(gè)液面?zhèn)鞲衅魇挂簤罕貌换顒?dòng)。
文檔編號(hào)F04B47/00GK1097487SQ9310826
公開日1995年1月18日 申請(qǐng)日期1993年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月16日
發(fā)明者詹姆斯·B·泰本 申請(qǐng)人:麥D·漢D制造公司