抽油泵驱动及油井加热装置的制作方法

本发明涉及一种抽油泵驱动及油井加热装置，属石油机械技术领域。

背景技术：

目前我国的石油开采设备，主要包括地面抽油机、抽油杆(或称抽油杆柱）和抽油泵组成，抽油泵位于油管的下端，其工作动件（柱塞或泵筒）通过抽油杆连接地面抽油机，由地面抽油机通过抽油杆带动其工作动件上下运动，将油沿油管提升出来，其中抽油杆是抽油系统的一个关键部件，由于现有技术要求抽油杆具有从地面延伸到油管底部的长度，且不同部位的受力和运动方式复杂，抽油杆强度是制约下泵深度和排量的主要因素，抽油杆失效是有杆抽油系统失效的一个主要原因。

另外，石油开采还涉及含蜡原油的开采和斜井开采，其中含蜡井需要清洗及药物辅助或电热等辅助设施才能正常开采，使开采成本，斜井会造成了油杆或油管偏磨损坏，严重时偏磨造成躺井重新作业，造成人力物力浪费。由此导致现有采油设备难以很好地适应于这些油井，需要设置若干相应的辅助设备，导致采油成本明显升高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抽油泵驱动及油井加热装置，这种装置有助于减少抽油杆失效，且能够较好地适应于含蜡井和斜井。

本发明的技术方案是：一种抽油泵驱动及油井加热装置，其包括内管和套在所述内管外侧的外管，所述外管与所述内管之间留有构成介质通道的环形间隙，所述内管内设有与其内壁滑动且密封配合的活塞，由此使得所述内管和所述活塞组成液压缸结构，所述内管构成与所述活塞配合的缸筒，所述活塞将所述内管的管腔（管孔）分隔为上腔体和下腔体，且所述上腔体和下腔体的体积（或轴向尺寸）随所述活塞的上下运动而变化，所述内管和外管的下端设有下螺栓，所述下螺栓呈不等径的柱形，设有内管连接段和外管连接段，所述内管和所述外管的下端分别旋接在所述下螺栓的内管连接段和外管连接段的外侧，可以通过下螺栓侧面上的环形阶台结构实现对所述内管和所述外管在下螺栓上最大旋进程度的限位，所述下螺栓设有轴向的中央通孔，并设有一个或多个径向通孔，所述下螺栓的径向通孔的内端口连接其中央通孔，外端口位于其内管连接段和外管连接段之间，连通所述外管和内管之间的环形间隙，所述活塞连接有向下延伸的活塞杆，所述活塞杆穿过所述下螺栓的中央通孔，所述活塞杆用于位于其下方的连接抽油杆或者抽油杆连接杆，进而驱动抽油泵，所述下螺栓的下面设有活塞杆密封装置，用于实现与所述活塞杆之间间隙的密封，所述内管和外管的上端设有上螺栓，所述上螺栓呈不等径的柱形，设有外管连接段，所述外管的上端旋接在所述上螺栓的外管连接段的外侧，可以通过上螺栓侧面上的环形阶台结构实现对所述外管在上螺栓上最大旋进程度的限位，所述上螺栓的下端面与所述内管的上端端口压力接触，通过这种固定方式，可以实现了对内管的装配，避免因外管遮挡或在内外管下端旋接到位后，内外管不能同时在上螺栓上旋接的装配困难，所述上螺栓设有轴向的中央通孔以及一个或多个轴向的侧位通孔（所称侧位为不再轴线上的位置），所述上螺栓的侧位通孔的下端口连通所述外管和所述内管之间的环形间隙，由此，在本装置上形成了两条液压介质通道，一条主要由相互连通的所述内管的管孔、所述下螺栓的中央通孔和所述上螺栓的中央通孔组成，可称为第一介质通道，另一条主要有相互连通的所述外管和内管之间的环形间隙与所述上螺栓的侧位通孔组成，可称为第二介质通道，所述第一介质通道和第二介质通道的底部通过所述下螺栓上径向通孔连通，所述活塞位于所述内管的管孔内，通过第一介质通道的上方接口输入具有一定压力的液压介质推动活塞向下运动，同时下腔体体积缩小，液压介质从第二介质通道的上方接口回流到液压动力系统，通过液压动力系统改变液压介质的流动方向，通过第二介质通道的上方接口输入具有一定压力的液压介质推动活塞向上运动，同时上腔体体积缩小，液压介质从第一介质通道的上方接口回流到液压动力系统，由此通过液压动力系统，可以控制和驱动抽油泵工作。

所述液压动力系统可以采用任意适宜的现有技术，并可以设有相应的控制装置，例如，现有液压系统中的液压动力系统及其控制装置。

本发明的有益效果是：这种装置可以设置于油管内的下部，明显地减少了抽油杆的长度，且简化了抽油杆的工作环境，有助于降低对抽油杆强度的要求，有助于制备和装配出更高强度的抽油杆，进而减小或消除抽油杆对下泵深度和排量的制约，减小抽油杆失效的可能性或频率。同时，该装置自身外管及配套的液压介质管道相对于油管静止不动，即使用于斜井，也不会像现有抽油杆那样出现与油管之间的运动磨损或偏磨，而地面液压动力系统可以方便地设置液压介质加热装置，且液压介质在油管内循环的过程中也会产生热量，这些热量都能够使油管升温，对经油管输送的采出液加热，避免或减轻蜡组分对油管的堵塞。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供的抽油泵驱动及油井加热装置，包括内管10和套在所述内管外侧的外管20，所述外管与所述内管之间留有构成介质通道的环形间隙18，所述内管内设有与其内壁滑动且密封配合的活塞70，由此使得所述内管和所述活塞组成液压缸结构，所述内管构成与所述活塞配合的缸筒，所述活塞将所述内管的管腔（管孔）12分隔为上腔体和下腔体，且所述上腔体和下腔体的体积（或轴向尺寸）随所述活塞的上下运动而变化，所述内管和外管的下端设有下螺栓30，所述下螺栓呈不等径的柱形（例如，环形阶梯状的柱形，并允许带有部分锥面），设有内管连接段和外管连接段，所述内管和所述外管的下端11、21分别旋接在所述下螺栓的内管连接段和外管连接段的外侧，可以通过下螺栓侧面上的环形阶台结构实现对所述内管和所述外管在下螺栓上最大旋进程度的限位，所述下螺栓设有轴向的中央通孔32，并设有一个或多个径向通孔33，所述下螺栓的径向通孔的内端口连接其中央通孔，外端口位于其内管连接段和外管连接段之间，连通所述外管和内管之间的环形间隙，所述活塞连接有向下延伸的活塞杆71，所述活塞杆穿过所述下螺栓的中央通孔，连接有抽油杆或者抽油杆连接杆75，所述下螺栓的下面设有活塞杆密封装置，用于实现与所述活塞杆之间间隙的密封，所述内管和外管的上端设有上螺栓40，所述上螺栓呈不等径的柱形，设有外管连接段，所述外管的上端25旋接在所述上螺栓的外管连接段的外侧，可以通过上螺栓侧面上的环形阶台结构实现对所述外管在上螺栓上最大旋进程度的限位，所述上螺栓的下端面与所述内管的上端端口15压力接触，通过这种固定方式，可以实现了对内管的装配和固定，避免因外管遮挡或在内外管下端旋接到位后，内外管不能同时在上螺栓上旋接的装配困难，所述上螺栓设有轴向的中央通孔42以及一个或多个轴向的侧位通孔43（所称侧位为不再轴线上的位置），所述上螺栓的侧位通孔的下端口连通所述外管和所述内管之间的环形间隙，由此，在本装置上形成了两条液压介质通道，一条主要由相互连通的所述内管的管孔、所述下螺栓的中央通孔和所述上螺栓的中央通孔组成，可称为第一介质通道，另一条主要有相互连通的所述外管和内管之间的环形间隙与所述上螺栓的侧位通孔组成，可称为第二介质通道，所述第一介质通道和第二介质通道的底部通过所述下螺栓上径向通孔连通，所述活塞位于所述内管的管孔内，通过第一介质通道的上方接口输入具有一定压力的液压介质推动活塞向下运动，同时下腔体体积缩小，液压介质从第二介质通道的上方接口回流到液压动力系统，通过液压动力系统改变液压介质的流动方向，通过第二介质通道的上方接口输入具有一定压力的液压介质推动活塞向上运动，同时上腔体体积缩小，液压介质从第一介质通道的上方接口回流到液压动力系统，由此通过液压动力系统，可以控制和驱动抽油泵工作。

所述活塞杆密封装置可以包括填料函，填料函外筒61呈柱形，内腔62呈上大下小的锥形，设有密封填料，所述填料的上方设有压紧弹簧，所述压紧弹簧的上端抵靠在所述上螺栓的下端面上，下端压在环形填料压板上或者压在填料上，所述活塞杆（或抽油杆、或抽油杆连杆）穿过所述填料函，其周边与填料接触，实现密封。

所述填料函内的填料优选采用盘根结构。

所述填料函外筒的下端优选为缩径段（外径小于填料函外筒主体部分的外径），设有外螺纹，旋接有上密封管65，所述上密封管的上部管孔为扩径管孔（孔径大于上密封管主体部分的孔径），设有用于与所述填料函外筒旋接的内螺纹，所述填料函外筒的缩径部的下端面与所述上密封管的扩径管孔的孔内端面之间设有上密封圈，用于设置上密封圈的环形间隙构成相应的上密封槽64。

所述上密封管的下端可以为缩径段（外径小于上密封管主体部分的外径），设有外螺纹，旋接有下密封管67，所述下密封管的上部管孔为扩径管孔（孔径大于下密封管主体部分的孔径），设有用于与所述上密封管旋接的内螺纹，所述上密封管的缩径部的下端面与所述下密封管的扩径管孔的孔内端面之间设有下密封圈，用于设置下密封圈的环形间隙构成相应的下密封槽66。由此，通过填料函、上密封圈和下密封圈形成多道密封，避免液压泄漏出来，所用的密封圈和密封填料可以采用适宜的现有技术，可以是多种材料的相互配合。

所述上螺栓的下端面上优选设有用于插入或套上所述内管的上端端口的环形凹槽或环形阶台（边缘处的环形阶台），以更好地实现对所述内管上端的固定。

所述上螺栓的下端面上用于插入或套上所述内管的上端端口的环形凹槽或环形阶台上优选设有密封圈，用于实现所述内管和所述上螺栓的下端面之间的密封。

所述活塞杆与所述活塞之间的连接可以采用固定连接或者活动连接，当采用活动连接时，所述活塞设有筒状结构，所述活塞的筒状结构上设有上挡板和下挡板，所述活塞杆的上端头部（优选呈圆柱形）设有位于所述活塞的筒状结构内的上挡板和下挡板之间，并与所述活塞的筒状结构的内壁滑动配合，所述活塞杆穿过所述下挡板的中部的活塞杆通孔，所述筒状结构内设有活塞杆推力弹簧，所述活塞杆推力弹簧位于所述上挡板和所述活塞杆的上端头部之间，呈预压缩状态，将所述活塞杆的上端头部压向所述下挡板，所述活塞杆的上端头部的外径大于所述下挡板上的所述活塞杆通孔的孔径，使得所述活塞杆的上端头部不能从所述活塞杆通孔穿过，通过所述活塞杆推力弹簧的设置，可以有效地保护抽油泵不受活塞杆异常运动的冲击，并消解活塞杆振动的传递。

所述上螺栓的顶部可以从所述外管内向上延伸出来，形成接头连接部，用于连接接头50，所述上螺栓的接头连接部上的中央通孔呈扩径状（其内径大于所述上螺栓的中央通孔的主体部分的内径）并设有内螺纹，所述接头呈不等径的柱形，其下端旋接在所述上螺栓的接头连接部的内螺纹上，所述接头设有轴向的中央通孔52以及一个或多个轴向的侧位通孔53，所述接头的中央通孔及侧位通孔分别与所述上螺栓的中央通孔和侧位通孔连通，所述接头的中央通孔的顶部设有第一管道接口58，所述接头的侧位通孔的顶部设有第二管道接口59，分别用于与液压动力系统的相应介质管道连接，进而实现本装置第一介质通道和第二介质通道与所述液压动力系统的相应进出口之间的连通。

内管上方的所述上螺栓的侧面可以设有径向的环形凸起46，以缩小相应部位与所述外管内壁之间的环形间隙，增大液压介质流动的阻力，改变流向或流动方式，以将一定的动能转换为热能，保持相应部分的介质温度，满足加热外部油管内空间和采出液的温度。

内管上方的所述上螺栓的侧面还可以设有径向的环形凹部47，以增大相应部位与所述外管内壁之间的环形间隙，降低液压介质的流速，实现匀压及某些情形下的冲力缓冲，恢复介质静压，减轻振动。

根据需要，可以在各种管形、柱形件的配合面之间设有密封件。

根据需要，可以在各种端面或平面配合面之间设置密封件。

优选地，所述内管、外管、下螺栓上螺栓、接头、密封函外筒、上密封管和下密封管均同心设置。

所述内管、外管、下螺栓上螺栓、接头、密封函外筒、上密封管和下密封管的总体形状优选均为回转体形，且各件的轴线位于同一直线上。

所述液压动力系统可以采用任意适宜的现有技术，并可以设有相应的控制装置，例如，现有液压系统中的液压动力系统及其控制装置。

所述液压动力系统通常应设有用于给液压介质加热的加热装置。

所述加热装置设优选置于所述液压动力系统的储液罐内，可以采用蒸汽加热管或电加热管等任意适宜的技术，所述加热装置可以设置控制其工作的加热控制装置进行加热控制，使液压介质的加热量或温度达到设定要求。

通过加热装置使液压介质具有相应的温度或热能，以便在油管内放热，实现对采油抽出液的加热，同时，液压介质在流动过程中也会产生一定的热能用于抽出液的加热。

本发明采用液压杆原理进行抽油泵的驱动，通过外管和内管组成的套管式结构形成两条液压介质通道，其中内管的管腔（管孔）构成的连接上腔室的介质通道，内外管之间的环形间隙构成连接下下腔室的介质通道，可以在地面设置液压动力系统，通过一条介质通道将具有一定压力的液压介质送入上腔室或下腔室，通过另一条介质通道实现另一个腔室内的液压介质回流，由此推动活塞上下移动，继而带动抽油杆上下移动。可以采用任意适应形式的抽油泵，将本设置于抽油泵上方的油管内，并使本装置的行程与抽油泵的行程相适应。可以采用现有技术（例如，杆式抽油泵在油管内的安装固定技术）实现本装置在油管内的安装固定。液压介质在运行过程产生的热量能够解析蜡油。

活塞设置在内管内，连接位于其下方的抽油杆（抽油杆本体或者用于抽油杆本体的竖向传动/连接杆）。通过液压介质推动活塞进行下行运动，进而推动抽油杆下行到泵底，当底部达到一定压力时，液压动力系统控制介质液压反向流动，推动活塞上行，拉动抽油杆上行运动到油缸顶端，完成抽油泵的一个往返冲程工作过程，在液压动力系统的作用下，活塞往返运动带动抽油泵工作，完成抽油过程。

地面的液压动力系统把储液罐里用加热器加热的液压油，液压动力系统的两个液压油进出口分别通过高压胶管连接本装置的两条介质通道，且连接部位位于相应介质通道的上部。

所述液压动力系统可以采用现有技术，通常可以包括液压机、储液罐和循环泵并通过适宜的管道形式实现这些设备的管道连接，所述储液罐内或者管道上设置加热器对液压介质加热，加热器通常设有加热控制系统以进行加热控制，使液压介质达到所需的温度或温升。

所述液压动力系统中各设备之间的连接管道以及所述液压动力系统与本装置之间的连接管道均可以采用高压胶管或其他适宜管道形式，例如，位于油管内的金属管道。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。