抽吸组件驱动系统的制作方法

专利名称：抽吸组件驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及把石油这样的液体从地下层抽吸到地面层的改进的抽吸组件驱动系统。
多种多样的抽吸组件，用于把石油这样的液体提升到回收层，回收层一般处于或接近于地面层。通常应用的一个手段，是一套机械的抽吸随动装置，该装置用一台电机驱动一根摆却杆作机械摆动，从而驱动一根伸杆上下交替移动，带动一个向下开孔的泵。一般来说，这根摆动杆上装有平衡块，以减轻电机的负荷。
第二种手段是用一台电机，使运转一台液压缸的工作液体加压，从而使连接着向下开孔泵的伸杆上下交替移动。在许多这种液压传动系统的申请中，被电机加压的工作液体，既用于在该伸杆向上移动时举起伸杆的整个重量，也用于在该伸杆可以向下移动时举着小于伸杆的整个重量。根据油井的深度，伸杆的重量可有很大区域，而且常需压力较高的液压系统使这些先前的液压传动系统中的伸杆摆动。
本发明目的在于提供一套用起来既简便又可靠的抽吸组件的改进的驱动系统，它的初始投资费和保养费都不高，它还容易适用于各种深度、各种开采量的油井。
本发明涉及由泵装置组成、把液体从地下层抽吸到一般处于或接近地面层的回收层的抽吸组件，该组件由一套在泵装置运行时摆动的抽吸构件组成。根据本发明，提供一套包括一台液压缸在内的驱动系统。一根泵连杆伸入液压缸中，并连接着抽吸构件，以支承抽吸构件。该泵连杆至少包括一个活塞端面。还提供泵连杆向选定方向回弹的装置，使抽吸构件向上偏动，从而支承与抽吸构件相连的选定的一部分负荷。此外，还提供泵连杆上下交替移动的装置，以便使泵连杆和抽吸构件摆动，从而驱动抽吸装置。
使泵连杆回弹偏动以支承抽吸构件的装置，最好包括一件液压蓄能器，该蓄能器包括大量加压工作液体和加压气体。该液压蓄能器最好包括几个耐压容器。至少有一个耐压容器包括含加压气体的第一层和含工作液体的第二层;另外一个或几个密封容器，包括含有与第一层流体连通的加压气体的第三层。当泵连杆向下移动以储存其向下移动时可能损失的能量时，这种加压气体就受挤压。于是，蓄能器储存了的这种潜在能量就被用来在上行运程时抬升泵连杆和抽吸构件。用这种方法，使泵连杆上下交替移动所需的动力就会明显减少。
使泵连杆上下交替移动的装置，最好包括一对对置于泵连杆上的活塞端面，包括使加压工作液体交替射向第一活塞端面和第二活塞端面的装置，以便泵连杆和抽吸构件摆动，从而带动泵装置。
下面描述的推荐实施例特别简便、可靠，重量轻。这些实施例在相对低的液压状态下运行，并有投资费用低、运行能耗低、维修费用低的特点。由于应用液压蓄能器来使泵连杆向上偏动，这些实施例易适合于不同深度、不同抽吸构件的油井，适合于不同重量的伸杆。此外，由于这些实施例应用液压缸来使泵连杆摆动，它们在泵的速率和冲程两方面都容易变换，便于适应各种生产率的油井。
通过参阅下面的详细描述及附图，将更清楚地理解本发明以及本发明的其它目的和优点。


图1是本发明第一个具体实施例的各部分侧视图。
图2是图1所示实施例的结构图。
图3是图1所示实施例中一部分的详细图。
现在参阅与本发明第一个实施例10有关的图1至图3。此具体实施例10包括一座固定在刚好高出伸杆14的地面层16上的塔架12。伸杆14本身不是本发明的一部分，而是现有技术中一件为人熟知的设备。一盘来说，该伸杆是一根实心杆子，它从地面层向下伸入位于油井采油层上的一个向下开孔泵中。当伸杆14垂直摆动时，就带动向下开孔泵把石油从采油层地吸到位于地面层的回收层上。在另外一些应用中，回收层可能在地面层以下，例如，在某些灌溉作业中，回收层在井的底部。
第一个具体实施例10包括一套图2最佳显示的缸组件20。这套缸组件20包括一台上部缸22和一台下部缸24。上部缸22和下部缸24在缸组件20的中部由一个分隔器30连接在一起。4根连结杆34按常规方式平行地顺着缸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。这些连结杆34把上部缸22和下部缸24与分隔器30固定住，阻抗当缸组件20运行时引起这些部件分离的轴向力。上部缸22和下部缸24如图2所示同轴安装。
泵连杆40轴向地安装于缸组件20之中，用于垂直运动。此泵连杆40由线性地联结着一根上部传动轴44的一根下部传动轴42组成。该下部传动轴42的下端联结着伸杆14，泵连杆40一般都与伸杆14垂直相联，这样，泵连杆40垂直摆动就会使伸杆14上下移动。一个上部活塞46安装于在上部缸22中移动的上部传动轴44的顶端。上部活塞46把上部缸22分为上缸腔36a和下缸腔36b。上部活塞46限定着分别朝向上缸腔36a和下缸腔36b的活塞上端面46a和活塞下端面46b。相似的，泵连杆40包括一个置于下部缸24中移动的下部活塞48，它把下部缸24分为上缸腔38a和下缸腔38b。下部活塞48限定着分别朝向上缸腔38a和下缸腔38b的活塞上端面48a和活塞下端面48b。缸组件20限定着与上下缸腔36a、36b、38a、38b分别连通的出入口50、52、54、56。常规的圆环形垫圈32或者其它常规垫圈，垫在活塞46与缸22、活塞48与缸24、分隔器30与缸22和缸24、组合缸的下端28与下部传动轴42等部件之间。
如图1和图3最佳所示，上限位开关60a和下限位开关60b沿着下部传动轴42安装在开关杆62上。这根开关杆62严格地安装在缸组件20的适当位置上。每个限位开关60a和60b分别安装在安装板64上，该安装板限定着尺寸合于在开关杆62上滑动的套筒66。在所有情况下，分别用锁紧螺丝68把安装板64锁紧，从而，开关60a、60b就处于沿着开关杆62长度所及的所需位置上。一个缸开关致动器70固定在上限位开关60a与下限位开关60b之间的下部传动轴42上。这个开关致动器70的尺寸，适于在泵连杆40到达选定行程的上限时使上限位开关60a开动，在泵连杆40到达选定行程的下限时使下限位开关60b开动。当然，所需行程易于按要求加以调节，只要松开锁紧螺丝68并把限位开关60a、60b沿着开关杆62定位于所需的位置就行了。
实施例10包括一台驱动液压泵82的电机80。该液压泵82把贮存在蓄液器92中的工作液体加压，并通过一个关闭阀88把这种加压工作液体输往一个调控阀86。一个分流阀84起到释压阀的作用，当需要使进入调控阀86的工作液压体的压力维持在所选压力的状况或低于所选压力时，它就把过量的工作液体分流到蓄液器92中。
此具体实施例中的调控阀86，是一个导向操作、螺线管致动、有两个位置的定向调控阀。当然，其它类型的调控阀，例如液压致动调控阀，可用于其它具体实施例中。如图2所示，处于第一个位置的调控阀86，把加压工作液体导向出入口54，并使来自出入口52的工作液体导向出入口54，并使来自出入口52的工作液体回到蓄液器92中。在第一个位置上，加压工作液体射向活塞上端面48a，从而把泵连杆40和伸杆14向下推动。在另一个位置上，调控阀86把来自泵82的加压工作液体导向出入口52，使来自出入口54的工作液体回到蓄液器92中。在此位置上，调控阀86把加压工作液体射向活塞下端面46b，从而使泵连杆40和伸杆14向上移动。上缸腔36a通过出入口50而开通。
限位开关60a、60b用于自动调控该调控阀86，这样，当致动器70驱动上限位开关60a时，上限位开关60a就把调控阀86移动到第一位置，从而使泵连杆50开始向下移动。相反，当致动器到达下限位开关60b时，调控阀86就被移动到第二位置，以便使泵连杆40开始向上移动。按此方式，就使泵连杆40自动地摆动，从而摆动伸杆14并带动下方开孔泵。在其它一些具体装置中，磁力接近传感器或液压传感器可以代替机械的限位开关60a、60b，以调控该调控器86。
具体实施例10包括一个蓄能器100，该蓄能器包括若干工作液体102和若干象氮这样的加压气体104。当然，在其它具体实施例中可用别的加压气体。蓄能器100中的工作液体102和加压气体104被一个球胆106隔开，工作液体102连着出入口56持续作液体交换。蓄能器100中的工作液体102也通过一个关闭阀90与泵82的出口连通。当需要时，关闭阀88可关上，关闭阀90可打开，使泵82把工作液体注入蓄能器100中，从而增大加压气体104的压力。当然，可用常规活塞型蓄能器代替球胆型蓄能器100。
如图2所示，该具体实施例的蓄能器100包括几个耐压容器。第一个耐压容器100a限定着阻挡层或球胆106，限定着含有一部分加压气体104的第一层和含有工作液体102的第二层。该加压蓄能器也包括另一个或几个耐压容器100a、100b、100c，这些容器合在一起限定着第三层，内含与球胆106内部有流体连通的另外的加压气体。
已经发现，当压缩气体的体积达到最大值时，抽吸组件的运行最优。这是因为泵连杆40的摆动，引起第一层和第三层中压缩气体的压力变动。这种变动不合乎需要，因为它会增加电机80为摆动泵连杆40必需做的功。当加压气体的体积增大时，这种压力变动趋于最小值。包含球胆的蓄能器随其体积增大而费用迅速增加，由于这个原因，仅仅要替换一个容积较大的蓄能器是不值得的。图2所示的实施例，以使用一个容积相对较小的耐压容器100a而增加加压气体104体积的方法，解决这个问题。其它几个耐压容器100b、100c、100d，可形成几个费用不昂贵的气缸。用此方法，就能以最小的成本大大增加加压气体104的有效体积。
在工作中使用图1至图3所示的实施例时，最好首先调节蓄能器100中支承伸杆14重量的工作液体102的用量。要这样做，就关上关闭阀88，打开关闭阀90，然后逐渐调节分流阀84，来增大工作液体的压力，使之被蓄能器100承受。来自蓄能器100的加压工作液体102，经过出入口56，持续地与下缸腔38b相联。此加压工作液体102作用于活塞下端面48b，使泵连杆40朝上偏动。当泵82供给的工作液体压力加大时，由蓄能器100提供的偏动力就加大。当此偏动力接近伸杆14的重力而且泵连杆开始上抬，关闭阀90就关上，从而封住蓄能器100。
假如没有液体或气体泄漏，那么，蓄能器100就会受调节而供给基本支承伸杆14整个重量那么大的回弹偏动力。当伸杆14和泵连杆40向下移动时，工作液体就从下缸腔38b中被输送进蓄能器100中。当泵连杆40向上移动时，工作液体就按相反方向从蓄能器100流向下缸腔39b。这样，加压气体104就把伸杆14向下移动时丧失的潜在能量贮存起来，然后又供给这种潜在能量，使伸杆14向上移动。
由于蓄能器100基本支承着伸杆14的整个重量，电机80和泵82仅只须供给相对少量的动力来使泵连杆40摆动。事实上，电机80和液压泵82供给的动力略多一些，而且是下方开孔泵把石油抽上来所需的动力。蓄能器100中的压力最好被调节成这样泵82抬起泵连杆90供给的压力，大致等于泵82使泵连杆40下行而供给的压力。按这种方式，泵82的抽吸能力应用得最有效。当泵连杆40到达其行程的下限时，限位开关60b就使调控阀86把来自泵82的加压工作液体经过此时打开的关闭阀88，导向下缸腔36b，从而把加压工作液体身向上部活塞46的下端面46b，举起泵连杆40。当泵连杆40到达其行程的上限时，上限位开关60a就使调控阀86把来自泵82的加压工作液体导向上腔38a，从而把工作液体射向活塞上端面48a，使泵连杆40下行。
当然，应当了解，上述推荐实施例显然可根据各种不同用途加以修改。例如，在一些实施例中，蓄能器可以用带有弹簧或加重活塞这类机械贮能系统替换。另外，上述蓄能器也可与机械驱动的伸杆连在一起使用。如果合乎需要，又有为蓄能器100加压的其它方式，分流阀84也可取消。
为更好地描述本发明的推荐实施例，现提供下列构造方面的细节。不过，应用明了，这些细节只想以举例的方式而不是限定的方式来加以说明。在本实施例中，电机80最好是一台5马力的电机，例如堪萨斯州威奇托的格兰杰公司(Granger Company of Wichita，Kans.)售卖的那种6K130型电机。泵82最好为速率1，200转/分，压力1，000磅/英寸2时，流量每分钟40加仑，适宜的型号可从堪萨斯州刘易斯城的克洛斯制造公司(Cross Manufacturing Company of Lewis，Kans.)得到。缸22、24均为克洛斯制造公司出售的长60英寸、直径4英寸的那种缸。分流阀84和调控阀86为俄州埃尔依拉的帕克液动力公司(Parker Fluid Power of Elyira，Ohio)所供应，型号分别为ULR型和D101VWID4Y型，分流阀84的调节范围为200至1，000磅/英寸2。蓄能器100为加利福尼亚州的格里尔液压传动装置贸易公司(Greer Hydraulic of Commerce，Calif.)所供应，型号为No.845390(容量10加仑)。
如上所述，显然本发明这种推荐实施例有许多优点。这些装置是简便可靠的液压系统，不需要若干平衡块，因而重量轻。由于蓄能器用来支承伸杆或油井架的重量，泵在压力相对较低的状态下运行，因而整个系统的投资费用相对较低。另外，由于该蓄能器在运行时以一种无需外部动力源的被动方式起作用，把石油提升到表面所需能耗就相对较低。这些实施例的许多液压构件都可买到，因此修理起来常常是件简单的事。如上面已说明的，该抽吸组件的行程和抽吸速率，可易于根据需要加以变换。因此，这些实施例，便于根据不同深度、不同开采量的油井的用途未加以修改。
当然，可对上述推荐实施例作大范围的变换和修改。所以，要用举例而不是限定的方式来做上面的详述。显然，下列包括所有等同物在内的权利要求的目的在于限定本发明的范围。
权利要求
1.具有一个把液体从地下层抽吸到回收层的泵的一种抽吸组件，该抽吸组件包括一套在该泵运行时摆动的抽吸构件，其改进在于至少有一个缸组件限定着第一、第二和第三液压缸；许多活塞限定着第一、第二和第三活塞端面，每个活塞分别在第一、第二和第三液压缸中的一台中移动，这些活塞连接着抽吸构件因而随抽吸构件摆动；一个包括许多耐压容器的液压蓄能器，至少第一个该耐压容器包括含一种加压气体的第一层和含一种工作液体的第二层，至少另一个该耐压容器包括含一种与上述第一层有流体连通的加压气体的第三层；第一条导管联接在第二层与第一缸之间，把加压工作液体从压力蓄能器中引往第一缸中，射向第一个活塞端面，使抽吸构件向上偏动，以补偿与抽吸构件有关的一部分负荷，上述第一缸和上述蓄能器在运行中构成一套密封的液压系统；以及与第二缸和第三台缸连接的装置，交替地把加压工作液体引入第二台及第三台缸中，使其射向第二个及第三个活塞端面，以便使抽吸构件摆动，从而带动该泵。
2.如权利要求1所述的发明，其特征在于第一个活塞端面，其寸尺寸不比第二个及第三个活塞端面大。
3.如权利要求1所述的发明，其特征在于第一个、第二个及第三个活塞端面尺寸相同。
4.如权利要求1所述的发明，其特征在于交替导向装置包括一台液压泵和一台驱动此泵的电机。
5.如权利要求4所述的发明，其特征在于该电机的功率不大于约5马力。
6.如权利要求1所述的发明，其特征在于另一个耐压容器只把加压气体输往第一个耐压容器，只有第一个耐压容器把加压工作液体输往第一液压缸。
7.如权利要求4所述的发明，其特征在于还包括把液压泵供应在加压工作液体引入液压蓄能器的装置，以便调节液压蓄能器中加压工作液体的用量，从而调节加压气体的压力。
8.如权利要求1所述的发明，其特征在于缸组件适用于地面以上的用途。
9.如权利要求1所述的发明，其特征在于第一个耐压容器包括一层分隔第一层和第二层的阻挡层。
10.如权利要求1所述的发明，其特征在于阻挡层包括一层有弹性的膜片。
全文摘要
用于油井下方开孔泵的一套驱动系统，包括一限定第一缸和第二缸的缸组件。包括第一个和第二个活塞且每个活塞分别安装于各缸中的一根泵连杆，连接着下方开孔泵。一个含多个容器的液压蓄能器向这些活塞之一提供回弹偏动力，使之抵消内连着泵连杆和下方开孔泵的伸杆的重力。一台液压泵提供加压工作液体，该液体被交替地往上往下射向泵连杆的各个活塞端面上，使泵连杆摆动，从而带动下方开孔泵。当油井中的石油面降到低于预定面时，几个液面传感器使液压泵不活动。
文档编号F04B47/00GK1097487SQ9310826
公开日1995年1月18日 申请日期1993年7月16日 优先权日1993年7月16日
发明者詹姆斯·B·泰本 申请人:麦D·汉D制造公司