專(zhuān)利名稱(chēng)：油管管柱定壓抻直剛性固定器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石油開(kāi)采中油井配套裝置，是一種采用抽油機(jī)采油的油井中油管管柱的控制部件。
二背景技術(shù)：
在石油開(kāi)采過(guò)程中，絕大多數(shù)是采用抽油機(jī)采油的油井。該類(lèi)采油井大體由四部分組成，一是井筒部分，用套管固定于地下；二是油管管柱部分，用于將含有原油的液體舉升到地面，其下面連接有抽油泵的泵筒；三是抽油桿桿柱部分，用于帶動(dòng)其下部的柱塞進(jìn)行舉升含有原油的液體；四是抽油機(jī)及地面部分，用于帶動(dòng)抽油桿桿柱進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以保證將含有原油的液體連續(xù)不斷地舉升到地面。
由于抽油桿桿柱往復(fù)運(yùn)動(dòng)，舉升的液柱將沿縱向向下產(chǎn)生沖擊，使油管管柱產(chǎn)生振動(dòng)和蠕動(dòng)，致使油管管柱在周期的伸長(zhǎng)和縮短。而抽油桿桿柱也是在作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與油管管柱的往復(fù)運(yùn)動(dòng)具有一個(gè)時(shí)間差，這樣就使連接在抽油桿桿柱下面的柱塞運(yùn)動(dòng)，與連接在油管管柱下面的泵筒伸長(zhǎng)或縮短的周期也同樣產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差，導(dǎo)致柱塞在泵筒中的行程縮短，從而影響產(chǎn)液量。另外，由于油管管柱舉升液體的內(nèi)壓和液柱沿縱向向下產(chǎn)生的沖擊，使油管管柱產(chǎn)生螺旋彎曲，致使抽油桿桿柱在作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)與其生產(chǎn)磨損，使抽油桿與油管的使用年限縮短，使正常的檢修抽油泵作業(yè)時(shí)間明顯縮短，嚴(yán)重的甚至使抽油桿磨斷，造成事故。
目前石油系統(tǒng)解決上述問(wèn)題的辦法有以下四種1、在油管管柱下面加掛報(bào)廢的油管，以增加重量達(dá)到減少油管管柱產(chǎn)生的振動(dòng)和蠕動(dòng)，懸掛油管的數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求確定。2、用卡瓦類(lèi)或錨爪類(lèi)裝置將油管管柱固定在套管上。3、用各種類(lèi)型的油管錨定器將油管管柱固定在套管上。4、油管管柱柔性固定器，用橡膠筒作為固定件將油管管柱固定在套管內(nèi)壁。
但是上述辦法各自存在解決不了的問(wèn)題，下面對(duì)其逐項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明。第1種雖然簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但是效果不理想，不可能從根本上消除振動(dòng)和蠕動(dòng)對(duì)油管管柱的影響，這只能算是一個(gè)比較原始的解決辦法。第2種雖然固定的效果很好，可是卡瓦或錨爪對(duì)套管的損傷卻很大，還有更為嚴(yán)重的是卡瓦或錨爪的軌道在交變載荷作用下出現(xiàn)形變的可能性很大，一旦出現(xiàn)這種情況，卡瓦或錨爪將恢復(fù)不到原來(lái)位置，這樣整個(gè)油管管柱就取不出來(lái)，這將造成井上比較大的事故，所以目前在一些油田已經(jīng)不準(zhǔn)用此類(lèi)產(chǎn)品。第3種產(chǎn)品是在低的液壓力狀態(tài)下剪斷剪切螺釘?shù)?，液壓力繼續(xù)增大到一定數(shù)值后使油管管柱固定到套管上，此時(shí)井口和剛剛固定的位置使整個(gè)油管管柱處于抻直狀態(tài)，可是繼續(xù)增大的液壓力，還會(huì)施加給整個(gè)油管管柱，使油管管柱在固定的兩點(diǎn)之間繼續(xù)伸長(zhǎng)，結(jié)果就是增大了油管管柱的彎曲；另外，由于加工的條件限制，均布的剪切螺釘與孔在裝配上存在誤差，剪斷剪切螺釘?shù)氖芰蜁?huì)不同，這就使這種產(chǎn)品的效果很不穩(wěn)定，所以目前還沒(méi)有能夠在市場(chǎng)上定型。第4種產(chǎn)品雖然采用橡膠筒固定效果相對(duì)比較好，但是由于固定的力量有限和橡膠不能夠在高溫下長(zhǎng)期工作，所以不能夠在相對(duì)深的油井中使用，所以使用范圍相當(dāng)有限。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種“油管管柱定壓抻直剛性固定器”，使用它可以按照需要固定力大小的要求剛性地將整個(gè)油管管柱固定在套管的內(nèi)壁，在油管管柱內(nèi)預(yù)留一定力，吸納油管管柱的振動(dòng)與蠕動(dòng)，消除柱塞的行程損失，進(jìn)而提高油井產(chǎn)液量，減少抽油桿與油管的磨損，延長(zhǎng)油管與抽油桿的使用年限和檢修抽油泵的周期。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種“油管管柱定壓抻直剛性固定器”，由上接頭通過(guò)上中心管、連接頭、下中心管和下接頭相連接而構(gòu)成，在上接頭上裝有上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊、上座封缸套和鎖環(huán)，在下中心管上裝有剛性固定油管管柱的脹緊連接套、下座封缸套、壓縮脹緊連接套的上下圓錐頭以及用于解除座封的卸壓套和下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊；脹緊連接套沿軸向上開(kāi)有一通槽，可以在上下座封缸套的作用下張開(kāi)，還可以在彈性力作用下收縮；上座封缸套上端具有用于安裝上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊的一定數(shù)量螺旋方向均布通孔，與上接頭上臺(tái)肩的螺旋槽相對(duì)應(yīng)，在均布通孔和液壓腔之間加工有一定長(zhǎng)度的直環(huán)槽，與安裝在上接頭下部的鎖環(huán)外圓的直環(huán)槽相吻合；上下座封缸套與上下中心管、密封頭與上座封缸套和上接頭、連接頭與下座封缸套之間裝有密封圈，用于密封上下座封缸套的液壓腔。其特殊之處在于，1.“油管管柱定壓抻直剛性固定器”直接安裝在采用抽油機(jī)采油的油井井下油管管柱的底部、抽油泵的上部；2.在額定的設(shè)計(jì)壓力作用下，將油管管柱抻直的同時(shí)剪斷上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊，同步推動(dòng)上下座封缸套擠壓脹緊連接套；3.當(dāng)上座封缸套上端腔內(nèi)所具有的直槽形部位移位到上接頭內(nèi)安裝的鎖環(huán)外表面上具有同樣部位時(shí)，彈性使鎖環(huán)張開(kāi)，它們便咬合在一起，使脹緊連接套不能夠后退，“油管管柱定壓抻直剛性固定器”就固定在套管內(nèi)壁。
在上述技術(shù)解決方案中，其特殊之處還在于，用脹緊連接套將油管管柱固定在套管的內(nèi)壁，脹緊連接套表面硫化一層橡膠，減少脹緊連接套與套管內(nèi)壁的剛性接觸，降低油管管柱的蠕動(dòng)和振動(dòng)對(duì)套管的磨損。
在上述技術(shù)解決方案中，其特殊之處還在于，在脹緊連接套的軸向上具有比較大的通孔，
這樣使開(kāi)啟脹緊連接套的力量達(dá)到最小，而固定住油管管柱并預(yù)留在其中的預(yù)緊力就能夠達(dá)到最大另外，當(dāng)脹緊連接套固定在套管內(nèi)壁后，該通孔還可以形成常開(kāi)的泄流通道，以保證液面測(cè)試和熱洗井作業(yè)。
在上述技術(shù)解決方案中，其特殊之處還在于，在卸壓套上設(shè)計(jì)有安裝下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊的螺旋方向均布通孔，與下接頭上的矩形螺旋槽相吻合，當(dāng)上述孔與槽對(duì)上后，下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊就安裝在里面。需要解除固定力時(shí)，上提油管管柱，當(dāng)上提力能夠剪斷下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊時(shí)，卸壓套和下圓錐頭向下移動(dòng)，騰出的空間使脹緊連接套在彈性力作用下快速收縮，這樣就卸掉脹緊連接套固定套管的力，達(dá)到解除座封的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，1、用脹緊連接套將油管管柱固定在套管內(nèi)壁，可以承受比較大的載荷，將比較大的固定力預(yù)留在油管管柱內(nèi)，即可以消除油管管柱的蠕動(dòng)和振動(dòng)，還不會(huì)對(duì)套管內(nèi)壁產(chǎn)生損傷。2、采用標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊代替剪切螺釘，不但可以解決需要剪切力大、實(shí)施力的大小可以方便控制，還可以解決在上述狀態(tài)下采用剪切螺釘對(duì)加工制造難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)狀。3、采用外表面具有直槽形的鎖環(huán)，其外表面直槽形部位與上座封缸套上端具有相同部位相嚙合，使脹緊連接套張開(kāi)后不能恢復(fù)原狀，將油管管柱固定在套管內(nèi)壁。4、脹緊連接套軸向上具有比較大的均布通孔，當(dāng)脹緊連接套開(kāi)啟后，其內(nèi)部的通孔組成常開(kāi)的泄流通道，可以滿(mǎn)足液面測(cè)試和熱洗井作業(yè)的要求。5、在卸壓套上設(shè)計(jì)有安裝下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊的螺旋方向均布通孔，與下接頭上部的矩形螺旋槽相吻合，當(dāng)上述孔與槽對(duì)上后，下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊就安裝在里面；當(dāng)需要解除固定力時(shí)，上提油管管柱，當(dāng)上提力剪斷下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊時(shí)，卸壓套和下圓錐頭向下移動(dòng)，騰出的空間使脹緊連接套在彈性力作用下快速收縮，這樣就卸掉脹緊連接套固定套管的力，達(dá)到解除座封的目的。6、該裝置制造簡(jiǎn)單，成本低廉，容易安裝使用，便于推廣。
附圖1是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”的半剖結(jié)構(gòu)圖，附圖2是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”中脹緊連接套的全剖結(jié)構(gòu)圖，附圖3是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”中脹緊連接套的俯視圖，附圖4是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”在油井中安裝的示意圖。
下面我們對(duì)由于油管管柱蠕動(dòng)與振動(dòng)而使柱塞行程縮短，導(dǎo)致產(chǎn)液量減少，進(jìn)行理論與實(shí)踐的證明。
1、理論證明目前國(guó)際上普遍采用美國(guó)S.G吉布思為油井建立的抽油桿桿柱一唯帶阻尼波動(dòng)方程，它是一個(gè)二階偏微分方程(雙曲線(xiàn)型)∂u2∂t=c2∂2u∂x2-v∂u∂t(c2=Eρ,vveρA)]]>
上式后一項(xiàng)為井液對(duì)抽油桿桿柱的阻尼系數(shù)，它將直接影響到抽油桿桿柱所帶動(dòng)的抽油泵柱塞的運(yùn)動(dòng)軌跡。在實(shí)際工作中運(yùn)用上式比較復(fù)雜，普遍采用簡(jiǎn)化的公式進(jìn)行計(jì)算，如抽油泵柱塞與抽油泵泵筒間的最大相對(duì)位移即有效沖程的公式為Sp＝SG-et根據(jù)上述公式及已知條件，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，可以得到典型的抽油泵理論示功圖。
(1).油管管柱抻直并且固定，沒(méi)有氣體影響，抽油泵的雙凡爾不漏失且充滿(mǎn)的抽油泵理論示功圖如下 (2).油管管柱沒(méi)有抻直固定，沒(méi)有氣體影響并且抽油泵的雙凡爾不漏失的理論抽油泵示功圖如下 式中SG＝S+eP-er，et＝WoL/AtEt，eP＝7.67×104L2/ER(Sn2/1790)。
其中SG——抽油泵柱塞總沖程，m；Sp——抽油泵柱塞有效沖程，m；S——地面沖程，m；et——油管管柱伸長(zhǎng)或縮短，m；eP——抽油泵柱塞超行程，m；er——抽油桿桿柱的伸長(zhǎng)(或縮短)，m；WO——液柱載荷，N；L——抽油桿桿柱或油管管柱長(zhǎng)度，m；At——油管管柱平均橫截面積，m2；
Et——油管管柱彈性模量，N/m2。
ER——抽油桿桿柱彈性模量，N/m2。
如果油管管柱抻直并且在抽油泵上部被固定，則et＝0，SP＝SG；如果油管管柱只是固定沒(méi)有抻直， 則et＞0，SP＞SG。
通過(guò)以上常用的公式，我們可以得到一個(gè)共同點(diǎn)是如果油管管柱沒(méi)有抻直并且固定，柱塞行程將減少一定量，但是這個(gè)量用上述公式很難確定，下面用實(shí)踐的辦法進(jìn)行確定。
2、實(shí)踐證明美國(guó)“中西部研究所”經(jīng)過(guò)多年的努力，在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)整理、歸納后，得出一系列的表格、曲線(xiàn)和關(guān)系式，并編寫(xiě)了《有桿抽油系統(tǒng)(常規(guī)型)設(shè)計(jì)計(jì)算推薦作法》推薦給美國(guó)石油學(xué)會(huì)公布，1968年發(fā)表在《API鉆井與開(kāi)采實(shí)踐》(從232頁(yè)起)上，根據(jù)上面的資料可以得出與實(shí)際最接近的的結(jié)果。
《有桿抽油系統(tǒng)(常規(guī)型)設(shè)計(jì)計(jì)算推薦作法》得出的抽油泵柱塞沖程關(guān)系式為SP＝[(SP/S)×S]-[FO×1/Kt]如果油管管柱是抻直并且固定的，1/Ke＝0，故代表油管管柱抻直并且固定的公式SP＝[(SP/S)×S]。
其中SP-抽油泵柱塞沖程(抽油泵沖程)SP/S-無(wú)量綱抽油泵沖程，表示抽油系統(tǒng)特性的非獨(dú)立變量，可以從API RP 11L提供的曲線(xiàn)圖查得具體數(shù)值S-地面沖程(光桿沖程)FO-整個(gè)抽油泵柱塞截面液體負(fù)荷之差，也稱(chēng)總活塞載荷1/Kt-油管管柱未固定部分的彈性常數(shù)1/Kt＝Et×LL-從抽油泵到油管管柱固定到套管位置之間的距離Et-油管彈性常數(shù)，即單位長(zhǎng)的油管在單位負(fù)荷作用下的伸長(zhǎng)量。
當(dāng)油管管柱的橫截面積一定時(shí)，Et值是固定的。但是，因?yàn)長(zhǎng)是從抽油泵到油管管柱固定到套管位置之間的距離，這樣的話(huà)，油管管柱被固定到套管的位置越靠近抽油泵，則L值越小，1/Kt值也就越小。如果油管管柱懸浮在井筒內(nèi)，就是說(shuō)油管管柱固定在井口處，這時(shí)的L值實(shí)際上是從井口到抽油泵的距離，即油田普遍采用的說(shuō)法——泵掛深度。
如果在抽油泵的上部就直接將油管管柱固定在套管內(nèi)壁上，則L＝0，1/Kt值也就為0，所以，才出現(xiàn)上面所說(shuō)的1/Kt＝0。但是，根據(jù)式1/Kt＝Et×L，這里含有一個(gè)先決條件就是Kt和Et必須為常數(shù)，也就是說(shuō)這兩個(gè)數(shù)不能夠隨著時(shí)間而改變，如果改變了，則不能稱(chēng)其為常數(shù)。如果油管管柱沒(méi)有抻直就固定了，則增加的各種載荷將繼續(xù)引起固定處以上部位的伸長(zhǎng)(或縮短)，這時(shí)L就不可能為0。那么只有油管管柱在定壓、抻直并且固定的狀態(tài)條件下才能夠滿(mǎn)足這一要求，因此Kt和Et才能夠等于常數(shù)，也只有在這樣的條件下才有L＝0，1/Kt＝0這一結(jié)果。在這種狀態(tài)下，抽油泵的示功圖為最理想狀態(tài)，此時(shí)油井的產(chǎn)液量將為最大。
下面，計(jì)算在此狀態(tài)下影響產(chǎn)液量的數(shù)值大小。
現(xiàn)在將美國(guó)API設(shè)計(jì)計(jì)算的例子復(fù)述如下[摘自1977年2月第三版“API RP 11L有桿抽油系統(tǒng)(常規(guī)型)設(shè)計(jì)計(jì)算推薦作法”設(shè)計(jì)計(jì)算表舉例]已知或假定數(shù)據(jù)液面深度，H＝4500ft泵掛深度，L＝5000ft油管規(guī)格2in，油管管柱沒(méi)有抻直固定沖數(shù)n＝16min-1沖程長(zhǎng)度，S＝54in柱塞直徑，D＝1.50in液體相對(duì)密度，G＝0.9抽油桿柱33.8％-7/8″+66.2％-3/4″錄自表A-1和A-2的數(shù)據(jù)1.Wr＝1.833(表A-1‘抽油桿與抽油泵參數(shù)’中第3欄)2.Er＝0.804×10-6(表A-1‘抽油桿與抽油泵參數(shù)’中第4欄)3.Fc＝1.082(表A-1‘抽油桿與抽油泵參數(shù)’中第5欄)4.Et＝0.307×10-6(表A-2‘油管參數(shù)’中第5欄)計(jì)算無(wú)因次變量5.Fo＝0.340×G×D2×H＝0.340×0.9×2.25×4500＝3098Ib6. 1/Kr＝Er×L＝0.804×10-6×5000＝4.020×10-3in/Ib7.SKr＝S÷1/Kr＝54÷4.020×10-3＝13433Ib8.Fo/SKr＝3098÷13433＝0.2319.N/No＝NL÷245000＝16×5000÷245000＝0.32610.N/No’＝N/No÷Fc＝0.326÷1.082＝0.30111. 1/Kt＝Et×L＝0.307×10-6×5000＝1535×10-6in/Ib求SP12.SP/S＝0.86(根據(jù)N/No和Fo/SKr值在圖A-2‘活塞沖程因子’中查得SP/S值)
13.SP＝[(SP/S)×S]-[F0×1/Kt]＝[0.86×54]-[3098×1535×10-6]＝46.44-4.76＝41.7in其中“46.44-4.76”項(xiàng)中的“46.44”為油管抻直并固定時(shí)的柱塞總沖程，占柱塞總沖程的88.6％；“4.76”項(xiàng)為油管因沒(méi)有抻直并固定而帶來(lái)的柱塞沖程損失，占柱塞總沖程的11.4％。
抽油泵的排量＝(0.1166×n×D2)×SP式中(0.1166×n×D2)項(xiàng)中的n和D因?yàn)槭枪潭〝?shù)值項(xiàng)，所以排量只因SP的改變而變化，即當(dāng)油管管柱抻直并固定時(shí)，影響沖程與影響產(chǎn)液量的比例是一樣的，都是11.4％。
綜合以上理論與實(shí)踐的論證，可以得出如下結(jié)論油管管柱在額定的壓力作用下抻直的同時(shí)固定，預(yù)留在油管管柱內(nèi)的力將消除液柱慣性對(duì)其產(chǎn)生的影響，其直接結(jié)果是增大柱塞的行程，增加產(chǎn)液量11.4％；間接結(jié)果是消除了油管管柱的彎曲，減少了抽油桿桿柱與油管管柱的磨損，延長(zhǎng)油管與抽油桿使用年限和檢修抽油泵的周期。
四

圖1是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”的半剖結(jié)構(gòu)圖。其中的1是上接頭，上面的螺紋用于連接油管管柱，下面的螺紋用于連接上中心管；中間有兩個(gè)臺(tái)肩，上臺(tái)肩具有與標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊相吻合的螺旋槽，下臺(tái)肩的下部安裝有鎖環(huán)；上接頭的最下部安裝有密封頭，用于固定鎖環(huán)。2是護(hù)帽，用于固定上護(hù)套，間接保護(hù)上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊。3是上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊，用于在額定壓力下被剪斷，安裝在上座封缸上部的螺旋方向均布通孔和上接頭上臺(tái)肩的螺旋槽里面。4是上護(hù)套，用于保護(hù)上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊，安裝在上座封缸套上部。5是鎖環(huán)，用于固定上座封缸套，其軸向具有一通槽，在裝配后處于收縮狀態(tài)；外表面具有與上座封缸套上部?jī)?nèi)表面所具有的直環(huán)槽相同，當(dāng)其張開(kāi)后能夠吻合在一起。6是密封頭，用于固定鎖環(huán)和密封上座封缸套，其上部用螺紋與上接頭相連接，用于固定鎖環(huán)；內(nèi)表面與外表面均安裝有密封環(huán)，用于密封上座封缸套。7是上座封缸套，用于將油管管柱內(nèi)的液壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向推力，其下部外圓螺紋連接下座封缸套，內(nèi)圓采用密封圈連接上中心管，液壓腔與上中心管的進(jìn)液孔相連通；上座封缸套的上部具有螺旋方向均布通孔，與上接頭上臺(tái)肩螺旋槽相吻合，用于安裝上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊；均布通孔下面的液壓腔內(nèi)具有一定長(zhǎng)度的直環(huán)槽，能夠與鎖環(huán)外表面的直環(huán)槽相吻合。8是下座封缸套，用于將油管管柱內(nèi)的液壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檩S向推力，其液壓腔下部直接與連接頭下部接觸，上部與上座封缸套采用螺紋相連接，中間的空間用于保證液壓缸的行程；其頭部外圓采用螺紋與上圓錐頭相連接，內(nèi)圓采用兩組密封圈與下中心管相連接，兩組密封圈之間為下中心管的進(jìn)液孔，保證當(dāng)沒(méi)有剪斷上標(biāo)準(zhǔn)矩形塊并推動(dòng)上座封缸套前此缸不能夠啟動(dòng)。9是上中心管，用于連接上接頭和連接頭，其上部開(kāi)有對(duì)稱(chēng)的通孔，便于對(duì)上座封套施加液壓力。10是連接頭，用于連接上中心管和下中心管，其下部外圓具有密封圈，用于密封下座封缸套。11是下中心管，用于連接連接頭和下接頭，其上部開(kāi)有對(duì)稱(chēng)的通孔，便于對(duì)下座封缸套施加液壓力；外表面套裝有下座封缸套、上圓錐頭、脹緊連接套、下圓錐頭和卸壓套。12是上圓錐頭，采用外圓錐面擠壓脹緊連接套，其上部通過(guò)螺紋與下座封缸套相連接，下部通過(guò)外圓錐面與脹緊連接套內(nèi)圓錐面相連接，內(nèi)孔與下中心管相套接。13是脹緊連接套，用于將“油管管柱定壓抻直剛性固定器”固定在套管內(nèi)壁，該件兩側(cè)為對(duì)稱(chēng)的內(nèi)圓錐面，與上下圓錐頭的外圓錐面相連接，內(nèi)孔與下中心管相套接；其外表面具有沿軸向的圓環(huán)槽，槽的外面硫化有一層橡膠；另外，還具有比較大的軸向通孔，并且還沿軸向上斷開(kāi)一通槽，使其能夠在彈性力作用下張開(kāi)與收縮。14是下圓錐頭，與上圓錐頭形狀相同，用外圓錐面擠壓脹緊連接套，上部通過(guò)外圓錐面與脹緊連接套內(nèi)圓錐面相連接，下部通過(guò)螺紋與卸壓套相連接。15是卸壓套，用于解除座封固定力，上部通過(guò)螺紋與下圓錐頭相連接，下部具有螺旋方向均布通孔，與下接頭上部外表面的螺旋槽相吻合。16是下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊，用于限制解除座封固定力，安裝在卸壓套下部螺旋方向均布通孔和下接頭上部外表面的螺旋槽里面。17是下護(hù)套，用于保護(hù)下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊。18是下接頭，上部?jī)?nèi)螺紋用于連接下中心管，上部的外表面螺旋槽用于安裝下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊，下部的外螺紋用于連接抽油泵。
圖2是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”中脹緊連接套的全剖結(jié)構(gòu)圖。脹緊連接套兩側(cè)為對(duì)稱(chēng)的內(nèi)圓錐面結(jié)構(gòu)，沿其軸向上均布有比較大的通孔，并均布直圓槽，在直圓槽的外表面硫化有一層橡膠。
圖3是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”中脹緊連接套的俯視圖。沿其徑向上均布有比較大的通孔，在該圖的下面具有一通槽，其外表面硫化有一層橡膠。
圖4是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”在采油井中安裝時(shí)的示意圖。其中的1-18是“油管管柱定壓抻直剛性固定器”，19是地面加壓裝置，20是油管管柱，21是井筒，22是套管，23是抽油泵。
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1、2、3、4對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明上接頭1(見(jiàn)附圖1)的上端具有油管螺紋，其下端通過(guò)螺紋與上中心管9(見(jiàn)附圖1)相連接；上中心管9(見(jiàn)附圖1)的上部接近螺紋處具有通孔，與上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)的液壓腔相連通，其下端通過(guò)螺紋與連接頭10(見(jiàn)附圖1)相連接；下中心管11(見(jiàn)附圖1)的上部具有通孔，與下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)頭部?jī)山M密封環(huán)之間部位相連通，其下端通過(guò)螺紋與下接頭18(見(jiàn)附圖1)的上端螺紋相連接。護(hù)帽2(見(jiàn)附圖1)通過(guò)螺紋與上接頭1(見(jiàn)附圖1)相連接，再經(jīng)過(guò)其上部的開(kāi)槽錐端緊定螺釘使其固定在上接頭1(見(jiàn)附圖1)上。上護(hù)套4(見(jiàn)附圖1)套裝在上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)的上部，通過(guò)護(hù)帽2(見(jiàn)附圖1)將其固定。上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊3(見(jiàn)附圖1)安裝在上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)上部的螺旋方向均布通孔和上接頭1(見(jiàn)附圖1)上臺(tái)肩的螺旋槽內(nèi)，上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)上部的均布通孔和上接頭1(見(jiàn)附圖1)上臺(tái)肩的槽采用螺旋方向，使其能夠在旋轉(zhuǎn)后容易對(duì)上，保證方便地安裝上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊3(見(jiàn)附圖1)。鎖環(huán)5(見(jiàn)附圖1)安裝在上接頭1(見(jiàn)附圖1)的下臺(tái)肩下部和密封頭6(見(jiàn)附圖1)的下部，密封頭6(見(jiàn)附圖1)通過(guò)螺紋將鎖環(huán)定位在上接頭1(見(jiàn)附圖1)的下端；鎖環(huán)5(見(jiàn)附圖1)具有一定的彈性，強(qiáng)制閉合后安裝在上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)部分液壓腔和部分直環(huán)槽內(nèi)。密封頭6(見(jiàn)附圖1)的內(nèi)外密封環(huán)和上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)下部的密封環(huán)組成密閉的上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)的液壓腔，用于將油管管柱內(nèi)的液壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樽飧滋?(見(jiàn)附圖1)的軸向推力。下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)的上部，由上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)、連接頭10(見(jiàn)附圖1)和上中心管9(見(jiàn)附圖1)形成一段空腔，用于限制上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)和下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)的行程；連接頭10(見(jiàn)附圖1)直接安裝在下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)的下部液壓腔內(nèi)，下中心管11(見(jiàn)附圖1)的進(jìn)液孔位于下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)頭部?jī)山M密封環(huán)之間，當(dāng)上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)沒(méi)有剪斷上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊3(見(jiàn)附圖1)之前，此進(jìn)液孔處于關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)剪斷上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊3(見(jiàn)附圖1)并推動(dòng)上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)和下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)一起下行，才能夠使此進(jìn)液孔位于下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)的液壓腔內(nèi)，此時(shí)液壓腔才能夠起作用。上圓錐頭12(見(jiàn)附圖1)和下圓錐頭14(見(jiàn)附圖1)形狀相同為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，其外圓錐面與脹緊連接套13(見(jiàn)附圖1、附圖2)兩端內(nèi)圓錐面相吻合，當(dāng)上下座封缸套推動(dòng)上圓錐頭12(見(jiàn)附圖1)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，下圓錐頭由于受卸壓套15(見(jiàn)附圖1)、下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊16(見(jiàn)附圖1)和下接頭18(見(jiàn)附圖1)的限制而不能運(yùn)動(dòng)，所以將通過(guò)他們結(jié)合的圓錐面壓縮脹緊連接套13(見(jiàn)附圖2)，使其張開(kāi)；脹緊連接套13(見(jiàn)附圖3)張開(kāi)后，露出其內(nèi)部的軸向通孔，該通孔成為常開(kāi)的通道。卸壓套15(見(jiàn)附圖1)通過(guò)螺紋安裝在下圓錐頭14(見(jiàn)附圖1)的下部，其內(nèi)腔為卸壓時(shí)的行程腔，當(dāng)進(jìn)行檢修抽油泵作業(yè)需要卸壓時(shí)，上提油管管柱20(見(jiàn)附圖4)帶動(dòng)1-12(見(jiàn)附圖1)以及18(見(jiàn)附圖1)上行，如果上提的力剪斷下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊16(見(jiàn)附圖1)時(shí)，下接頭18(見(jiàn)附圖1)進(jìn)入卸壓套15(見(jiàn)附圖1)的內(nèi)腔，上下圓錐頭分開(kāi)，使脹緊連接套13(見(jiàn)附圖1)在彈性力作用下自動(dòng)收縮，達(dá)到卸掉固定力的目的；卸壓套15(見(jiàn)附圖1)的下部具有螺旋方向均布通孔，與下接頭18(見(jiàn)附圖1)上部外圓的螺旋槽相對(duì)應(yīng)，采用螺旋方向是便于通孔與槽對(duì)上，這樣容易安裝下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊16(見(jiàn)附圖1)。下接頭18(見(jiàn)附圖1)的上端外圓具有螺旋槽，用于安裝下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊16(見(jiàn)附圖1)，下端具有油管螺紋，用于連接抽油泵23(見(jiàn)附圖4)。
本“油管管柱定壓抻直剛性固定器”通過(guò)上接頭1(見(jiàn)附圖1)連接在油管管柱20(見(jiàn)附圖4)的下端部，通過(guò)下接頭18(見(jiàn)附圖1)連接在抽油泵23(見(jiàn)附圖4)的上端部，下入到油井井筒21(見(jiàn)附圖4)內(nèi)。通過(guò)地面高壓水泵19(見(jiàn)附圖4)向油管管柱20(見(jiàn)附圖4)內(nèi)施加液壓力，流經(jīng)“油管管柱定壓抻直剛性固定器”1-18(見(jiàn)附圖1)達(dá)到抽油泵23(見(jiàn)附圖4)，由于抽油泵凡爾自然關(guān)閉，整個(gè)施壓處于封閉加壓狀態(tài)。此時(shí)液體進(jìn)入“油管管柱定壓抻直剛性固定器”，通過(guò)上中心管9(見(jiàn)附圖1)上部的通孔，向下推動(dòng)上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)，當(dāng)推動(dòng)上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)達(dá)到剪斷上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊3(見(jiàn)附圖1)時(shí)，上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)向下移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)下座封缸套8(見(jiàn)附圖1)，推動(dòng)上圓錐頭12(見(jiàn)附圖1)下移，壓縮脹緊連接套13(見(jiàn)附圖1、附圖3)，使其在軸向上被壓縮、沿徑向張開(kāi)，當(dāng)張開(kāi)到一定程度就會(huì)使脹緊連接套13(見(jiàn)附圖2)的外表面緊緊地貼在井筒21(見(jiàn)附圖4)中套管22(見(jiàn)附圖4)的內(nèi)壁，由于套管內(nèi)壁長(zhǎng)期暴露在井液中，井液內(nèi)的腐蝕氣體使套管內(nèi)壁產(chǎn)生很多不規(guī)則的凸凹腐蝕物，脹緊連接套13(見(jiàn)附圖1、附圖3)通過(guò)這些凸凹不平的腐蝕物就會(huì)將油管管柱20(見(jiàn)附圖4)緊緊地固定在套管22(見(jiàn)附圖4)的內(nèi)壁上；當(dāng)上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)上端的直環(huán)槽向下移動(dòng)到鎖環(huán)5(見(jiàn)附圖1)處時(shí)，彈性力使閉合的鎖環(huán)5(見(jiàn)附圖1)張開(kāi)，鎖環(huán)5(見(jiàn)附圖1)外表面直環(huán)槽便與上座封缸套7(見(jiàn)附圖1)上端的直環(huán)槽咬合在一起，這樣，通過(guò)“油管管柱定壓抻直剛性固定器”1-18(見(jiàn)附圖1)使油管管柱20(見(jiàn)附圖4)緊緊地固定在套管22(見(jiàn)附圖4)的內(nèi)壁上。當(dāng)需要進(jìn)行測(cè)試和熱洗井作業(yè)時(shí)，通過(guò)脹緊連接套13(見(jiàn)附圖3)開(kāi)啟后的軸向通孔就可以進(jìn)行正常的測(cè)試和熱洗井作業(yè)。當(dāng)需要進(jìn)行檢修抽油泵時(shí)，上提油管管柱20(見(jiàn)附圖4)并帶動(dòng)1-12(見(jiàn)附圖1)以及18(見(jiàn)附圖1)上行，如果上提的力剪斷下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊16(見(jiàn)附圖1)時(shí)，下接頭18(見(jiàn)附圖1)進(jìn)入卸壓套15(見(jiàn)附圖1)的內(nèi)腔，上下圓錐頭分開(kāi)，使脹緊連接套13(見(jiàn)附圖3)在彈性力作用下自動(dòng)收縮，使脹緊連接套13(見(jiàn)附圖2、附圖3)恢復(fù)原狀，從而解除油管管柱20(見(jiàn)附圖4)的固定。
權(quán)利要求一種油管管柱定壓抻直剛性固定器，由上接頭(1)通過(guò)螺紋與上中心管(9)相連接，上中心管(9)下端通過(guò)螺紋與連接頭(10)相連接，連接頭(10)下端通過(guò)螺紋與下中心管(11)相連接，下中心管(11)下端通過(guò)螺紋與下接頭(18)相連接而構(gòu)成，其特征是(1)護(hù)帽(2)、上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊(3)和上護(hù)套(4)將上座封缸套(7)的上部固定在上接頭(1)上臺(tái)肩部；(2)鎖環(huán)(5)閉合后安裝在上座封缸套(7)液壓腔內(nèi)，以及上接頭(1)下臺(tái)肩下部和密封頭(5)組成的槽內(nèi)；(3)密封頭(5)通過(guò)螺紋固定在上接頭(1)的下端；(4)上中心管(9)的上部通過(guò)螺紋與上接頭(1)相連接，其下部通過(guò)螺紋與連接頭(10)相連接；(5)下座封缸套(8)的上部通過(guò)螺紋與上座封缸套(7)的下部相連接，其下部通過(guò)螺紋與上圓錐頭(12)相連接；(6)下中心管(11)的上部通過(guò)螺紋與連接頭(10)相連接，其下部通過(guò)螺紋與下接頭(18)相連接(7)脹緊連接套(13)的上部通過(guò)內(nèi)圓錐面與上圓錐頭(12)的外圓錐面相套接，其下部通過(guò)內(nèi)圓錐面與下圓錐頭(14)的外圓錐面相套接，其內(nèi)部具有比較大的軸向通孔、外表面硫化一層丁腈橡膠；(8)下圓錐頭(14)下部通過(guò)螺紋與卸壓套(15)相連接；(9)卸壓套(15)通過(guò)下標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊(16)和下護(hù)套(17)固定在下接頭(18)的上部。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于石油開(kāi)采中油井配套裝置，是一種采用抽油機(jī)采油油井上的油管管柱控制部件。主要由上接頭、上中心管、連接頭、下中心管和下接頭相連接而構(gòu)成，其特征是固定部件是脹緊連接套，在額定的液壓力作用下，將油管管柱抻直的同時(shí)剪斷上標(biāo)準(zhǔn)矩形剪切塊，同步推動(dòng)上座封缸套，啟動(dòng)并與下座封缸套一起壓縮脹緊連接套；當(dāng)將上座封缸套上端內(nèi)部具有直環(huán)狀部位移位到上接頭下臺(tái)肩安裝的鎖環(huán)外表面的直環(huán)狀部位時(shí)，彈性使閉合的鎖環(huán)張開(kāi)，使其咬合在一起，這樣便使上座封缸套和下座封缸套在額定的壓力作用下推動(dòng)上圓錐頭壓開(kāi)脹緊連接套，使其緊緊地固定在套管的內(nèi)壁上。其優(yōu)點(diǎn)是固定力大，適合任何深度的油井需要；使用安全可靠，操作方便。
文檔編號(hào)E21B29/00GK2695612SQ20042000001
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月5日
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