專利名稱：用于油井泵驅動頭的改進的填料箱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一用于油井泵驅動頭的改進的填料箱，該填料箱放置在安裝在 油井管子頂端處的泵驅動頭和驅動該井泵的油井之間，井泵通常是一正向位移 型的帶有漸進螺旋形內腔的旋轉泵，本發(fā)明是新穎設計，便于組裝和更換并有 長的壽命。
背景技術：
現有技術中已知有好幾種通過其頂端驅動泵軸的不同方式，其目的都在于 對流出油井的流速提供最合適的驅動。
現有技術還提供了上述填料箱中部件的各種設置，由于油上流產生的小碎 屑或粘液造成的損壞，填料箱的密封性易于受到損壞。
此外，泵的維護所需停工期應盡可能短，因為泵因混合流體而堵塞，它的 處理涉及到成本很大的程序才能使其很好地返回到操作。因此，如果要使泵停 工期為最小，那么快速地更換受影響零件是很關鍵的。
從加拿大專利申請CA2436924A1所代表的現有技術中，可知一種帶有一體 填料箱的泵頭驅動器，其中，使用附連到井管道頂端處的聯(lián)接突緣上的靜止的 內管，填料箱移動到旋轉驅動器頂上的位置。該文件還揭示了具有旋轉內管和 填料箱的修改型式，填料箱具有放置在驅動器下面的旋轉密封件和放置在管和 泵輸入軸之間的位于驅動器和旋轉管軸承上方的靜止密封件。此外，加壓的潤 滑油供應到旋轉密封件的填料以抵抗井壓力和保持填料得到潤滑。對于所提供 的具有靜止內管或具有旋轉管的兩種型式來說，軸承和填料旋轉密封件的該種
結構工作都相當不便，因為軸承和旋轉軸驅動器先要拆下，然后是旋轉密封件 的填密，這是勞動強度大和費時的工作程序。
如在國際專利申請WO 2004/092539 Al中所述，現有技術還提供一種帶有
一體填料箱的泵頭驅動，其中，填料箱移動到具有至少兩個不同的直徑并與同 軸的軸一起轉動的管。管的小的外徑承載轉動密封件，以相對于填料箱的本體 密封所述管；靜止的密封設置在管與軸的聯(lián)接處。提供固定環(huán)可允許靜止和轉 動密封件連同管和帶有填料箱內的密封件的相關零件一起取下。該文件還描述 了一種填料設計，由此，壓力下的油在離井的相對側上供應到填料箱內，以潤 滑填料和防止平衡的背壓強制井中原油在填料和轉動管之間上升。來自井壓的
推力通過填料箱密封件和中間構件傳遞到接納在管直徑過渡部分內的推力軸 承。在使用中，以及在組裝階段中，推力軸承常因填料箱內毗鄰零件的組合公 差造成損壞，該公差值變化而難于設定和控制。盡管該結構使填料箱內的構件 更換更加容易，但軸承的壽命很少與填料箱填料的壽命相匹配。
為了使填料性能最佳，可施加油的背壓，除非為了驅動泵正在使用液壓驅 動器，否則它包括提供一位于頭內或靠近井的液壓回路。
利用該設計，旋轉密封件的填料更容易取下，但由于旋轉密封部件大的尺 寸差使得安裝和調整更加困難，S卩，填料和相關的環(huán)不能不變地產生相同的累 積公差或一致的公差系。環(huán)和填料的組合公差不能確定地加以控制，由于大量 部件，公差的變化范圍大。在操作中，公差系不能始終保持在具有任何精度的 許用范圍內。
最后，如美國專利No.5244183所代表的現有技術提供一種填料箱，其中， 借助于液體潤滑劑注射器和一緩沖罐來達到有效的密封，該緩沖罐可有效地相 對于填料箱所連接的加壓環(huán)境來保持填料下游的背壓。緩沖罐用來將潤滑劑供 應到填料，如果潤滑劑泄漏而及時通過填料，則在高壓下，轉移來自加壓環(huán)境 的液體滲透通過填料并使緊密密封實效受損的可能性。只要儲存在緩沖罐內的 潤滑劑量需要加滿，總可通過人工進行手工干預來補充潤滑劑。因此，該潤滑 劑供應結構需要人員的參與，以便根據緩沖罐載荷計定期地檢查是否保持潤滑 劑的液位。
上述現有技術易于作相當的改進，以便提供可聯(lián)接到帶有泵驅動的頭上的 填料箱，能夠更有効、可靠地在較短時間內實施維護保養(yǎng)操作；此外，在向下 鉆進的情況下要求檢査而作檢驗。包括填料的旋轉密封件，因為合適的特性應
該更加分散。
發(fā)明內容
因此，待解決的技術問題的方案是提供一種填料箱，其可聯(lián)接到油井的泵 驅動頭，以及結合包括任何類型的液壓、皮帶或齒輪驅動的現有驅動頭來使用， 所述填料箱容易地拆卸，確保部件有不變的有效和安全的定位，并面對零部件 內公差系列的影響能使整個操作很順暢。另一目的是提供一種單獨的填料箱， 其意義在于，即使由電機來提供驅動并在驅動器內或其附近存在有液體潤滑劑 /壓力油的情況下，運行填料箱也可最佳地適合于填料要求，由此，使人工照料 對填料供應液體潤滑劑變得不必要。
本發(fā)明通過提供一適于聯(lián)接到包括旋轉泵驅動器的油井頭的填料箱來解決 上述的技術問題，所述填料箱包括具有聯(lián)接到井泵驅動軸上的靜止密封件的 旋轉管以及直徑大致過渡的部分，管的下部的外徑適于用來接納填料箱的零部 件，從而其外徑可小于所述直徑過渡部分之前的管的外徑；加壓油的供源，用 來在填料的涉及到井的內壓的相對端處潤滑旋轉密封件填料；管可轉動地被承 載在外殼上以使管的下部延伸到填料箱的腹板內；其特征在于填料箱包括位 于管底端處地軸向阻擋環(huán)、用于第一填料的固定環(huán)，其后是安裝在外套內的彈 簧，外套用來將彈簧抵靠在第一填料和第二填料上；調整環(huán)，其通過至少一個 螺釘推壓在第二填料上，所述螺釘具有錐形端，該錐形端被接納在形成在調整 環(huán)內的至少一個匹配錐形座內。
通過提供一優(yōu)選的實施例，調整環(huán)通過至少兩個或更多個螺釘推壓在填料 上，所述螺釘具有位于形成在調整環(huán)內的對應錐形座內的錐形端。
通過提供另一優(yōu)選的實施例，用于潤滑填料的加壓油供應到填料箱的第一 和第二填料之間的區(qū)域。
通過采納另一優(yōu)選的實施例，至少一個研磨圈設置在調整環(huán)和管的直徑過 渡部分之間。
通過采納另一優(yōu)選的實施例，帶有凸輪的至少一個間隔環(huán)設置在調整環(huán)和 管的直徑過渡部分之間，以作用在連接到加壓潤滑油饋送泵上的徑向往復桿。
通過提供另一實施例，所述加壓潤滑饋送泵包括活塞，該活塞通過所述桿 在缸套筒內作往復運動，具有一插入的高的線性加載系數的第一壓縮彈簧，并 在活塞另一端具有一第二抽吸壓縮彈簧，該第二抽吸壓縮彈簧布置成沿著其返 回行程推壓活塞；第二彈簧具有比第一彈簧低得多的線性加載系數。
通過提供另一優(yōu)選的實施例，所述活塞具有至少一個桿頭，其布置成防止 所述第二彈簧在活塞和缸頭之間變得完全被壓縮。
通過提供另一優(yōu)選的實施例，所述活塞具有至少一個桿頭，其布置成防止 所述第一彈簧在活塞和所述往復桿之間變得完全被壓縮。
通過提供另一優(yōu)選的實施例，往復桿形成有一桿頭，其布置成防止所述第 一彈簧在活塞和所述桿之間變得完全被壓縮。
通過提供另一優(yōu)選的實施例，往復活塞泵的本體可移去地連接到缸套筒上。
最后，通過提供一優(yōu)選的實施例，加壓潤滑油饋送泵具有往復桿和第一彈 簧，第一彈簧被接納在直接形成在填料箱腹板內的座內。
借助于五個附圖中的實例來說明本發(fā)明的一實施例，其中
圖1是根據本發(fā)明的改進的填料箱的縱向截面圖，示出該填料箱的總體設 計，其具有在外部產生的壓力下潤滑的填料以及管子的旋轉軸承；
圖2是類似于上圖的根據本發(fā)明的改進的填料箱的縱向截面圖，示出在借 助于直接連接到填料箱的可變傳輸泵產生的油壓下潤滑的填料，以及液壓回路 可能最簡單形式的示意圖3是如上圖所示的單獨的填料箱的放大截面圖4是如圖2所示的單獨的可變傳輸泵的截面圖5是根據本發(fā)明的改進的填料箱的縱向截面圖，安裝在帶有與圖2相同 的一體齒輪驅動和壓力油潤滑的填料的井泵，以及液壓回路可能最簡單形式的 示意圖。
具體實施例方式
圖1所示是旋轉軸1，其旋轉地驅動帶有漸進螺旋形內腔的正向位移泵(未
示出)，并連接到旋轉管2，旋轉管包括靜止的密封件3，密封件以常規(guī)方式聯(lián) 接到所述軸上，這里不作進一步描述。管2分裂為兩個半部，即接納靜止密 封件3的連接到軸1的上部4，以及包括直徑過渡部分6和下管部分的下部5， 所述下管部分的外徑足以封閉填料箱7的零部件，這樣，它們可顯示出比所述 直徑過渡部分6的管子頭部小的外徑。管子2通過滾動軸承8被外殼9承載， 以使所述下部5延伸到填料箱7的腹板10內。腹板10和外殼9用螺釘緊固件 11固定在一起。填料箱從底端12開始包括軸向阻擋環(huán)13、用于第一填料15 的固定環(huán)14，以及接納在外套17內以彈力鄰接抵靠在所述第一填料15和第二 填料18上的彈簧16。調整環(huán)19借助于螺釘20推壓在所述第二填料18上，所 述螺釘20具有錐形端21并被驅入腹板10內或驅出腹板10外。在組裝階段中， 螺釘21從調整環(huán)19的錐形座22中取出，彈簧16固定住第二填料和壓靠在所 述直徑過渡部分6上的調整環(huán)、研磨圈23以及間隔件或凸輪25。間隔環(huán)或凸 輪(若設置的話)可通過舌狀物26轉動地被管子拖帶。填料箱組件保持在所述調 整環(huán)19和接納填料的腹板10的內表面上的棘爪24之間。腹板10形成有位于 第一和第二填料上游的液壓連通孔27。位于第二填料上游的孔27具有用于第 一和第二填料的與孔液壓地連接的潤滑油供應管線P，該管線P包括止回閥28, 在供應回路M內的壓力低于填料箱7內壓力的情況下，止回閥28可阻止油回 流?？卓捎每刹鹦兜拿?0塞住29或蓋住。
結合圖1所描述如圖2所示的另一實施例如，但另外還包括往復活塞泵31， 該泵連接到止回閥28上游處的單個的傳輸/抽吸吸導管M。另一止回閥32布 置成使傳輸/抽吸導管M與連接到潤滑油0的油箱33的抽吸管A隔絕。通 過桿34接觸所述環(huán)形凸輪25來運行傳輸泵32。因此，在軸l每轉一圈中，以 及因此通過管2的下部5形成的管2的轉動一圈，桿34位移而使泵31運轉。 該桿聯(lián)接到泵體35，與其保持合適的軸向可滑動關系，泵體35被接納在填料 箱7的腹板10內并與所述環(huán)形凸輪25對齊。所述桿通過壓縮彈簧37軸向地 作用在活塞36上，當來自于支路M內的傳輸壓力的力和來自于抽吸彈簧38 的壓縮力的組合力小于來自于壓縮彈簧37的壓縮力時，壓縮彈簧移動所述活
塞。由于供應支路M內的背壓變化，其改變由彈簧37和38施加的壓縮的反 作用力，所以，泵31—定作為可變位移泵進行運行，當回路的壓力支路P內 壓力降低時，該泵有利地相應增加其位移， 一直達到其行程長度/直徑設計所 允許的最大位移值。相反，當回路的壓力支路P內壓力增加時， 一旦回路支路 P達到其最高壓力設定值，其位移就相應地減小而下降到零。
圖2還示出套筒39，活塞39在其中滑動，該套筒被接納在封閉外套40內， 外套用常規(guī)方式連接到傳輸/抽吸支管M。
為了完成泵31的描述，圖4示出位于所述桿34上的桿頭41，該桿頭41 與所述活塞36上的第一桿頭42聯(lián)合，有效地防止壓縮彈簧37變得完全被壓 縮。同樣地，所述活塞上的第二桿頭43防止抽吸彈簧38被擠壓抵靠在關閉套 筒39的圓柱頭44上。還設置通過套筒39的徑向端口 45，以便通過外套40 內的連通孔46連接到液壓回路。所述徑向端口 45各側上的密封環(huán)47和活塞 36上的密封環(huán)48可按習慣設置。
圖5示出直接安裝在軸1的旋轉驅動器上的填料箱7，驅動器使用常規(guī)齒輪 50，傳動方式這里不作進一步描述。在填料箱連接驅動器的情形中， 一實施例 提供待聯(lián)接的旋轉管子2的上部，以便可取下填料箱密封件而無需如公開的國 際專利申請W02004 /092539 Al充分描述的那樣拆卸驅動器。因此，為了進 行維護保養(yǎng)而拆卸填料箱并不包括首先如通過釋放螺釘52來拆卸驅動器與泵 軸1的連接。所有其它所示的細節(jié)類似于前些附圖中所示的內容。
通過相繼地將填料箱7的零部件配裝到管子2的較小外徑上，或如果有利 地設置在兩部分上的話，則將填料箱7的零部件配裝到上部4和下部5上，由 此來組裝所示填料箱。首先要配裝的環(huán)是間隔件或凸輪25和研磨圈23;然后 接著是調整環(huán)19和帶有兩個外套17和彈簧16的第二填料18。接下來，插入 第一填料15和帶有位于轉動管的底端12上的外阻擋環(huán)13的固定環(huán)。這樣放 置在一起的組件用所述軸向阻擋環(huán)13固定到轉動管上，并通過彈簧16偏置到 所述直徑過渡部分6。轉動管安裝在對應轉動軸承8內，并連同外殼9 一起可 安裝在填料箱7上，并固定到腹板10。最后，向下擰螺釘20使其錐形端21 與調整環(huán)19內的錐形座22配合；因此緊緊地固定這些零件抵靠在填料外殼內
的棘爪24上。由用于螺釘20的孔以及填料箱的腹板10內的所述棘爪24的位 置來設定以上零件的位置。
維護保養(yǎng)的拆卸程序類似于組裝程序，并從如下的能力中獲益不會錯誤 地定義抵靠環(huán)19的位置，且與插在它和所述轉動管2內的直徑過渡部分6之 間的環(huán)或填料無關。
如圖2、 4和5所示的可變位移活塞泵31的操作如下?；钊?6通過凸輪25 作用在其上的桿34移動。當支路M內的傳輸壓力遠低于彈簧37和38之間的 壓縮力之差時，活塞36行程是正的并且由凸輪提升所確定。有利地是，抽吸 彈簧38具有相當低的彈簧系數K38，由此，彈簧可容易屈服，但還足以從油 箱33中抽取油0通過止回閥32。在抽吸階段中，回路的支路P內施加的壓力 使止回閥28關閉。相反，如果壓縮彈簧37的彈簧系數K37遠高于前述系數， 則在低的提供壓力下，提供了幾乎剛性的只有推力的桿34與活塞36的連接。 因此，泵在最大位移下運行，而且提供速率正比于輸入到軸1的轉數(凸輪25 的提升)。當填料箱7被填充時，支路P內的壓力增加，并阻止活塞36的運動。 如在活塞面積上計算的傳輸壓力產生一個力，當加到彈簧38的反作用力上時， 該力對抗活塞的泵送運動，并由于壓縮彈簧37的彈性，往復運動還通過凸輪 25施加到桿34上。
當供應支路M和P內的壓力在止回閥28打開之后上升時，如果填料箱的 內壓低于供應壓力，則油保持被泵送到填料箱內。
泵送到第一填料15和第二填料18之間區(qū)域內的油對填料箱加壓，由此， 對填料提供可能的最佳運行條件，并防止不干凈的原油滲透通過第一填料15。
泵31可設計成具有合適的行程長度/直徑尺寸，或彈簧37和38的合適壓 縮系數K37和K38，以設定限定值下的填料箱內的壓力。支路P內上升的壓力 致使對活塞運動的液壓阻力增加，以至在某一點處行程變?yōu)榱?，且?1停止 泵送油。當傳輸支路內的壓力增加時，壓縮彈簧37開始屈服，在標定的壓力 水平下，彈簧完全屈服，于是，桿34的運動在凸輪25的作用下不再轉移到活 塞36，即，泵進入無位移的狀態(tài)。
在其后時間內，當填料箱內的壓力下降時，通常是因泄漏通過填料15的緣
故，泵31可再次增加其位移，因為傳輸支路M內的壓力較低，允許彈簧37 移動活塞36，然而只是稍微地移動，且由活塞產生的壓力關閉止回閥32并打 開止回閥28，由此，允許更多油流過使填料箱7恢復到其要求的壓力。
如上所述的融入到填料箱的泵31的操作，使得油井有長得多的檢査和/或 維護保養(yǎng)間隔時間，當利用來自于作用在從井中流出的原油上的潤滑油的背壓 進行操作時，還可延長填料的壽命。
本發(fā)明的優(yōu)點如下不管個別零件的制造公差如何，填料箱的零部件都可 容易地安裝在轉動管上；借助于調整環(huán)19和帶有進入到環(huán)內錐形座22內的錐 形頭21的螺釘20進行調整，使得填料箱的零部件可無誤地并獨立于所述轉動 管上的直徑過渡部分6的位置進行定位。此外，加壓的潤滑油從被驅動的泵中 供應到填料，使填料的性能最佳，所述泵直接遠離帶有漸進的油井螺旋形內腔 的正位移旋轉泵的驅動軸，以無關的方式將加壓油供應到所需地點，不需復雜 和昂貴的油加壓回路。最后，往復可變位移泵和在壓力下供應油的簡單液壓回 路，在制造和維護保養(yǎng)上是相當簡單和便宜的，允許在油井檢查和/或檢驗之 間有長得多的間隔。
在本發(fā)明的實踐中，尺寸和結構上的細節(jié)可以不同于以上所指定的，但技 術上是等價的，且不脫離本發(fā)明的法律范疇。因此，盡管方便性欠缺些，但平 的環(huán)間隔件可以代替間隔環(huán)或凸輪25，其中，填料箱不再需要所包括的泵。
權利要求
1.一種適于聯(lián)接到包括旋轉泵驅動器(50)的油井頭的改進的填料箱(7)，所述填料箱包括具有聯(lián)接到井泵驅動軸(1)上的靜止密封件(3)的旋轉管(2)；直徑大致過渡的部分(6)，所述管的下部(5)外徑適合用來接納所述填料箱的零部件，從而其外徑能小于所述直徑過渡部分(6)之前的所述管的外徑(4)；加壓油的供源(P)，用來在旋轉密封件填料(15)的與井內壓的相對端處潤滑旋轉密封件填料(15)；管可轉動地(8)承載在外殼(9)上以使管的下部能延伸到所述填料箱(7)的腹板(10)內；其特征在于，所述填料箱包括位于所述管底端(12)處的軸向阻擋環(huán)(13)、用于第一填料(15)的固定環(huán)(14)，接著是安裝在外套(17)內的彈簧(16)，所述外套用來將彈簧抵靠在第一填料(15)和第二填料(18)上；調整環(huán)(19)，所述調整環(huán)通過至少一個螺釘(20)而保持抵靠在所述第二填料(18)上，所述螺釘具有錐形端(21)，所述錐形端接納在調整環(huán)內形成的至少一個匹配錐形座(22)內。
2. 如權利要求1所述的改進的填料箱，其特征在于，用于潤滑填料(15、 18)的加壓油(P)供應到填料箱(7)的第一填料(15)和第二填料(18)之 間的區(qū)域。
3. 如權利要求1或2所述的改進的填料箱，其特征在于，至少一個研磨圈 (23)設置在所述調整環(huán)(19)和所述管(2)的直徑過渡部分(6)之間。
4. 如權利要求1或2所述的改進的填料箱，其特征在于，所述調整環(huán)(19) 通過至少兩個或更多個螺釘(20)抵靠在填料上，所述螺釘具有位于形成在所 述調整環(huán)內的對應錐形座(22)內的錐形端(21)。
5. 如權利要求l、 2或4中任何一項所述的改進的填料箱，其特征在于，帶 有凸輪(25)的至少一個間隔環(huán)設置在所述調整環(huán)(19)和所述管的所述直徑 過渡部分(6)之間，以作用在連接到加壓潤滑油(P)饋送泵(31)上的徑向 往復桿(34)。
6. 如權利要求5所述的改進的填料箱，其特征在于，所述加壓潤滑油饋送泵(31)包括活塞(36)，所述活塞通過所述桿(34)在缸套筒(39)內作往 復運動，所述活塞(36)具有插入的高的線性加載系數(K37)的第一壓縮 彈簧(37)，并在所述活塞(36)另一端具有第二抽吸壓縮彈簧(38)，所述 第二抽吸壓縮彈簧布置成沿著其返回行程推壓活塞；所述第二彈簧(38)具有 比第一彈簧系數(K37)遠低得多的線性加載系數(K38)。
7. 如權利要求6所述的改進的填料箱，其特征在于，所述活塞(36)具有 至少一個桿頭(43)，所述桿頭布置成防止所述第二彈簧(38)在活塞和缸頭(44)之間變得完全被壓縮。
8. 如權利要求6所述的改進的填料箱，其特征在于，所述活塞(36)具有 至少一個桿頭(42)，所述桿頭布置成防止所述第一彈簧(37)在活塞和所述 往復桿(34)之間變得完全被壓縮。
9. 如權利要求6所述的改進的填料箱，其特征在于，往復桿(34)形成有 桿頭(41)，所述桿頭(41)布置成防止所述第一彈簧(37)在所述活塞(36)和所述桿之間變得完全被壓縮。
10. 如權利要求6所述的改進的填料箱，其特征在于，所述往復活塞泵(35) 的本體可移去地連接到缸套筒(39)上。
11. 如權利要求6所述的改進的填料箱，其特征在于，所述加壓潤滑油(P) 饋送泵(31)具有往復桿(34)和第一彈簧(37)，所述第一彈簧被接納在一 直接形成在所述填料箱(7)的腹板(10)中的座內。
全文摘要
一種適于安裝在包括一旋轉泵驅動器(50)的油井頭內的改進的填料箱(7)，其包括具有聯(lián)接到井泵驅動軸(1)上的靜止密封件(3)的旋轉管(2)；直徑大致過渡的部分(6)，管的下部(5)的外徑適于用來接納填料箱的零部件，以使其外徑可小于所述直徑過渡部分(6)之前的管的外徑(4)；加壓油的供源(P)，用來在填料的井內壓的相對端處潤滑旋轉密封件填料(15)；管可轉動地(8)安裝在外殼(9)上以使管的下部可延伸到填料箱(7)的腹板(10)內；其中，填料箱包括位于管底端(12)處的軸向阻擋環(huán)(13)、用于第一填料(15)的固定環(huán)(14)，其后是安裝在外套(17)內的彈簧(16)，外套用來將彈簧抵靠在第一填料(15)和第二填料(18)上；調整環(huán)(19)，其通過至少一個螺釘(20)而保持抵靠在所述第二填料(18)上，所述螺釘具有一錐形端(21)，該錐形端被接納在形成在調整環(huán)內的至少一個匹配錐形座(22)內。
文檔編號E21B33/08GK101341311SQ200580052327
公開日2009年1月7日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權日2005年12月14日
發(fā)明者M·佩科拉利, P·佩科拉利 申請人:Sai液壓股份有限公司