專利名稱：液力驅(qū)動抽油泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及油井開采的液力驅(qū)動抽油泵，尤其涉及一種控制液力驅(qū)動抽油泵往復(fù)運動的換向裝置。
技術(shù)背景隨著石油鉆井技術(shù)的發(fā)展與變化，出現(xiàn)了越來越多的斜井與水平井，其中包括大量的小排量油井及天然氣井，因此，近年來適應(yīng)小排量斜井開采的無桿抽油設(shè)備有了較大發(fā)展。在眾多的小排量無桿采油設(shè)備中只有采用井下?lián)Q向裝置的液力柱塞泵效率最高，制造成本也較低。這種柱塞泵的動力可以是來自地面的動力液，也可以由井下潛油電機驅(qū)動的液壓泵提供。動力柱塞的往復(fù)運動是由裝在泵內(nèi)的機械換向閥完成的，換向閥的閥芯有兩個位置狀態(tài)，閥芯的位置變化是通過與其連成一體的滑桿由柱塞拖動完成。閥芯在滑套中的不同位置時，其上的孔道就會改變動力液的走向，從而實現(xiàn)柱塞的往復(fù)運動。美國專利4591320及2008/0003118先后公布了具有這種機械換向閥的液力抽油泵，這兩份文獻中記載的換向閥的共同特點是它們都將驅(qū)動閥芯動作的滑桿與閥芯裝配成了一個整體，在這種一體結(jié)構(gòu)中，當滑桿帶動閥芯從一個位置變化到另一位置時，必須經(jīng)過一個介于兩個位置之間的中間狀態(tài)，在此中間位置狀態(tài)時閥芯上的供液孔道和回流孔道都受到閥套遮擋，由于兩個孔道的關(guān)閉，柱塞也就失去了來自高壓液流的動力，泵也就停止了工作。這種機械換向閥在低速運行時無法實現(xiàn)換向的目地。此外，這兩份文獻中記載的換向閥都是采用滑套閥結(jié)構(gòu)，當動力液粘度低時將產(chǎn)生嚴重漏失，同時對動力液的清潔度和潤滑性要求也十分苛刻。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種帶有井下?lián)Q向閥的液力驅(qū)動抽油泵，該抽油泵能在很低的運行速度下實現(xiàn)平穩(wěn)換向以達到提高可靠性和增加工作壽命的目的。本實用新型的另一目的是提供一種液力驅(qū)動抽油泵，該泵可以使用不清潔的水作為動力液以降低系統(tǒng)的運行成本。本實用新型所提供的液力驅(qū)動抽油泵包括泵筒80，連接在缸筒76下端，在泵筒下端裝有排出凡爾82和吸入凡爾83，柱塞桿73在柱塞推動下往復(fù)運動促使吸入凡爾83和排出凡爾82交替開啟和關(guān)閉，將原油吸進和排出泵腔81，它還包括泵吸入口 84、泵排出口 92和輸出油管90。在缸筒76的上端安裝有控制柱塞往復(fù)運動的換向閥，換向閥包括閥座10、空心閥體20、滑桿30、滑套50和支撐套60，閥座10上裝有第一密封圈13、第二密封圈14，在兩個密封圈之間設(shè)有第一連通孔12，第一連通孔12和流道43連通，空心閥體的一端設(shè)有第一圓柱面23，滑桿30裝在空心閥體20內(nèi)，在空心閥體20與滑桿30之間形成環(huán)形通道42，同時在空心閥體20與閥座10的內(nèi)通徑之間形成環(huán)形通道41，空心閥體20的第一圓柱面23與滑套50的小內(nèi)徑部位動配合，形成動密封，滑套50上裝有第三密封圈52，并設(shè)有第二連通孔51，第二連通孔51與回流通道45連通，支撐套60壓緊滑套50，其上裝有第四密封圈63，并設(shè)有第三連通孔61和第四連通孔64，第三連通孔61與高壓流道44連通，第四連通孔64與流道43連通，滑桿30與支撐套60小內(nèi)徑部位配合形成動密封，支撐套60的內(nèi)腔形成變壓腔室46，滑桿30從中心穿越柱塞70并進入空心柱塞桿73，柱塞70上裝有第一動密封71，并設(shè)有呼吸孔74，在缸筒76的變徑部位裝有第二動密封72，在柱塞大截面一側(cè)形成第一腔室47，并與第四連通孔64連通，在其環(huán)形截面一側(cè)形成第二腔室48，并與高壓流道44連通，滑桿30上裝有第一觸發(fā)擋塊31和第二觸發(fā)擋塊32，同時滑桿30上設(shè)置有阻流凸臺35，滑桿上還裝有限位擋環(huán)33和限位擋環(huán)34，柱塞運行至行程終點時推動滑桿上的限位擋環(huán)并帶動滑桿上的觸發(fā)擋塊推動閥體移動，關(guān)閉和開啟液流通道以驅(qū)動柱塞改變運動方向，并帶動柱塞桿73伸出和縮回，從而使泵筒端部的吸入凡爾83和排除凡爾82交替開啟和關(guān)閉將井液舉升至地面。本實用新型的液力驅(qū)動抽油泵也可以用井下液壓泵提供的動力液進行驅(qū)動，它包括泵筒80a，連接在缸筒76上端，在泵筒上端裝有排出凡爾82a和吸入凡爾83a，柱塞桿73在柱塞推動下往復(fù)運動促使吸入凡爾83和排出凡爾82交替開啟和關(guān)閉，將原油吸進和排出泵腔81a，它還包括泵吸入口 84a、泵排出口 92a和輸出油管90a。它是通過動力電纜100將電能傳送給潛油電機101，潛油電機驅(qū)動液壓泵102運轉(zhuǎn)，液壓泵102的吸入口 103與控制柱塞70往復(fù)運動的換向閥上的回流通道45連通，液壓泵的排出口 104與換向閥上的第一流道40連通，換向閥還包括閥座10、空心閥體20、滑桿30、滑套50和支撐套60，閥座10上裝有第一密封圈13、第二密封圈14，在兩個密封圈之間設(shè)有第一連通孔12，第一連通孔12和第二流道43連通，空心閥體20的一端設(shè)有第一圓柱面23，滑桿30裝在空心閥體20內(nèi)，在空心閥體20與滑桿30之間形成第二環(huán)形通道42，同時在空心閥體20與閥座10的內(nèi)通徑之間形成第一環(huán)形通道41，空心閥體的第一圓柱面23與滑套50的小內(nèi)徑部位動配合，形成動密封，滑套50上裝有第三密封圈52，并設(shè)有第二連通孔51，第二連通孔51與回流通道45連通，支撐套60壓緊滑套50，其上裝有第四密封圈63，并設(shè)有第三連通孔61和第四連通孔64，第三連通孔61與高壓流道44連通，第四連通孔64與第二流道43連通，滑桿30與支撐套60小內(nèi)徑部位配合，形成動密封，支撐套60的內(nèi)腔形成變壓腔室46，滑桿30從中心穿越柱塞70并進入空心柱塞桿73，柱塞70上裝有第一動密封71，并設(shè)有呼吸孔74，在缸筒76的變徑部位裝有第二動密封72，在柱塞大截面一側(cè)形成第一腔室47，并與第四連通孔64連通，在其環(huán)形截面一側(cè)形成第二腔室48，并與高壓流道44連通，滑桿30上裝有第一觸發(fā)擋塊31和第二觸發(fā)擋塊32，滑桿上還裝有第一限位擋環(huán)33和第二限位擋環(huán)34，滑桿30上還設(shè)置有阻流凸臺35，柱塞70運行至行程終點時推動滑桿上的限位擋環(huán)并帶動滑桿上的觸發(fā)擋塊推動空心閥體20移動，關(guān)閉和開啟液流通道以驅(qū)動柱塞70改變運動方向，并帶動柱塞桿73伸出和縮回。本實用新型的液力驅(qū)動抽油泵，由于其換向閥中設(shè)置了流體變壓腔室使其能夠在很低的運行速度下實現(xiàn)平穩(wěn)快速換向，因而使整個泵系統(tǒng)運行可靠，工作壽命增加。由于換向閥的閥座和閥體是線密封，換向閥在工作中不泄漏。不僅如此，采用線密封的另一好處是閥體不會因為動力液存在雜質(zhì)而卡死。因此本發(fā)明的液力驅(qū)動抽油泵可以用不清潔的水做動力液，這將使系統(tǒng)的運行成本大幅降低。第一個優(yōu)選實施方式是地面動力液驅(qū)動的液力驅(qū)動抽油泵。另一優(yōu)選實施方式是井下液壓泵驅(qū)動的液力驅(qū)動抽油泵。[0010]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行具體描述。

圖1A是本實用新型的液力驅(qū)動抽油泵在上行程時其換向閥的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖1B是本實用新型的液力驅(qū)動抽油泵在下行程時其換向閥的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖2是放大的閥座與閥體結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3A是地面動力液驅(qū)動的液力抽油泵在上行程時的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖3B是地面動力液驅(qū)動的液力抽油泵在下行程時的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖4是井下液壓泵驅(qū)動的液力抽油泵結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實施方式
首先看圖1A、圖1B和圖2換向閥部分，它包括閥座10、空心閥體20、滑桿30、滑套50和支撐套60。閥座10上裝有第一密封圈13、第二密封圈14，在兩個密封圈之間設(shè)有第一連通孔12，第一連通孔12和第二流道43連通，閥座10的上下端面與其內(nèi)通徑之間是第一密封線Ila和第二密封線lib?？招拈y體20上設(shè)有第一圓錐面21a和第二圓錐面21b，靠近第一圓錐面21a設(shè)有第二圓柱面22a，靠近第二圓錐面21b設(shè)有第三圓柱面22b，空心閥體20的一端還設(shè)有第一圓柱面23?；瑮U30裝在空心閥體20內(nèi)，在閥體20與滑桿30之間形成第二環(huán)形流道42，同時在閥體20與閥座10的內(nèi)通徑之間形成第一環(huán)形通道41，空心閥體的第一圓柱面23與滑套50的小內(nèi)徑部位動配合，形成動密封，滑套50上裝有第三密封圈52，并設(shè)有第二連通孔51，第二連通孔51與回流通道45連通。支撐套60壓緊滑套50，其上裝有第四密封圈63并設(shè)有第三連通孔61和第四連通孔64，第三連通孔61與高壓流道44連通，第四連通孔64與第二流道43連通，支撐套60上還裝有止動裝置62，其作用是防止滑桿竄動，滑桿30與支撐套60小內(nèi)徑部位配合，形成動密封，支撐套60的內(nèi)腔形成變壓腔室46，其作用下面還要詳細說明?；瑮U30從中心穿越柱塞70并進入空心柱塞桿73，柱塞70上裝有第一動密封71，并設(shè)有呼吸孔74，在缸筒76的變徑部位裝有第二動密封72，在柱塞大截面一側(cè)形成第一腔室47，并與第四連通孔64連通，在其環(huán)形截面一側(cè)形成第二腔室48，并與高壓流道44連通。滑桿30上裝有第一觸發(fā)擋塊31和第二觸發(fā)擋塊32，分別裝在空心閥體的上下端附近，其中第一觸發(fā)擋塊31上設(shè)有導流開口 31a，滑桿上還裝有第一限位擋環(huán)33和第二限位擋環(huán)34，分別裝在接近上下行程終點的部位。再來看圖1A，此時空心閥體上的第一圓錐面21a和閥座10上的第一密封線Ila將第一環(huán)形流道41關(guān)閉，來自第一流道40的高壓流體通過導流開口 31a進入第二環(huán)形流道42，接著流經(jīng)變壓腔室46、第三連通孔61和高壓流道44進入第二腔室48推動柱塞70向著箭頭所指方向運動，同時第一腔室47中的液體通過第四連通孔64流經(jīng)第二流道43和第一連通孔12進入回流管路45。當柱塞與滑桿上的第一限位擋環(huán)33接觸后，滑桿在柱塞的推動下沿著同一方向運動，接著滑桿上的第二觸發(fā)擋塊32推動閥體20移動，此時由于閥體上的第二圓柱面22a還未脫離閥座的內(nèi)孔，高壓流體沒有改變流動方向，繼續(xù)推動活塞和滑桿向前運動，當?shù)诙A柱面22a剛要脫離閥座10內(nèi)孔時，空心閥體的第三圓柱面22b進入閥座內(nèi)孔，此時第一環(huán)形通道41開通，回流通道45關(guān)閉(見圖1B)，液流通過第一環(huán)形通道41、第一連通孔12、第二流道43和第四連通孔64進入第一腔室47，由于柱塞兩端截面不同，液流迫使柱塞向著圖IB的箭頭所指方向運動，同時第二腔室48內(nèi)的流體經(jīng)由高壓流道44和第三連通孔61進入變壓腔室46，需要提起注意的是滑桿上的凸臺35此時已進入了第二環(huán)形通道42，這對流經(jīng)該通道的液流產(chǎn)生了阻尼作用，因此變壓腔室46內(nèi)的壓力會有所升高，在此壓力作用下閥體迅速移動到圖1B和圖2所示的位置，并且第二錐面21b和閥座10上的第二密封線Ilb坐封。從變壓腔室46出來的流體經(jīng)過第二環(huán)形通道42與第一流道40內(nèi)的高壓流體匯合共同經(jīng)由第二流道43進入第一腔室47。當柱塞70接觸到滑桿上的第二限位擋環(huán)34時滑桿被拉動，同時帶動第一觸發(fā)擋塊31推動空心閥體20移動，并且按照類似上述的過程完成閥體換向，從而驅(qū)動柱塞改變運動方向，并帶動柱塞桿73伸出和縮回。圖3A和圖3B分別是地面動力液驅(qū)動的液力驅(qū)動抽油泵在其上、下沖程的結(jié)構(gòu)原理圖。它是由圖1A和圖1B所示的換向閥加裝了常規(guī)的抽油泵部件而組成。其中80是泵筒，與缸筒76的下部連接，81是泵筒的內(nèi)腔，82是排出凡爾，83是吸入凡爾，84是泵吸入口，90是輸出油管，92是泵排出口，91是出油環(huán)形通道。在動力液作用下?lián)Q向閥按照前述的控制過程促使柱塞和柱塞桿往復(fù)運動，當柱塞桿73按照圖3A所示向上運行時，吸凡爾83開啟，排出凡爾82關(guān)閉，油流通過泵入口 84進入泵腔81。當柱塞桿73按照圖3B所示向下運行時，柱塞桿73迫使吸入凡爾83關(guān)閉，排出凡爾82開啟，泵腔81內(nèi)的原油經(jīng)由泵出口 92進入管道91排至地面。需要說明的是乏液的回流通道45可以是閉路流程單獨返回地面，也可以是開路流程與出油流道91連通。圖4是井下液壓泵驅(qū)動的液力驅(qū)動抽油泵在下行程的結(jié)構(gòu)原理圖。它是由圖1A和圖1B所示的換向閥加裝了常規(guī)的抽油泵部件、動力電纜、潛油電機和液壓泵等組成。動力電纜100從地面向井下潛油電機101提供電能，潛油電機101轉(zhuǎn)動帶動液壓泵102運轉(zhuǎn)，液壓泵102是以液壓油或電機油作為動力傳遞介質(zhì)。103是液壓泵吸入口，它與換向閥上的回流通道45相連接，104是液壓泵的高壓出口，它與換向閥上的第一流道40相連接。當換向閥處于圖4所示的位置時，來自液壓泵出口 104的高壓油經(jīng)由第二環(huán)形通道42和高壓流道44進入第二腔室48推動柱塞70向下運行，第一腔室47內(nèi)的液體經(jīng)由第四連通孔64、第二流道43、第一環(huán)形通道41和回流通道45返回到液壓泵入口 103。在缸筒76的上端還裝有泵筒80a，81a是泵腔，82a是排出凡爾，83a是吸入凡爾，84a是泵吸入口，90a是油管，92a是泵出口，當柱塞桿73按照圖4所示向下運行時，排出凡爾82a關(guān)閉，吸入凡爾83a開啟，液體經(jīng)由泵入口吸進泵腔81a。柱塞上行的工作過程與地面動力液驅(qū)動的方式都是一樣的，不再重復(fù)。以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式。應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變換和改進，這些也應(yīng)視為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種用地面動力液驅(qū)動的液力驅(qū)動抽油泵，它包括泵筒(80)，連接在缸筒(76)下端，在泵筒下端裝有排出凡爾(82)和吸入凡爾(83)，柱塞桿(73)在柱塞(70)推動下往復(fù)運動促使吸入凡爾和排出凡爾交替開啟和關(guān)閉，將原油吸進和排出泵腔(81)，它還包括泵吸入口(84)、泵排出口(92)和輸出油管(90)，其特征在于在缸筒(76)的上端安裝有控制柱塞(70)往復(fù)運動的換向閥，換向閥包括閥座(10)、空心閥體(20)、滑桿(30)、滑套 (50)和支撐套(60)，閥座(10)上裝有第一密封圈(13)、第二密封圈(14)，在兩個密封圈之間設(shè)有第一連通孔(12)，第一連通孔(12)和第二流道(43)連通，空心閥體(20)的一端設(shè)有第一圓柱面(23)，滑桿(30)裝在空心閥體(20)內(nèi)，在空心閥體(20)與滑桿(30)之間形成第二環(huán)形通道(42)，同時在空心閥體(20)與閥座(10)的內(nèi)通徑之間形成第一環(huán)形通道(41)，空心閥體的第一圓柱面(23)與滑套(50)的小內(nèi)徑部位動配合，形成動密封，滑套(50)上裝有第三密封圈(52)，并設(shè)有第二連通孔(51)，第二連通孔(51)與回流通道(45) 連通，支撐套￠0)壓緊滑套(50)，其上裝有第四密封圈(63)，并設(shè)有第三連通孔￠1)和第四連通孔(64)，第三連通孔￠1)與高壓流道(44)連通，第四連通孔￠4)與第二流道(43) 連通，滑桿(30)與支撐套￠0)小內(nèi)徑部位配合形成動密封，支撐套￠0)的內(nèi)腔形成變壓腔室(46)，滑桿(30)從中心穿越柱塞(70)并進入空心柱塞桿(73)，柱塞(70)上裝有第一動密封(71)，并設(shè)有呼吸孔(74)，在缸筒(76)的變徑部位裝有第二動密封(72)，在柱塞 (70)大截面一側(cè)形成第一腔室(47)，并與第四連通孔￠4)連通，在其環(huán)形截面一側(cè)形成第二腔室(48)，并與高壓流道(44)連通，滑桿(30)上裝有第一觸發(fā)擋塊(31)和第二觸發(fā)擋塊(32)，滑桿上還裝有第一限位擋環(huán)(33)和第二限位擋環(huán)(34)，柱塞(70)運行至行程終點時推動滑桿上的限位擋環(huán)并帶動滑桿上的觸發(fā)擋塊推動閥體移動，關(guān)閉和開啟液流通道以驅(qū)動柱塞(70)改變運動方向，并帶動柱塞桿(73)伸出和縮回。
2.如權(quán)利要求1所述的液力驅(qū)動抽油泵，其特征在于滑桿(30)上設(shè)置有阻流凸臺 (35)。
3.一種井下液壓泵驅(qū)動的液力驅(qū)動抽油泵，它包括泵筒(80a)，連接在缸筒(76)上端， 在泵筒上端裝有排出凡爾(82a)和吸入凡爾(83a)，柱塞桿(73)在柱塞(70)推動下往復(fù)運動促使吸入凡爾(83a)和排出凡爾(82a)交替開啟和關(guān)閉，將原油吸進和排出泵腔(81a)， 它還包括泵吸入口(84a)、泵排出口(92a)和輸出油管(90a)，其特征在于它是通過動力電纜(100)將電能傳送給潛油電機(101)，潛油電機驅(qū)動液壓泵(102)運轉(zhuǎn)，液壓泵(102) 的吸入口(103)與控制柱塞(70)往復(fù)運動的換向閥上的回流通道(45)連通，液壓泵的排出口(104)與換向閥上的第一流道(40)連通，換向閥還包括閥座(10)、空心閥體(20)、滑桿(30)、滑套(50)和支撐套(60)，閥座(10)上裝有第一密封圈(13)、第二密封圈(14)，在兩個密封圈之間設(shè)有第一連通孔(12)，第一連通孔(12)和第二流道(43)連通，空心閥體 (20)的一端設(shè)有第一圓柱面(23)，滑桿(30)裝在空心閥體(20)內(nèi)，在空心閥體(20)與滑桿(30)之間形成第二環(huán)形通道(42)，同時在空心閥體(20)與閥座(10)的內(nèi)通徑之間形成第一環(huán)形通道(41)，空心閥體(20)的第一圓柱面(23)與滑套(50)的小內(nèi)徑部位動配合，形成動密封，滑套(50)上裝有第三密封圈(52)，并設(shè)有第二連通孔(51)，第二連通孔(51)與回流通道(45)連通，支撐套￠0)壓緊滑套(50)，其上裝有第四密封圈(63)，并設(shè)有第三連通孔￠1)和第四連通孔(64)，第三連通孔￠1)與高壓流道(44)連通，第四連通孔 (64)與第二流道(43)連通，滑桿(30)與支撐套小內(nèi)徑部位配合，形成動密封，支撐套(60)的內(nèi)腔形成變壓腔室(46)，滑桿(30)從中心穿越柱塞(70)并進入空心柱塞桿(73)，柱塞 (70)上裝有第一動密封(71)，并設(shè)有呼吸孔(74)，在缸筒(76)的變徑部位裝有第二動密封 (72)，在柱塞(70)大截面一側(cè)形成第一腔室(47)，并與第四連通孔￠4)連通，在其環(huán)形截面一側(cè)形成第二腔室(48)，并與高壓流道(44)連通，滑桿(30)上裝有第一觸發(fā)擋塊(31) 和第二觸發(fā)擋塊(32)，滑桿上還裝有第一限位擋環(huán)(33)和第二限位擋環(huán)(34)，柱塞(70) 運行至行程終點時推動滑桿上的限位擋環(huán)并帶動滑桿上的觸發(fā)擋塊推動閥體移動，關(guān)閉和開啟液流通道以驅(qū)動柱塞(70)改變運動方向，并帶動柱塞桿(73)伸出和縮回。
4.如權(quán)利要求1或3所述的液力驅(qū)動抽油泵，其特征在于空心閥體(20)上設(shè)有第一圓錐面(21a)和第二圓錐面(21b)，靠近第一圓錐面(21a)設(shè)有第二圓柱面(22a)，靠近第二圓錐面(21b)設(shè)有第三圓柱面(22b)。
5.如權(quán)利要求1或3所述的液力驅(qū)動抽油泵，其特征在于閥座10的上下端面與其內(nèi)通徑之間設(shè)有第一密封線(Ila)和第二密封線(11b)，分別對應(yīng)空心閥體(20)的第一圓錐面(21a)和第二圓錐面(21b)。
6.如權(quán)利要求1或3所述的液力驅(qū)動抽油泵，其特征在于支撐套(60)上裝有止動裝置(62)，以防止滑桿(30)竄動。
專利摘要本實用新型涉及一種液力驅(qū)動抽油泵，它可以用地面動力液驅(qū)動，也可以用井下液壓泵驅(qū)動，控制往復(fù)運動的換向閥包括閥座、空心閥體及滑桿，閥體兩端是圓錐形，分別對應(yīng)閥座的兩個密封線，在閥體端部設(shè)有一變壓腔室，滑桿的一端裝在空心閥體內(nèi)，滑桿與閥體內(nèi)孔之間形成環(huán)形通道，換向閥的初始動作由閥桿提供，然后由液壓力推至換相位置，關(guān)閉和開啟液流通道，使柱塞變換運動方向，柱塞往復(fù)運動帶動柱塞桿在泵筒內(nèi)伸出和縮回。由于換向閥中設(shè)置了流體變壓腔室使其能夠在很低的運行速度下實現(xiàn)平穩(wěn)快速換向，使該泵運行可靠，工作壽命長，換向閥采用線密封，工作中不泄漏。
文檔編號F04B47/08GK202883334SQ20122021253
公開日2013年4月17日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者崔迺林 申請人:崔迺林