专利名称：用于油井泵驱动头的改进的填料箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一用于油井泵驱动头的改进的填料箱，该填料箱放置在安装在 油井管子顶端处的泵驱动头和驱动该井泵的油井之间，井泵通常是一正向位移 型的带有渐进螺旋形内腔的旋转泵，本发明是新颖设计，便于组装和更换并有 长的寿命。
背景技术：
现有技术中已知有好几种通过其顶端驱动泵轴的不同方式，其目的都在于 对流出油井的流速提供最合适的驱动。
现有技术还提供了上述填料箱中部件的各种设置，由于油上流产生的小碎 屑或粘液造成的损坏，填料箱的密封性易于受到损坏。
此外，泵的维护所需停工期应尽可能短，因为泵因混合流体而堵塞，它的 处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 工期为最小，那么快速地更换受影响零件是很关键的。
从加拿大专利申请CA2436924A1所代表的现有技术中，可知一种带有一体 填料箱的泵头驱动器，其中，使用附连到井管道顶端处的联接突缘上的静止的 内管，填料箱移动到旋转驱动器顶上的位置。该文件还揭示了具有旋转内管和 填料箱的修改型式，填料箱具有放置在驱动器下面的旋转密封件和放置在管和 泵输入轴之间的位于驱动器和旋转管轴承上方的静止密封件。此外，加压的润 滑油供应到旋转密封件的填料以抵抗井压力和保持填料得到润滑。对于所提供 的具有静止内管或具有旋转管的两种型式来说，轴承和填料旋转密封件的该种
结构工作都相当不便，因为轴承和旋转轴驱动器先要拆下，然后是旋转密封件 的填密，这是劳动强度大和费时的工作程序。
如在国际专利申请WO 2004/092539 Al中所述，现有技术还提供一种带有
一体填料箱的泵头驱动，其中，填料箱移动到具有至少两个不同的直径并与同 轴的轴一起转动的管。管的小的外径承载转动密封件，以相对于填料箱的本体 密封所述管；静止的密封设置在管与轴的联接处。提供固定环可允许静止和转 动密封件连同管和带有填料箱内的密封件的相关零件一起取下。该文件还描述 了一种填料设计，由此，压力下的油在离井的相对侧上供应到填料箱内，以润 滑填料和防止平衡的背压强制井中原油在填料和转动管之间上升。来自井压的
推力通过填料箱密封件和中间构件传递到接纳在管直径过渡部分内的推力轴 承。在使用中，以及在组装阶段中，推力轴承常因填料箱内毗邻零件的组合公 差造成损坏，该公差值变化而难于设定和控制。尽管该结构使填料箱内的构件 更换更加容易，但轴承的寿命很少与填料箱填料的寿命相匹配。
为了使填料性能最佳，可施加油的背压，除非为了驱动泵正在使用液压驱 动器，否则它包括提供一位于头内或靠近井的液压回路。
利用该设计，旋转密封件的填料更容易取下，但由于旋转密封部件大的尺 寸差使得安装和调整更加困难，S卩，填料和相关的环不能不变地产生相同的累 积公差或一致的公差系。环和填料的组合公差不能确定地加以控制，由于大量 部件，公差的变化范围大。在操作中，公差系不能始终保持在具有任何精度的 许用范围内。
最后，如美国专利No.5244183所代表的现有技术提供一种填料箱，其中， 借助于液体润滑剂注射器和一缓冲罐来达到有效的密封，该缓冲罐可有效地相 对于填料箱所连接的加压环境来保持填料下游的背压。缓冲罐用来将润滑剂供 应到填料，如果润滑剂泄漏而及时通过填料，则在高压下，转移来自加压环境 的液体渗透通过填料并使紧密密封实效受损的可能性。只要储存在缓冲罐内的 润滑剂量需要加满，总可通过人工进行手工干预来补充润滑剂。因此，该润滑 剂供应结构需要人员的参与，以便根据缓冲罐载荷计定期地检查是否保持润滑 剂的液位。
上述现有技术易于作相当的改进，以便提供可联接到带有泵驱动的头上的 填料箱，能够更有効、可靠地在较短时间内实施维护保养操作；此外，在向下 钻进的情况下要求检査而作检验。包括填料的旋转密封件，因为合适的特性应
该更加分散。
发明内容
因此，待解决的技术问题的方案是提供一种填料箱，其可联接到油井的泵 驱动头，以及结合包括任何类型的液压、皮带或齿轮驱动的现有驱动头来使用， 所述填料箱容易地拆卸，确保部件有不变的有效和安全的定位，并面对零部件 内公差系列的影响能使整个操作很顺畅。另一目的是提供一种单独的填料箱， 其意义在于，即使由电机来提供驱动并在驱动器内或其附近存在有液体润滑剂 /压力油的情况下，运行填料箱也可最佳地适合于填料要求，由此，使人工照料 对填料供应液体润滑剂变得不必要。
本发明通过提供一适于联接到包括旋转泵驱动器的油井头的填料箱来解决 上述的技术问题，所述填料箱包括具有联接到井泵驱动轴上的静止密封件的 旋转管以及直径大致过渡的部分，管的下部的外径适于用来接纳填料箱的零部 件，从而其外径可小于所述直径过渡部分之前的管的外径；加压油的供源，用 来在填料的涉及到井的内压的相对端处润滑旋转密封件填料；管可转动地被承 载在外壳上以使管的下部延伸到填料箱的腹板内；其特征在于填料箱包括位 于管底端处地轴向阻挡环、用于第一填料的固定环，其后是安装在外套内的弹 簧，外套用来将弹簧抵靠在第一填料和第二填料上；调整环，其通过至少一个 螺钉推压在第二填料上，所述螺钉具有锥形端，该锥形端被接纳在形成在调整 环内的至少一个匹配锥形座内。
通过提供一优选的实施例，调整环通过至少两个或更多个螺钉推压在填料 上，所述螺钉具有位于形成在调整环内的对应锥形座内的锥形端。
通过提供另一优选的实施例，用于润滑填料的加压油供应到填料箱的第一 和第二填料之间的区域。
通过采纳另一优选的实施例，至少一个研磨圈设置在调整环和管的直径过 渡部分之间。
通过采纳另一优选的实施例，带有凸轮的至少一个间隔环设置在调整环和 管的直径过渡部分之间，以作用在连接到加压润滑油馈送泵上的径向往复杆。
通过提供另一实施例，所述加压润滑馈送泵包括活塞，该活塞通过所述杆 在缸套筒内作往复运动，具有一插入的高的线性加载系数的第一压縮弹簧，并 在活塞另一端具有一第二抽吸压缩弹簧，该第二抽吸压縮弹簧布置成沿着其返 回行程推压活塞；第二弹簧具有比第一弹簧低得多的线性加载系数。
通过提供另一优选的实施例，所述活塞具有至少一个杆头，其布置成防止 所述第二弹簧在活塞和缸头之间变得完全被压縮。
通过提供另一优选的实施例，所述活塞具有至少一个杆头，其布置成防止 所述第一弹簧在活塞和所述往复杆之间变得完全被压縮。
通过提供另一优选的实施例，往复杆形成有一杆头，其布置成防止所述第 一弹簧在活塞和所述杆之间变得完全被压縮。
通过提供另一优选的实施例，往复活塞泵的本体可移去地连接到缸套筒上。
最后，通过提供一优选的实施例，加压润滑油馈送泵具有往复杆和第一弹 簧，第一弹簧被接纳在直接形成在填料箱腹板内的座内。
借助于五个附图中的实例来说明本发明的一实施例，其中
图1是根据本发明的改进的填料箱的纵向截面图，示出该填料箱的总体设 计，其具有在外部产生的压力下润滑的填料以及管子的旋转轴承；
图2是类似于上图的根据本发明的改进的填料箱的纵向截面图，示出在借 助于直接连接到填料箱的可变传输泵产生的油压下润滑的填料，以及液压回路 可能最简单形式的示意图3是如上图所示的单独的填料箱的放大截面图4是如图2所示的单独的可变传输泵的截面图5是根据本发明的改进的填料箱的纵向截面图，安装在带有与图2相同 的一体齿轮驱动和压力油润滑的填料的井泵，以及液压回路可能最简单形式的 示意图。
具体实施例方式
图1所示是旋转轴1，其旋转地驱动带有渐进螺旋形内腔的正向位移泵(未
示出)，并连接到旋转管2，旋转管包括静止的密封件3，密封件以常规方式联 接到所述轴上，这里不作进一步描述。管2分裂为两个半部，即接纳静止密 封件3的连接到轴1的上部4，以及包括直径过渡部分6和下管部分的下部5， 所述下管部分的外径足以封闭填料箱7的零部件，这样，它们可显示出比所述 直径过渡部分6的管子头部小的外径。管子2通过滚动轴承8被外壳9承载， 以使所述下部5延伸到填料箱7的腹板10内。腹板10和外壳9用螺钉紧固件 11固定在一起。填料箱从底端12开始包括轴向阻挡环13、用于第一填料15 的固定环14，以及接纳在外套17内以弹力邻接抵靠在所述第一填料15和第二 填料18上的弹簧16。调整环19借助于螺钉20推压在所述第二填料18上，所 述螺钉20具有锥形端21并被驱入腹板10内或驱出腹板10外。在组装阶段中， 螺钉21从调整环19的锥形座22中取出，弹簧16固定住第二填料和压靠在所 述直径过渡部分6上的调整环、研磨圈23以及间隔件或凸轮25。间隔环或凸 轮(若设置的话)可通过舌状物26转动地被管子拖带。填料箱组件保持在所述调 整环19和接纳填料的腹板10的内表面上的棘爪24之间。腹板10形成有位于 第一和第二填料上游的液压连通孔27。位于第二填料上游的孔27具有用于第 一和第二填料的与孔液压地连接的润滑油供应管线P，该管线P包括止回阀28, 在供应回路M内的压力低于填料箱7内压力的情况下，止回阀28可阻止油回 流。孔可用可拆卸的帽30塞住29或盖住。
结合图1所描述如图2所示的另一实施例如，但另外还包括往复活塞泵31， 该泵连接到止回阀28上游处的单个的传输/抽吸吸导管M。另一止回阀32布 置成使传输/抽吸导管M与连接到润滑油0的油箱33的抽吸管A隔绝。通 过杆34接触所述环形凸轮25来运行传输泵32。因此，在轴l每转一圈中，以 及因此通过管2的下部5形成的管2的转动一圈，杆34位移而使泵31运转。 该杆联接到泵体35，与其保持合适的轴向可滑动关系，泵体35被接纳在填料 箱7的腹板10内并与所述环形凸轮25对齐。所述杆通过压缩弹簧37轴向地 作用在活塞36上，当来自于支路M内的传输压力的力和来自于抽吸弹簧38 的压縮力的组合力小于来自于压縮弹簧37的压縮力时，压縮弹簧移动所述活
塞。由于供应支路M内的背压变化，其改变由弹簧37和38施加的压縮的反 作用力，所以，泵31—定作为可变位移泵进行运行，当回路的压力支路P内 压力降低时，该泵有利地相应增加其位移， 一直达到其行程长度/直径设计所 允许的最大位移值。相反，当回路的压力支路P内压力增加时， 一旦回路支路 P达到其最高压力设定值，其位移就相应地减小而下降到零。
图2还示出套筒39，活塞39在其中滑动，该套筒被接纳在封闭外套40内， 外套用常规方式连接到传输/抽吸支管M。
为了完成泵31的描述，图4示出位于所述杆34上的杆头41，该杆头41 与所述活塞36上的第一杆头42联合，有效地防止压縮弹簧37变得完全被压 縮。同样地，所述活塞上的第二杆头43防止抽吸弹簧38被挤压抵靠在关闭套 筒39的圆柱头44上。还设置通过套筒39的径向端口 45，以便通过外套40 内的连通孔46连接到液压回路。所述径向端口 45各侧上的密封环47和活塞 36上的密封环48可按习惯设置。
图5示出直接安装在轴1的旋转驱动器上的填料箱7，驱动器使用常规齿轮 50，传动方式这里不作进一步描述。在填料箱连接驱动器的情形中， 一实施例 提供待联接的旋转管子2的上部，以便可取下填料箱密封件而无需如公开的国 际专利申请W02004 /092539 Al充分描述的那样拆卸驱动器。因此，为了进 行维护保养而拆卸填料箱并不包括首先如通过释放螺钉52来拆卸驱动器与泵 轴1的连接。所有其它所示的细节类似于前些附图中所示的内容。
通过相继地将填料箱7的零部件配装到管子2的较小外径上，或如果有利 地设置在两部分上的话，则将填料箱7的零部件配装到上部4和下部5上，由 此来组装所示填料箱。首先要配装的环是间隔件或凸轮25和研磨圈23;然后 接着是调整环19和带有两个外套17和弹簧16的第二填料18。接下来，插入 第一填料15和带有位于转动管的底端12上的外阻挡环13的固定环。这样放 置在一起的组件用所述轴向阻挡环13固定到转动管上，并通过弹簧16偏置到 所述直径过渡部分6。转动管安装在对应转动轴承8内，并连同外壳9 一起可 安装在填料箱7上，并固定到腹板10。最后，向下拧螺钉20使其锥形端21 与调整环19内的锥形座22配合；因此紧紧地固定这些零件抵靠在填料外壳内
的棘爪24上。由用于螺钉20的孔以及填料箱的腹板10内的所述棘爪24的位 置来设定以上零件的位置。
维护保养的拆卸程序类似于组装程序，并从如下的能力中获益不会错误 地定义抵靠环19的位置，且与插在它和所述转动管2内的直径过渡部分6之 间的环或填料无关。
如图2、 4和5所示的可变位移活塞泵31的操作如下。活塞36通过凸轮25 作用在其上的杆34移动。当支路M内的传输压力远低于弹簧37和38之间的 压縮力之差时，活塞36行程是正的并且由凸轮提升所确定。有利地是，抽吸 弹簧38具有相当低的弹簧系数K38，由此，弹簧可容易屈服，但还足以从油 箱33中抽取油0通过止回阀32。在抽吸阶段中，回路的支路P内施加的压力 使止回阀28关闭。相反，如果压縮弹簧37的弹簧系数K37远高于前述系数， 则在低的提供压力下，提供了几乎刚性的只有推力的杆34与活塞36的连接。 因此，泵在最大位移下运行，而且提供速率正比于输入到轴1的转数(凸轮25 的提升)。当填料箱7被填充时，支路P内的压力增加，并阻止活塞36的运动。 如在活塞面积上计算的传输压力产生一个力，当加到弹簧38的反作用力上时， 该力对抗活塞的泵送运动，并由于压縮弹簧37的弹性，往复运动还通过凸轮 25施加到杆34上。
当供应支路M和P内的压力在止回阀28打开之后上升时，如果填料箱的 内压低于供应压力，则油保持被泵送到填料箱内。
泵送到第一填料15和第二填料18之间区域内的油对填料箱加压，由此， 对填料提供可能的最佳运行条件，并防止不干净的原油渗透通过第一填料15。
泵31可设计成具有合适的行程长度/直径尺寸，或弹簧37和38的合适压 縮系数K37和K38，以设定限定值下的填料箱内的压力。支路P内上升的压力 致使对活塞运动的液压阻力增加，以至在某一点处行程变为零，且泵31停止 泵送油。当传输支路内的压力增加时，压縮弹簧37开始屈服，在标定的压力 水平下，弹簧完全屈服，于是，杆34的运动在凸轮25的作用下不再转移到活 塞36，即，泵进入无位移的状态。
在其后时间内，当填料箱内的压力下降时，通常是因泄漏通过填料15的缘
故，泵31可再次增加其位移，因为传输支路M内的压力较低，允许弹簧37 移动活塞36，然而只是稍微地移动，且由活塞产生的压力关闭止回阀32并打 开止回阀28，由此，允许更多油流过使填料箱7恢复到其要求的压力。
如上所述的融入到填料箱的泵31的操作，使得油井有长得多的检査和/或 维护保养间隔时间，当利用来自于作用在从井中流出的原油上的润滑油的背压 进行操作时，还可延长填料的寿命。
本发明的优点如下不管个别零件的制造公差如何，填料箱的零部件都可 容易地安装在转动管上；借助于调整环19和带有进入到环内锥形座22内的锥 形头21的螺钉20进行调整，使得填料箱的零部件可无误地并独立于所述转动 管上的直径过渡部分6的位置进行定位。此外，加压的润滑油从被驱动的泵中 供应到填料，使填料的性能最佳，所述泵直接远离带有渐进的油井螺旋形内腔 的正位移旋转泵的驱动轴，以无关的方式将加压油供应到所需地点，不需复杂 和昂贵的油加压回路。最后，往复可变位移泵和在压力下供应油的简单液压回 路，在制造和维护保养上是相当简单和便宜的，允许在油井检查和/或检验之 间有长得多的间隔。
在本发明的实践中，尺寸和结构上的细节可以不同于以上所指定的，但技 术上是等价的，且不脱离本发明的法律范畴。因此，尽管方便性欠缺些，但平 的环间隔件可以代替间隔环或凸轮25，其中，填料箱不再需要所包括的泵。
权利要求
1.一种适于联接到包括旋转泵驱动器(50)的油井头的改进的填料箱(7)，所述填料箱包括具有联接到井泵驱动轴(1)上的静止密封件(3)的旋转管(2)；直径大致过渡的部分(6)，所述管的下部(5)外径适合用来接纳所述填料箱的零部件，从而其外径能小于所述直径过渡部分(6)之前的所述管的外径(4)；加压油的供源(P)，用来在旋转密封件填料(15)的与井内压的相对端处润滑旋转密封件填料(15)；管可转动地(8)承载在外壳(9)上以使管的下部能延伸到所述填料箱(7)的腹板(10)内；其特征在于，所述填料箱包括位于所述管底端(12)处的轴向阻挡环(13)、用于第一填料(15)的固定环(14)，接着是安装在外套(17)内的弹簧(16)，所述外套用来将弹簧抵靠在第一填料(15)和第二填料(18)上；调整环(19)，所述调整环通过至少一个螺钉(20)而保持抵靠在所述第二填料(18)上，所述螺钉具有锥形端(21)，所述锥形端接纳在调整环内形成的至少一个匹配锥形座(22)内。
2. 如权利要求1所述的改进的填料箱，其特征在于，用于润滑填料(15、 18)的加压油(P)供应到填料箱(7)的第一填料(15)和第二填料(18)之 间的区域。
3. 如权利要求1或2所述的改进的填料箱，其特征在于，至少一个研磨圈 (23)设置在所述调整环(19)和所述管(2)的直径过渡部分(6)之间。
4. 如权利要求1或2所述的改进的填料箱，其特征在于，所述调整环(19) 通过至少两个或更多个螺钉(20)抵靠在填料上，所述螺钉具有位于形成在所 述调整环内的对应锥形座(22)内的锥形端(21)。
5. 如权利要求l、 2或4中任何一项所述的改进的填料箱，其特征在于，带 有凸轮(25)的至少一个间隔环设置在所述调整环(19)和所述管的所述直径 过渡部分(6)之间，以作用在连接到加压润滑油(P)馈送泵(31)上的径向 往复杆(34)。
6. 如权利要求5所述的改进的填料箱，其特征在于，所述加压润滑油馈送泵(31)包括活塞(36)，所述活塞通过所述杆(34)在缸套筒(39)内作往 复运动，所述活塞(36)具有插入的高的线性加载系数(K37)的第一压縮 弹簧(37)，并在所述活塞(36)另一端具有第二抽吸压缩弹簧(38)，所述 第二抽吸压縮弹簧布置成沿着其返回行程推压活塞；所述第二弹簧(38)具有 比第一弹簧系数(K37)远低得多的线性加载系数(K38)。
7. 如权利要求6所述的改进的填料箱，其特征在于，所述活塞(36)具有 至少一个杆头(43)，所述杆头布置成防止所述第二弹簧(38)在活塞和缸头(44)之间变得完全被压縮。
8. 如权利要求6所述的改进的填料箱，其特征在于，所述活塞(36)具有 至少一个杆头(42)，所述杆头布置成防止所述第一弹簧(37)在活塞和所述 往复杆(34)之间变得完全被压縮。
9. 如权利要求6所述的改进的填料箱，其特征在于，往复杆(34)形成有 杆头(41)，所述杆头(41)布置成防止所述第一弹簧(37)在所述活塞(36)和所述杆之间变得完全被压縮。
10. 如权利要求6所述的改进的填料箱，其特征在于，所述往复活塞泵(35) 的本体可移去地连接到缸套筒(39)上。
11. 如权利要求6所述的改进的填料箱，其特征在于，所述加压润滑油(P) 馈送泵(31)具有往复杆(34)和第一弹簧(37)，所述第一弹簧被接纳在一 直接形成在所述填料箱(7)的腹板(10)中的座内。
全文摘要
一种适于安装在包括一旋转泵驱动器(50)的油井头内的改进的填料箱(7)，其包括具有联接到井泵驱动轴(1)上的静止密封件(3)的旋转管(2)；直径大致过渡的部分(6)，管的下部(5)的外径适于用来接纳填料箱的零部件，以使其外径可小于所述直径过渡部分(6)之前的管的外径(4)；加压油的供源(P)，用来在填料的井内压的相对端处润滑旋转密封件填料(15)；管可转动地(8)安装在外壳(9)上以使管的下部可延伸到填料箱(7)的腹板(10)内；其中，填料箱包括位于管底端(12)处的轴向阻挡环(13)、用于第一填料(15)的固定环(14)，其后是安装在外套(17)内的弹簧(16)，外套用来将弹簧抵靠在第一填料(15)和第二填料(18)上；调整环(19)，其通过至少一个螺钉(20)而保持抵靠在所述第二填料(18)上，所述螺钉具有一锥形端(21)，该锥形端被接纳在形成在调整环内的至少一个匹配锥形座(22)内。
文档编号E21B33/08GK101341311SQ200580052327
公开日2009年1月7日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者M·佩科拉利, P·佩科拉利 申请人:Sai液压股份有限公司