专利名称：油井杆柱减磨减振自动旋转器的制作方法
技术领域：
本发明属于石油采集设备技术领域，涉及石油采集有杆泵抽采油工艺中防偏磨技术，尤其涉及一种油井杆柱减磨减振自动旋转器。
背景技术：
抽油机是现在油田采油工艺中通常使用的一种采油设备，该机在使用中下接的油井杆柱要伸入到地下2～5千米的油层油井中，并不断在油井内上下抽动，以抽出地下的石油。而伸入地下2～5千米的油井在钻井过程中都不同程度的存在弯曲问题，特别是斜井、水平井在钻井时都是人为的制造斜度。那么在它抽动过程中油井杆柱就不可避免与弯曲的油井内壁产生摩擦，形成偏磨。这种偏磨使油井杆柱的使用寿命大大降低，为减缓这种磨损，目前采用的方法是在油井杆柱上加装不同类型的扶正器，以达到保护油井杆柱的目的，然而油井杆柱偏磨还是没有得到较好解决。又采取人为转动油井杆柱的办法，首先要关闭抽油机，再用管钳扭动油井杆柱，使油井杆柱转动一个角度改变偏磨位置，以减少某一位置的偏磨，从而增加油井杆柱的使用寿命，但上述的方法有以下难以克服的缺陷1)易引发人身伤害，安全性差，因人工转动油井杆柱时，相对速度快，如稍有不慎，转动角度过大，因油井杆柱长达2～5千米，又在静止状态下，油井杆柱各处不能随之转动相同的角度，从而使油井杆柱内产生的内应扭矩力，短时间难以消失，一旦有释放的机会就会造成人身伤害的事故；2)因弯曲的油井杆柱长达2～5千米，底部还有抽油泵，用工具转动油井杆柱，困难大，角度大了会扭伤杆柱，造成断杆，或相邻油杆的螺纹连接松动甚至脱落，引发机械故障，损伤油井杆柱；3)频繁关停抽油机，浪费能源，减少产油量，影响生产效益；4)劳动强度大，操作困难且所形成的磨损均衡的效果并不好。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种利用抽油机驴头上下冲程所具有的动力，使油井杆柱匀速缓慢转动的一种油井杆柱减磨减振自动旋转器，它通过以下技术方案来实施由毛辫子吊装在抽油机的驴头上，且穿接油井杆柱，包括壳体、减速器、弹簧、活塞、方卡托和单向啮合器，方卡托连接在减速器的输出端，并与该输出端共转动轴线，方卡托的上端支承在与油井杆柱连接的方卡子下侧，单向啮合器安装在减速器的输入端，并与该输入端共转动轴线，活塞连接在减速器箱体的下侧，并插接在壳体内的滑槽中，滑槽中置有压簧，该压簧自由端触接活塞的前端，毛辫子一端连接壳体一端连接所述驴头。
所述减速器是蜗轮蜗杆减速器，方卡托安装在蜗轮上，并延伸到减速器箱体的外侧与所述方卡子连接，在其与减速器箱体的交接处由密封圈进行密封连接，方卡托与蜗轮共轴线转动，所述方卡子置放在方卡托上，单向啮合器安装在蜗杆上与其共轴线转动。
所述蜗轮由一向心轴承和一推力轴承安装在中心轴上，该中心轴固定在减速器的箱体上，其下端延伸到箱体外并穿接活塞至壳体下侧的中心孔中，减速器箱体、中心轴和活塞由连接件将其连接成一体，所述油井杆柱至上而下穿过中心轴。
所述蜗杆的两端分别安装有单向啮合器。
所述单向啮合器由单向轴芯、顶柱、弹簧、滚柱、滚珠、压盖和摆杆组成，单向轴芯安装在蜗杆上，摆杆的一端设有轴套，轴套套接在单向轴芯的外侧，并在一端侧加盖压盖，单向轴芯的周向上均布有数个齿槽，每一齿槽由径向面和切向面组成，在径向面上设有孔，孔内置有弹簧和顶柱，弹簧的自由端连接顶柱，并使顶柱压触在轴套的内壁上，顶柱可在孔内滑动，单向轴芯的两端面上分别设有圆环槽，槽内置有滚珠。
所述摆杆杆部上设有导向槽，壳体的对应位置处设有的导向轮，摆杆杆部朝下通过导向轮与导向槽相对运动活动连接壳体，在减速器相对壳体向上或向下移动时，摆杆相对导向轮上、下滑动并同时绕蜗杆中心转动，带动蜗杆及安装在其上的单向轴芯转动。
所述摆杆杆部的一端与导杆连接，导杆的一端连接与之垂直的推杆，推杆的前端铰接滚轮，减速器箱体上安装有限位板，限位板上固定一扭簧，摆杆杆部朝上与扭簧自由端连接，驴头向上摆动推动滚轮使推杆带动导杆运动，导杆带动摆杆转动，驴头不作用在滚轮上时，扭簧带动摆杆回位转动，摆杆转动带动蜗杆及安装在其上的单向轴芯转动。
所述压簧是碟形弹簧。
本发明的有意效果是1)本发明能使油井杆柱在油井内缓慢转动，将其在抽采石油时因斜井、水平井，油井自然弯曲形成的偏磨均衡到整个油井杆柱的圆周方向，有效减缓油井杆柱某一部位的磨损量，大大提高油井杆柱的使用寿命，降低油井杆柱报废率，延长检泵周期，减少了维护性作业井次，从而降低了综合采油成本，提高油井产液量和原油产量；2)油井杆柱长达数千米，承受载荷时从上端传递到最下端需要一定时间，使下端运动不能及时得到响应，因此产生弯曲或扭曲变形，这种变形所形成的应力往往会作用在两相邻油井杆柱螺纹连接处，使两相邻油井杆柱的螺纹连接渐渐松开甚至相互脱落，本发明的旋转器在油井内顺时针缓慢转动正好不断旋紧两相邻油井杆柱的螺纹连接，从而可抵消上述的螺纹连接处的松动，可有效防止油井杆柱的脱落，使抽油机工作更安全可靠；3)在本发明的壳体内放置的弹簧，一方面可将抽油机驴头上下冲程载荷突变所形成的能量转化为油井杆柱缓慢转动的动力，另一方面起到减震作用，可抵消或减缓载荷突变所产生的冲击力对抽油机和油井杆柱的损伤，避免抽油机的机械故障，；4)油井杆柱缓慢旋转一方面可避免人为扳动油井杆柱角度过大扭伤杆柱，造成断杆，一方面可有效避免砂卡，使油井杆柱下接的抽油泵在安全可靠的环境下工作。5)油井杆柱在油井内旋转，配合扶正器可以起到刮腊的作用。
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是图1所示实施例上冲程时左视结构示意图。
图3是图1所示实施例下冲程时左视结构示意图。
图4是单向啮合器的结构示意图。
图5是图4所示单向啮合器的俯视图。
图6是本发明另一实施例的结构示意图。
图7是图6所示实施例上冲程时左视结构示意图。
图8是图6所示实施例下冲程时左视结构示意图。
图中，1旋转器壳体，2毛辫子，3油井杆柱，4方卡子，5方卡托，6碟形弹簧，7活塞，8减速器，9单向啮合器，10摆杆，11蜗杆，12蜗轮，13螺母，14向心球轴承，15推力轴承，16导向槽，17限位板，18扭簧，19滑槽孔，20减速器箱体，21中心轴，22、24密封圈，23通孔，25台阶，26导向轮，27轴套，28单向轴芯，29滚柱，30弹簧，31顶柱，32导套，33导杆，34滚轮，35推杆，36驴头，37滚珠，38齿槽，39压盖，40径向面，41切向面，42孔，43圆环槽，44销轴，45扭簧销，46中心孔。
具体实施例方式
实施例1对照图1、图2、图3，本发明装置主要由旋转器壳体1、碟形弹簧6、活塞7、减速器8、单向啮合器9、方卡托5组成。两根毛辫子2分别连接壳体1，使本发明装置通过毛辫子2吊装在抽油机的驴头36上。油井杆柱3卡接方卡子4，方卡子4支承在方卡托5上。壳体1内设有圆柱形滑槽孔19，活塞7的前端滑接在该滑槽孔19中。滑槽孔19内的活塞7下装有碟形弹簧6，活塞7的后端连接在减速器箱体20的下面，两者通过螺栓连为一体，在油井杆柱3在重力和碟形弹簧6的弹力作用下，一起沿滑槽孔19上下移动。
减速器8是蜗轮蜗杆减速器，其输出端——蜗轮12与方卡托5通过螺栓连接，二者共轴线转动。方卡托5向上延伸到减速器箱体20的外面，在其与减速器箱体20的交接处由密封圈22进行密封连接，以保证减速器8内的润滑油不流淌出来。
蜗轮12通过向心球轴承14和推力轴承15安装在中心轴21上，中心轴21上设有台阶25，台阶25的下侧面抵靠在减速箱体20内侧下面，并由密封圈24进行密封。中心轴21伸出减速箱体20外插接在壳体1下侧的中心孔46中，活塞7置于减速箱体20的下侧并套接中心轴21的外周侧，螺栓穿过活塞7和减速箱体20旋接在中心轴的台阶25上，将三者连接为一体。中心轴21的中心设有通孔23，油井杆柱3穿过该通孔。由方卡子4卡放在方卡托5上。螺母13旋接在壳体1的上端，对活塞7起到轴向限位作用。
活塞7下端插接在壳体1上的滑槽孔19中，可沿滑槽孔19上下滑动，滑槽孔19内置有碟形弹簧6，每对碟形弹簧6沿轴向呈对称层叠放，最上层的碟形弹簧6触接活塞7的前端。
减速器8的输入端——蜗杆11，其对称两端分别安装有单向啮合器9，并与蜗杆11同轴转动。
对照图4、图5，单向啮合器9主要由轴套27、单向轴芯28、顶柱31、弹簧30、滚柱29、滚珠37、压盖39和摆杆10组成，单向轴芯28安装在蜗杆11上，摆杆10的一端设有轴套27，轴套27套接在单向轴芯28上，单向轴芯28的周向上均布有数个齿槽38，每一齿槽由径向面40和切向面41组成，在径向面40上设有孔42，孔内置有弹簧30和顶柱31，弹簧30的自由端连接顶柱31，并使顶柱31压触在轴套27的内壁上，顶柱31可在孔42内滑动。为了尽量减少单向啮合器9啮合转动时的运动阻力，在单向轴芯28的两端面上分别设圆环槽43，槽内置有滚珠37，并在轴套27的一侧加盖压盖39。当轴套27逆时针转动时，滚柱29通过顶柱31压向弹簧30，使滚柱29朝齿槽38渐宽方向移动，轴套27可相对单向轴芯28转动，反之，当轴套27顺时针方向转动时使滚柱29向齿槽38的渐窄方向移动时，轴套27通过滚柱29带动单向轴芯28一起转动。
摆杆10可朝上或朝下，本实施例摆杆10朝下与壳体1连接。摆杆10上设有导向槽16，壳体1的对应处设有的导向轮26，导向轮26置于导向槽16中并可沿该槽滑动，因导向轮26与单向轴芯28的中心连线与垂直方向有一角度，当摆杆10上的导向槽16沿导向轮26滑动的同时，摆杆10以单向轴芯28的中心为摆动中心摆动，在顺时针摆动时带动单向轴芯28及蜗杆11转动，在逆时针摆动时，相对单向轴芯28转动。
当抽油机工，作驴头36上冲程时，油井杆柱3承受液柱重力，通过方卡子4作用在方卡托5上，再经蜗轮12、推力轴承15、中心轴21、减速箱体20由活塞7作用到碟形弹簧6上，使之受到压缩，活塞7沿滑槽孔19下移，与之连接的减速器8也随之下移，安装在减速器蜗杆两端的单向啮合器9在向下移动过程中，其中的摆杆10一方面通过其上导向槽16沿导向轮26滑动，一方面绕单向轴芯28中心转动，摆杆10在转动中带动与之啮合的单向啮合器9转动，因单向啮合器9安装在蜗杆11上，单向轴芯28的转动，使减速器8工作，其输出端蜗轮12随之转动，连接在蜗轮12上的方卡托5转动，则连接在方卡子4上的油井杆柱3也随之转动。因蜗轮蜗杆减速器的减速比一般都比较大，本实施例减速器8的减速比为1∶46，且抽油机的驴头36的冲程每分钟有6次。所以油井杆柱3的转动相当缓慢，5小时左右轴向转动一周。当抽油机驴头36由上冲程转为下冲程时，油井杆柱3因载荷突变，在一瞬间卸掉液柱载荷，作用在碟形弹簧6上的力消失，碟形弹簧6向上复位，推动活塞7上移使摆杆10运动，摆杆10在弹簧6的作用下复位，为下一冲程旋转作好准备。如此往复，达到了使油井杆柱3在油井内自动轴向缓慢转动的目的。
实施例2本实施例与上述实施例基本相同，仅是摆杆的杆部结构不同，摆杆的杆部朝上与减速器20连接，请参见图6、图7、图8。
摆杆的杆部一端通过导套32与导杆33连接，导杆33套接在导套32中，使摆杆与导杆的连接位置可调整，调整好后用螺钉将导套32固定在导杆33上。导杆的一端连接与之垂直的推杆35，推杆的前端铰接滚轮34。减速器箱体上侧连接限位板17，限位板17用于摆杆10转动时对其进行限位。扭簧18套接在限位板17的扭簧销45上，其一端固定在限位板17上，另一端连接在摆杆10上。驴头向上摆动推动滚轮使推杆带动导杆运动，导杆带动摆杆转动，驴头不作用在滚轮上时，扭簧带动摆杆回位转动，摆杆转动带动蜗杆及安装在其上的单向单向轴芯转动。
当抽油机上冲程时，驴头36向上摆动触动到滚轮34，向上推动滚轮34，使推杆35带动导杆33运动，摆杆10向右摆动。同上理，摆杆10的摆动使减速器8工作，其减速器8的输出端蜗轮12随之转动，进而带动油井杆柱3缓慢转动。当抽油机驴头36由上冲程转为下冲程时，驴头36向左，油井杆柱3向下运行，驴头36与摆杆10脱离。同时，摆杆10在扭簧18的作用下复位至限位板17的位置，为下一冲程旋转作好准备。如此往复使油井杆柱3旋转，一般5小时左右转动一周。
所以，在抽油机工作时，本发明能使油井杆柱在油井内作缓慢转动，油井杆柱的偏磨，可通过油井杆柱缓慢转动将这种偏磨均匀到油井杆柱的整个圆周面，使油井杆柱的使用寿命大大提高。同时，本发明的碟形弹簧能吸收或减缓作用在油井杆柱上的冲击荷载，减轻油井杆柱的振动。本发明的旋转器在带动油井杆柱顺时针缓慢转动时，可抵消因载荷传递响应不及时而形成的内应力对相邻两油井杆柱螺纹连接处形成的松动，有效防止油井杆柱的脱落，使抽油机工作更安全可靠。
权利要求
1.油井杆柱减磨减振自动旋转器，由毛辫子吊装在抽油机的驴头上，且穿接油井杆柱，其特征在于包括壳体、减速器、弹簧、活塞、方卡托和单向啮合器，方卡托连接在减速器的输出端，并与该输出端共转动轴线，方卡托的上端支承在与油井杆柱连接的方卡子下侧，单向啮合器安装在减速器的输入端，并与该输入端共转动轴线，活塞连接在减速器箱体的下侧，并插接在壳体内的滑槽中，滑槽中置有压簧，该压簧自由端触接活塞的前端，毛辫子一端连接壳体一端连接所述驴头。
2.根据权利要求1所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述减速器是蜗轮蜗杆减速器，方卡托安装在蜗轮上，并延伸到减速器箱体的外侧与所述方卡子连接，在其与减速器箱体的交接处由密封圈进行密封连接，方卡托与蜗轮共轴线转动，单向啮合器安装在蜗杆上与其共轴线转动。
3.根据权利要求2所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述蜗轮由一向心轴承和一推力轴承安装在中心轴上，该中心轴固定在减速器的箱体上，其下端延伸到箱体外并穿接活塞至壳体下侧的中心孔中，减速器箱体、中心轴和活塞由连接件将其连接成一体，所述油井杆柱至上而下穿过中心轴。
4.根据权利要求2所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述蜗杆的两端分别安装有单向啮合器。
5.根据权利要求4所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述单向啮合器由单向轴芯、顶柱、弹簧、滚柱、滚珠、压盖和摆杆组成，单向轴芯安装在蜗杆上，摆杆的一端设有轴套，轴套套接在单向轴芯的外侧，并在一端侧加盖压盖，单向轴芯的周向上均布有数个齿槽，每一齿槽由径向面和切向面组成，在径向面上设有孔，孔内置有弹簧和顶柱，弹簧的自由端连接顶柱，并使顶柱压触在轴套的内壁上，顶柱可在孔内滑动，单向轴芯的两端面上分别设有圆环槽，槽内置有滚珠。
6.根据权利要求5所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述摆杆杆部上设有导向槽，壳体的对应位置处设有的导向轮，摆杆杆部朝下通过导向轮与导向槽相对运动活动连接壳体，在减速器相对壳体向上或向下移动时，摆杆相对导向轮上、下滑动并同时绕蜗杆中心转动，带动蜗杆及安装在其上的单向轴芯转动。
7.根据权利要求5所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述摆杆杆部的一端与导杆连接，导杆的一端连接与之垂直的推杆，推杆的前端铰接滚轮，减速器箱体上安装有限位板，限位板上固定一扭簧，摆杆杆部朝上与扭簧自由端连接，驴头向上摆动推动滚轮使推杆带动导杆运动，导杆带动摆杆转动，驴头不作用在滚轮上时，扭簧带动摆杆回位转动，摆杆转动带动蜗杆及安装在其上的单向轴芯转动。
8.根据权利要求1所述的油井杆柱减磨减振自动旋转器，其特征在于所述压簧是碟形弹簧。
全文摘要
本发明涉及一种油井杆柱减磨减振自动旋转器。由毛辫子吊装在抽油机的驴头上，且穿接油井杆柱，它包括壳体、减速器、弹簧、活塞、方卡托和单向啮合器，方卡托连接在减速器的输出端，并与该输出端共转动轴线，方卡托的上端支承在与油井杆柱连接的方卡子下侧，单向啮合器安装在减速器的输入端，并与该输入端共转动轴线，活塞连接在减速器箱体的下侧，并插接在壳体内的滑槽中，滑槽中置有弹簧，该弹簧自由端触接活塞的前端，毛辫子一端连接壳体一端连接所述驴头。其优点是将偏磨均衡到整个油井杆柱圆周方向，提高其使用寿命，降低综合采油成本并提高原油产量；可有效防止油井杆柱的脱落、断杆和砂卡，减缓冲击和震动，使油井杆柱工作更安全可靠。
文档编号E21B17/10GK101050694SQ20071002239
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者程佑富 申请人:程佑富