专利名称：串联式气动抽油机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及采油机械范畴，特别是一种整机浸没在井筒内原油中运转，动力源是压强≥1.176MPa，排气量≥1m3／min的压缩空气，驱动在井筒内串联组接的泄油阀、进出油阀、工作缸、动力缸、气包、换向阀、支撑器等中的有关部件协同动作，即可代替现有的有杆或无杆采油机械，用于石油开采的串联式气动抽油机。
目前，石油工业中最常用的采油装置，是游梁式抽油机——抽油泵组合。这种组合虽然因为能连续运转、强度高、使用寿命长等性能而被普遍用于石油生产中。
但是，公认有不少缺陷，例如1.其结构复杂，机械传动多，机械故障多；它由游梁——连杆——曲柄机构、减速装置、动力设备和辅助设备等四大部分；底座、马达、变速箱、皮带轮、输入轴、中间轴、轴出轴、曲柄、连杆轴、支架、平衡块、横梁、平衡板、游梁、驴头、悬绳器等数十件部件构成。
2.自身重量大，小的数吨，大的数十吨，耗用钢材多；3.能耗大，使用功率平均约为85kw／h；4.有效功率低，约为设计能力的70％；
5.安装要求复杂，要打基础、组合数量繁多的零部件、驴头——井口——抽油杆——抽油泵轴的同心度要求高，否则，或松动、或噪音大、或磨损大……。
本实用新型的发明目的，就是要克服现有技术的缺陷，对常用采油机械中的有杆或无杆抽油机进行改进，设计制造一种没有游梁、驴头、支架和平衡块等的，改进式抽油装置。达到结构简单、安装方便、主机没有机械转动只有往复运动、自身重量轻、能耗低、效率高的目的。
本实用新型的目的是如此实施的设计制造一种由泄油阀，进、出油阀，过滤砂芯，工作缸，动力缸，缸体接头，气包，换向阀，支撑器和气体导管等构成的串联式气动抽油机，其特征是1.由空压机(A)提供压强≥1.176MPa，排气量≥1m3／min的压缩空气作动力源，2.串联式气动抽油机的主机，是由在井筒(B)内串联的泄油阀(1)、进、出油阀(2)、过滤砂芯(3)、工作缸(4)、动力缸(5)、上气包(6)、换向阀(7)、下气包(8)、缸体接头(9)支撑器(10)、气体导管等组接而成。
3.整机浸没在井筒(B)的油面以下运行。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的泄油阀(1)，是机加工的异形件，其构造分为两侧，一侧是管箍式结构(11)，另一侧由上而下依次是内丝(12)、挡圈(13)、针形阀芯(14)、弹簧(15)和针形阀座(16)。有压强时，针形阀关闭，动力气源则沿通道(50)继续下行至上气包(6)，无压强时，靠弹簧(15)的力量，自动打开。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的进、出油阀(2)，是由出油阀限位器(17)、出油阀座(18)、进、出油阀体(19)、出油凡尔球(20)、进油凡尔球(21)和进油阀限位器(22)组接而成，出油阀限位器(17)是一异形大小头接管，一端是带外丝的短管，供与总出油管相接，另一端是外丝，供与出油阀座(18)一端的内丝相接，此端，环绕限位凸起(23)，钻有一圈油流通道孔(24)，出油阀座(18)是两端内径各异的短管，一端的内丝与(17)的限位凸起端(23)相接，另一端的外丝和(19)的内丝相接，此端管内加工有出油凡尔球(20)的座(25)，进、出油阀体(19)是油流通道，一端的内丝与出油阀座(18)的外丝相接，此端管内加工有进油阀限位器(22)的座(47)，近中部是进油凡尔球(21)的座(26)，另一端和工作缸(4)的上端相接，外侧的外丝供过滤砂芯(3)拧接，此端中间钻有若干通孔(27)，为运行中的油流通道。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的过滤砂芯(3)，是一节带孔的筒形管，其上端除中间有出油管孔(28)外，用钢板封住，筒身均匀遍布筛孔(29)，其下端与进油阀体上端两者用丝扣相接。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的动力缸(5)的结构是由气缸(30)、在中心的拉杆(32)及其上的活塞(31)和近端部每侧的进出气口(34)组成，工作缸(4)除无进出气口(34)外，其余相同。其材质分别为气缸、拉杆——45号钢，活塞——磷青铜，活塞环——聚四氟乙烯或球墨铸铁。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的上气包(6)和下气包(8)的结构相同，由气包体(33)、拉杆(34)和碰块(35)组成，其材质均为45号钢，气包体(33)是一两头带内丝的管，拉杆(34)由缸体接头(9)限位于居中，拉杆上连接着定位的有一个台阶的短圆柱体碰块(35)。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的换向阀(7)，是由一个换向阀体(36)、一对换向阀芯(37)和一对压兰(38)组成，换向阀体(36)，是一个圆柱体，其两头的外丝分别与上气包(6)、下气包(8)相接，在其中心两侧，各有一个换向阀芯座孔(C)，在外圆两侧有两个通向甲、乙换向阀芯的进气孔(48)，换向阀体的中心是拉杆通孔(39)，换向阀体(36)外侧，有两个出气孔(47)，分别与阀芯座孔(C)相通。
换向阀芯(24)，是一对尺寸略有差异的圆柱体，在适当位置，凸出有一鼓形阀芯(40)，其斜面是密封面(41)。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的缸体接头(9)，是一个腰部凸起的短接，两头带外丝，供与气缸端部的内丝相接，缸体接头的中部嵌镶有磷青铜套(42)，铜套的两个端面，是安装耐油密封圈处(43)，铜套的中心是拉杆通孔(39)。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的支撑器(10)，是一个U形圆筒，上口有内丝供与缸体接头连接，底端封闭，筒的直边处有≥三个的活塞式弹簧支撑柱(44)，整机运转时，由下气包来的压缩空气，将活塞式支撑柱(44)横向顶出，使整机稳固地支撑在井筒内，停止供气时，弹簧将活塞式支撑柱(44)缩回。
上述的串联式气动抽油机，其特征是所述的气体导管，分为供应压缩空气动力的气源管(45)和进、排气支管(46)两种，其中，气源管(45)直接进入上气包，进、排气支管(46)，则身兼气缸间进气和排气两种功能，当换向阀(7)中的阀芯(37)变换“常开”、“常闭”位置时，缸间进、排气支管(46)随之往复变换气体流向。
其工作原理是由压缩机提供稳定压强(如P＝1.176MPa)的压缩空气，压缩空气同时从气源管(45)，进入上气包(6)，再由换向阀体(36)的进气孔(38)分别进入“常闭”、“常开”的换向阀芯(37)的规定位置，首先由“常开”的换向阀芯(37)，通过出气孔(47)进入动力缸(5)，同时也带动工作缸(4)工作。
根据帕斯卡原理，加在密闭容器里的压强，可大小不变地向各个方向传递，活塞上承受的压强也为P，设每个活塞的有效截面积为S，则每个活塞受到压缩空气的作用力F＝PS，再设活塞的行程为L，则压缩空气对每个活塞作功W1＝FL＝PSL。根据功的迭加原理，作用在同一根轴上的N个活塞上的总功为W＝∑W1＝NPSL。即利用在密闭的管道中的压缩空气的能量，驱动本实用新型——串联式气动抽油机，再把油井中的原油举升至地面。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述
图1是本实用新型的整机位置示意图；图2是泄油阀的结构正视示意图；图3是泄油阀的结构俯视示意图；图4是进、出油阀的结构示意图；图5是过滤砂芯的结构示意图6是工作缸、动力缸的结构示意图；图7是缸体接头的结构示意图；图8是气包的结构示意图；图9是换向阀的结构示意图；
图10是支撑器的结构示意图。
图中，各标号的详细结构情况，已在前面述及。
本实用新型的安装和使用工作情况如下过滤砂芯(3)的上端，中间有出油管孔，其下端通过内丝与进、出油阀体(2)上端相接；进油阀体(2)的下端丝扣与工作气缸(4)连接并加垫密封；向工作气缸(4)中装进已经固定好的工作气缸活塞和其拉杆，工作气缸总成与另一套动力气缸总成之间，用缸体接头(3)连接；在按要求组接好N个动力气缸之后，最下面的一级动力缸体的下端，再和上气包连接，气包共两只，分别装在换向阀体的上、下，换向阀体下面的气包，再用缸体接头和最下端的支撑器连接；最后安装气源管(45)，然后再由换向阀体的出气口，分别与动力缸各级上、下进排气口接通，串联式气动抽油机即安装完毕。
换向阀的工作原理是，当压缩气体进入上气包时，通过换向阀体的进气孔分别进入甲、乙两阀芯的进气孔，由于结构的原因，造成当甲处于“常开”位置时，则乙必然处于“常闭”位置，反之亦然。若气体进入甲阀芯的进气孔，此时，压缩气体通过换向阀芯甲的出气体孔，沿导管同时进入各个工作缸活塞的某一端，将各该活塞向上或向下推进，若向上推进，当各个活塞行程即将到位时，装在上、下气包中的拉杆(此拉杆是通过上气包——又通过换向阀体———又进入下气包)上的碰块，则与换向阀芯体甲、乙的下端芯体接触(反之亦然)，此时，各级气缸还是进气状态，利用运动中的惯性，将甲、乙两个换向阀芯向上推移，状态变换，甲换向阀变为“常闭”状态，乙换向阀变为“常开”状态。如此，原来的进气管路变为排气管路，排出的乏气按原进气管路－→换向阀芯排气孔－→排到油液中去。换向阀体的甲、乙两个阀芯，是靠带动装有碰块的拉杆及其相应活塞的往复运动和惯性来推动的，若是活塞向下推进，工作缸就是吸油状态，即将井筒中的原油，吸进工作缸；若是活塞向上推进，工作缸就是排油状态，即将工作缸里的油，通过出油凡尔球，压进上油管路中去，一个冲程结束。
停止供气，即可停车。
再开车时，压缩空气首先进到上气包，重复上述过程，当各个动力缸的活塞下移时，由上碰块将阀芯推动下行，开始另一个吸油循环。如此，反复循环，一下一上，一吸一排，原油就连续被抽吸进上油管道－→井口－→“采油树”输出地面。
与现有技术的最常用的游梁式抽油机——抽油泵组合相比，本实用新型具有明显的优点1.结构简单，串联式气动抽油机主机，无机械转动，只有往复运动，泄漏点极少，空压缩机是定型产品，所以几乎没有机械故障；2.自身重量轻，每台700kg±，节约大量钢材；3.能耗省，使用功率平均约为15kw／h；4.有效功率高，约为设计能力的85％；5.安装要求简单，适应性强，不管土质松软、沼泽地、甚至水面，都可使用，需要时，不打基础也能开车。
具体对比举例如下游梁式抽油机泵的直径(mm)384356708393出油率(m3／日) 20 26 44.7 69.8 98 123串联式气动抽油机活塞直径(mm)888888需用气源(1.176MPa) 1m3／min 1.5m3／min 2m3／min出油率(m3／日) 117 179 239实际效率(m3／日) 99.45 122.2 203完全可以代替现有的有杆或无杆采油机械，用于石油开采。
实施例制造一台串联式气动抽油机空气压缩机匹配电机功率15kw／h，输出压强1.176MPA，送气量1m3／min；最好采用风冷式连续运转的。
串联式气动抽油机，采用动力缸6只，外径φ108mm，内径φ88mm，每只长750mm，材质是45号钢，配活塞，材质是磷青铜，活塞环材质是铸铁的。采用工作缸1只，外径φ108mm，内径φ88mm，每只长700mm，材质是45号钢，配活塞，材质是磷青铜，活塞环材质是铸铁、聚四氟乙烯或其它耐腐蚀的的。活塞往复次数24／min，气源管φ25mm以上的，进、排气支管φ25mm，气源管与空压机之间采用耐压软管相接，避免振动；出油管，φ2英寸，扬程2000m，日排油量99～203m3。
完全达到了本实用新型的预期发明目的。
权利要求1.一种属于采油机械范畴的，由泄油阀，进、出油阀，过滤砂芯，工作缸，动力缸，缸体接头，气包，换向阀，支撑器和气体导管等构成的串联式气动抽油机，其特征是1.1.由空压机(A)提供压强≥1.176MPa，排气量≥1m3/min的压缩空气作动力源，1.2.串联式气动抽油机的主机，是由在井筒(B)内串联的泄油阀(1)、进、出油阀(2)、过滤砂芯(3)、工作缸(4)、动力缸(5)、上气包(6)、换向阀(7)、下气包(8)、缸体接头(9)支撑器(10)、气体导管等组接而成，1.3.整机浸没在井筒(B)的油面以下运行。
2.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的泄油阀(1)，是机加工的异形件，其构造分为两侧，一侧是管箍式结构(11)，另一侧由上而下依次是内丝(12)、挡圈(13)、针形阀芯(14)、弹簧(15)和针形阀座(16)。
3.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的进、出油阀(2)，是由出油阀限位器(17)、出油阀座(18)、进、出油阀体(19)、出油凡尔球(20)、进油凡尔球(21)和进油阀限位器(22)组接而成，3.1.出油阀限位器(17)是一异形大小头接管，一端是带外丝的短管，供与总出油管相接，另一端是外丝，供与出油阀座(18)一端的内丝相接，此端，环绕限位凸起(23)，钻有一圈油流通道孔(24)，3.2.出油阀座(18)是两端内径各异的短管，一端的内丝与(17)的限位凸起端(23)相接，另一端的外丝和(19)的内丝相接，此端管内加工有出油凡尔球(20)的座(25)，3.3.进、出油阀体(19)是油流通道，一端的内丝与出油阀座(18)的外丝相接，此端管内加工有进油阀限位器(22)的座(47)，近中部是进油凡尔球(21)的座(26)，另一端和工作缸(4)的上端相接，外侧的外丝供过滤砂芯(3)拧接，此端中间钻有若干通孔(27)，为运行中的油流通道。
4.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的过滤砂芯(3)，是一节带孔的筒形管，其上端除中间有出油管孔(28)外，用钢板封住，筒身均匀遍布筛孔(29)，其下端与进油阀体上端两者用丝扣相接。
5.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的动力缸(5)的结构是由气缸(30)、在中心的拉杆(32)及其上的活塞(31)和近端部每侧的进出气口(34)组成，工作缸(4)除无进出气口(34)外，其余相同。
6.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的上气包(6)和下气包(8)的结构相同，由气包体(33)、拉杆(34)和碰块(35)组成，其材质均为45号钢，气包体(33)是一两头带内丝的管，拉杆(34)由缸体接头(9)限位于居中，拉杆上连接着定位的有一个台阶的短圆柱体碰块(35)。
7.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的换向阀(7)，是由一个换向阀体(36)、一对换向阀芯(37)和一对压兰(38)组成，7.1.换向阀体(36)，是一个圆柱体，其两头的外丝分别与上气包(6)、下气包(8)相接，在其中心两侧，各有一个换向阀芯座孔(C)，在外圆两侧有两个通向甲、乙换向阀芯的进气孔(48)，换向阀体的中心是拉杆通孔(39)，换向阀体(36)外侧，有两个出气孔(47)，分别与阀芯座孔(C)相通。7.2.换向阀芯(49)，是一对尺寸略有差异的圆柱体，在适当位置，凸出有一鼓形阀芯(40)，其斜面是密封面(41)。
8.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的缸体接头(9)，是一个腰部凸起的短接，两头带外丝，供与气缸端部的内丝相接，缸体接头的中部嵌镶有磷青铜套(42)，铜套的两个端面，是安装耐油密封圈处(43)，铜套的中心是拉杆通孔(39)。
9.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的支撑器(10)，是一个U形圆筒，上口有内丝供与缸体接头连接，底端封闭，筒的直边处有≥三个的活塞式弹簧支撑柱(44)，整机运转时，由下气包来的压缩空气，将活塞式支撑柱(44)横向顶出，使整机稳固地支撑在井筒内，停止供气时，弹簧将活塞式支撑柱(44)缩回。
10.按照权利要求1所述的串联式气动抽油机，其特征是所述的气体导管，分为供应压缩空气动力的气源管(45)和进、排气支管(46)两种，其中，气源管(45)直接进入上气包，进、排气支管(46)，则身兼气缸间进气和排气两种功能，当换向阀(7)中的阀芯(37)变换“常开”、“常闭”位置时，缸间进、排气支管(46)随之往复变换气体流向。
专利摘要串联式气动抽油机，整机浸没在油液中运转，动力源是压强≥1.176MPa，排气量≥1m
文档编号E21B43/00GK2109441SQ92211018
公开日1992年7月8日 申请日期1991年12月30日 优先权日1991年12月30日
发明者郑传云, 蔡绍强 申请人:郑传云