专利名称：一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜及其加工方法
技术领域：
本发明涉及一种用于柱塞抽油泵防止泵卡和提高泵效的隔膜及其加工方法，特别适用于机抽井抽油泵防细砂、中砂、粗砂、盐、蜡等卡泵的使用和维护。
背景技术：
出砂是指油气井开采过程中的砂粒随流体从油层运移出来的现象。油层出砂不可避免，油气井出砂是开采中遇到的重要问题之一。目前，国内大部分油田已经进入开发后期，含水率越来越高，出砂量随着含水饱和度的增大而增大，油层出砂越来越严重。油井出砂具有粒径分布范围较广的特性，有些井液中含有大量的粘土和细粉砂，油井出砂有粒径小于0. 05mm、甚至更细的细粉砂，还有粒径大于l_5mm的砾砂。数量较少的严重出砂井，一股需要进行砾石充填、绕丝筛管等防砂措施，由于目前各种防砂措施都有一定的局限性，尚不能完全解决油井出砂问题，井液中仍然还有细粉砂等。有杆泵在生产过程中，必然会有部分砂粒沉降到抽油泵上，使抽油泵磨损。细粉砂对柱塞和阀座有明显的磨痕，随着抽油泵工作，其泵筒内壁与柱塞外壁之间的磨损间隙增大，泵效越来越低，直到抽油泵失效。数量较多的油井出砂量不是很大，没有进行专门井下防砂工艺措施，都是采用防砂泵进行生产。各种防砂泵是通过改进抽油泵的结构，使抽油泵能够适应油井出砂，在油井出砂的情况下仍能够正常生产，减少因出砂而卡泵的防砂技术。防砂泵的种类较多，其防砂原理也各有差异。近几十年采油生产实践中，防砂抽油泵结构进行了各种改进，但普通防砂抽油泵存在两大技术难题一是泵筒内壁与柱塞外壁之间的缝隙仍然容易进入砂粒，导致柱塞被卡住，或者加速泵筒内壁和柱塞外壁之间的磨损，并导致杆管偏磨、漏失、断脱等事故，影响抽油泵使用寿命和油井正常生产；二是油井中普遍含有细砂，各种抽油泵在使用三个月左右，其泵筒内壁与柱塞外壁之间的磨损间隙增大，导致经过此间隙的回油量增大，降低了抽油泵泵效。目前，一股采用隔膜式防砂抽油泵解决细砂问题和常规防砂泵尚存的两大技术难题。而隔膜是隔膜式防卡抽油泵的重要组成部分，隔膜性能直接影响泵的运行和性能。实际应用中隔膜的寿命除受隔膜几何形状尺寸和隔膜材质的影响外，还受隔膜运动过程中力状态的影响。普通隔膜用在柱塞抽油泵中，工作环境复杂，井下空间狭小，隔膜整体外形长达5米，很容易折叠疲劳。此外，隔膜整体加工工艺复杂，直接加工成整膜十分困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术不足而提供一种能在复杂井下环境和狭小井下空间的抽油泵中正常工作、结构和加工工艺简单，使用性能好且使用寿命长的用于柱塞抽油泵的防卡隔膜及其加工方法。本发明所采用的技术方案为一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，主要包括隔膜总成、卡环，其特征是所述隔膜总成呈波纹管状，包括多个内侧外周面呈曲面变化的双层隔膜单元和相应数量的耐磨接环，各双层隔膜单元之间通过耐磨接环连接；所述隔膜总成的两端安设卡环。按上述方案，所述双层隔膜单元包括上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层，上、下环形氟塑材料弹性层均为中空圆盘形，上、下环形氟塑材料弹性层的小端部通过环形夹对称相联成一体。
所述耐磨接环包括环体外周的耐磨环和用于连接两双层隔膜单元的环形连接夹。所述隔膜总成由100-1000个双层隔膜单元和相应数量的耐磨接环上下连接叠加而成。所述耐磨接环的耐磨环端面设有2 8个用于拉线穿过的轴向细孔，耐磨环外周还设有2 8个用于液体流通的轴向通槽。2 8根拉线穿过各耐磨接环和卡环将隔膜总成串联成整体，各拉线长度相等且在泵筒内抽油杆扩张运动时能够使隔膜总成保持自然伸张状态而不受拉力。所述上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层的外侧为曲面、 锥面或平面；上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层均为橡胶和氟材料构成的复合隔膜，并用预热好的圆形膜片压制而成。所述耐磨接环的环形连接夹的内侧上下层间形成的环形夹缝的高度为0. 05mm Imm0所述隔膜总成的外径为27. Omm 95. 3mm,内径为13mm 75. 3mm。上述用于柱塞抽油泵的防卡隔膜的加工方法，其特征在于包括如下步骤(1)分别制作耐磨接环和双层隔膜单元，所述耐磨接环包括环形连接夹和耐磨环， 所述双层隔膜单元内侧外周面呈曲面变化、包括上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层，上、下环形氟塑材料弹性层均为中空圆盘形，上、下环形氟塑材料弹性层的小端部通过环形夹对称相联成一体；双层隔膜单元根据泵筒内径和抽油杆直径的尺寸制作；(2)将两个双层隔膜单元用一个耐磨接环粘接，再将剩余双层隔膜单元依次用耐磨接环粘接成一个整体的呈波纹管状的隔膜总成，将隔膜总成两端与卡环连接。按上述方案，用拉线将耐磨接环和卡环上下串连起来，各拉线长度相等且能使所述隔膜总成保持自然伸张状态而不呈受拉力；上述方法的步骤(1)中双层隔膜单元的所述上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层均为橡胶和氟材料构成的复合隔膜，并用预热好的圆形膜片压制而成。上述方法的隔膜总成由100 1000个双层隔膜单元和相应数量的耐磨接环连接而成。本发明的隔膜和方法的有益效果在于1、本隔膜在抽油泵工作过程中局部变形量较小，通过许多隔膜单元的小变形，最终实现隔膜总成的大变形；整体变形量大，能实现正常拉伸和收缩，适用于各种冲程常规抽油泵的防砂和提高泵效；2、各个隔膜单元回复弹性变形后，在继续拉伸运动中，拉线承受拉力，隔膜单元几乎不受拉力，且与泵筒壁面接触部位为耐磨环，隔膜寿命长；3、隔膜安装于抽油泵上，解决井液中细砂造成所有抽油泵包括防砂等特种泵的磨损、环隙增大、回油量增大、泵效降低的问题，显著提高泵效；4、隔膜安装于抽油泵上，两端封闭与泵筒和柱塞相联，用于泵筒和柱塞接触处抽油通道的隔离，解决防砂泵移动副暴露在含砂井液中，砂粒仍然会偶尔卡泵的问题，延长免修期；5、本隔膜为隔膜单元通过简单的模具压制而成，再将100至1000个隔膜单元通过耐磨接环连接而成隔膜总成，从而实现将结构复杂的隔膜分解成结构简单容易加工的隔膜单元 ，制作工艺和方法简单，成本低。
图1为本发明的一种防止泵卡和提高泵效的隔膜的结构示意图。图2为本发明的一种隔膜单元的剖视图。图3为本发明的一种隔膜单元的俯视图。图4为本发明的一种耐磨接环的剖视图。图5为本发明的一种耐磨接环的俯视图。图中1、隔膜总成；2、耐磨接环；3、拉线；4、卡环；5、隔膜单元；la、上环形氟塑材料弹性层；lb、下环形氟塑材料弹性层；lc、环形夹；2a、环形连接夹；2b、耐磨环；2c、轴向细孔；2d、轴向通槽。
具体实施例方式以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。实施例1 一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，是由隔膜总成(1)、耐磨接环(2)、拉线(3)、卡环⑷等组成，其特征是所述隔膜总成(1)由100至1000个内侧外周面呈曲面变化的双层隔膜单元(5)通过耐磨接环⑵组成，呈波纹管状延伸；所述隔膜总成(1)的外径为 27. Omm至95. 3mm,内径为13mm至75. 3mm ；所述双层隔膜单元(5)包括上环形氟塑材料弹性层(la)、下环形氟塑材料弹性层(Ib)和环形夹(Ic)，上、下环形氟塑材料弹性层均为中空圆盘形，上、下环形氟塑材料弹性层的小端部通过环形夹(Ic)对称相联成一体；所述耐磨接环(2)包括用于与泵筒壁面接触的耐磨环(2b)和用于连接各双层隔膜单元(5)的环形连接夹(2a)；所述拉线(3)与各个耐磨接环(2)和卡环(4)串连，所述拉线(3)有2至 8根，各拉线长度相等且能够使隔膜总成(1)保持自然伸张状态而不受拉力；所述卡环(4) 位于隔膜总成(1)的两端。所述耐磨接环的耐磨环外围设有2至8个用于拉线穿过的轴向细孔(2c)和2至8 个用于液体流通的轴向通槽(2d)；所述拉线(3)固定在隔膜单元(5)的轴向细孔(2c)；所述轴向通槽(2d)位于耐磨环(2b)的外表面。隔膜随柱塞呈压缩状态，或者恢复到自然伸张状态，自然伸张状态时拉线承受拉力而使隔膜不受拉力，从而可以延长隔膜使用寿命。双层隔膜单元(5)的所述上环形氟塑材料弹性层(Ia)和下环形氟塑材料弹性层 (Ib)的外侧为曲面、锥面或平面；且均为橡胶和氟材料构成的复合隔膜，并用预热好的圆形膜片压制而成。所述耐磨接环(2)的环形连接夹(2a)的上下两层材料形成的环形夹空间的高度为 0. 05mm 至 Imm0实施例2
一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，与实施例1所不同的是没有拉线(3)承载拉力， 此时所述耐磨接环的耐磨环外围仅设置2-8个用于液体流通的轴向通槽(2d)，隔膜总成在随柱塞运动过程中自身呈压缩状态或自然伸张状态，在伸张状态时隔膜承受一定拉力。实施例3: 一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜的加工方法，主要包括如下步骤1.分别制作耐磨接环(2)和双层隔膜单元(5)，所述耐磨接环(2)包括环形连接夹(2a)和耐磨环(2b)，所述双层隔膜单元(5)内侧外周面呈曲面变化、包括上环形氟塑材料弹性层(la)、下环形氟塑材料弹性层(Ib)和环形夹(Ic)，上、下环形氟塑材料弹性层均为中空圆盘形，上、下环形氟塑材料弹性层的小端部通过环形夹(Ic)对称相联成一体；所述耐磨接环(2)包括用于与泵筒壁面接触的耐磨环(2b)和用于连接各双层隔膜单元(5) 的环形连接夹(2a)；双层隔膜单元(5)的外径小于泵筒内径，其内径为27. 5mm至47. 5mm之间；所述轴向通槽(2d)位于耐磨环(2b)的外表面；2.将两个双层隔膜单元(5)用一个耐磨接环(2)粘接，再将剩余双层隔膜单元 (5)依次用耐磨接环(2)粘接成一个整体的呈波纹管状的隔膜总成(1)，隔膜总成(1)两端与卡环(4)分别连接；3、再用拉线(3)或不使用拉线(3)将耐磨接环⑵和卡环⑷依次叠加串连起来，即得所述用于防止泵卡和提高泵效的隔膜；使用拉线时，各拉线长度相等且能够使隔膜总成保持自然伸张状态而不受拉力，此时所述耐磨接环的耐磨环外围设有2-8个用于拉线穿过的轴向细孔(2c)，所述拉线(3)固定在隔膜单元(5)的轴向细孔(2c)；步骤1中双层隔膜单元(5)的所述上环形氟塑材料弹性层(Ia)和下环形氟塑材料弹性层(Ib)均为橡胶和氟材料构成的复合隔膜，并用预热好的圆形膜片压制而成。该方法中隔膜总成(1)由100-1000个双层隔膜单元(5)和相应数量的耐磨接环 (2)连接而成。以上仅是实现本发明的几种实施例，基于本发明权利要求本原理的其它形式在本发明范围之内。
权利要求
1.一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，主要包括隔膜总成、卡环，其特征是所述隔膜总成呈波纹管状，包括多个内侧外周面呈曲面变化的双层隔膜单元和相应数量的耐磨接环， 各双层隔膜单元之间通过耐磨接环连接；所述隔膜总成的两端安设卡环。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于所述双层隔膜单元包括上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层，上、下环形氟塑材料弹性层均为中空圆盘形，上、下环形氟塑材料弹性层的小端部通过环形夹对称相联成一体。
3.根据权利要求2所述的隔膜，其特征在于所述耐磨接环包括环体外周的耐磨环和用于连接两双层隔膜单元的环形连接夹。
4.根据权利要求3所述的隔膜，其特征在于所述隔膜总成由100-1000个双层隔膜单元和相应数量的耐磨接环上下连接叠加而成；耐磨环外围的外表面设有2 8个用于液体流通的轴向通槽。
5.根据权利要求1-4之一所述的隔膜，其特征在于2 8根拉线穿过各耐磨接环和卡环将隔膜总成串联成整体，各拉线长度相等且在泵筒内抽油杆扩张运动时能够使隔膜总成保持自然伸张状态而不受拉力；此时，所述耐磨接环的耐磨环外围设有2 8个用于拉线穿过的轴向细孔。
6.根据权利要求5所述的隔膜，其特征在于所述上、下环形氟塑材料弹性层的外侧为曲面、锥面或平面；上、下环形氟塑材料弹性层均为橡胶和氟材料构成的复合隔膜，并用预热好的圆形膜片压制而成。
7.根据权利要求6所述的隔膜，其特征在于所述耐磨接环的环形连接夹的内侧上下层间形成的环形夹缝的高度为0. 05mm 1mm。
8.根据权利要求7所述的隔膜，其特征在于所述隔膜总成的外径为27.Omm-95. 3mm,内径为 13mm-75. 3mm0
9.根据权利要求1-8之一所述的用于柱塞抽油泵的防卡隔膜的加工方法，其特征在于包括如下步骤(1)分别制作耐磨接环和双层隔膜单元，双层隔膜单元根据泵筒内径和抽油杆直径的尺寸制作；所述耐磨接环包括环形连接夹和耐磨环，耐磨环外周还设有用于液体流通的轴向通槽；所述双层隔膜单元内侧外周面呈曲面变化、包括上环形氟塑材料弹性层和下环形氟塑材料弹性层，上、下环形氟塑材料弹性层均为中空圆盘形，上、下环形氟塑材料弹性层的小端部通过环形夹对称相联成一体；(2)将两个双层隔膜单元用一个耐磨接环粘接，再将剩余双层隔膜单元依次用耐磨接环粘接成一个整体的呈波纹管状的隔膜总成，最后将隔膜总成两端与卡环连接；所述隔膜总成由100-1000个双层隔膜单元和相应数量的耐磨接头连接而成；上述步骤(1)中双层隔膜单元的所述上、下环形氟塑材料弹性层的外侧为曲面、锥面或平面，且均为橡胶和氟材料构成的复合隔膜，并用预热好的圆形膜片压制而成。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于用拉线将耐磨接环和卡环上下串连起来，各拉线长度相等且能使所述隔膜总成保持自然伸张状态而不呈受拉力，此时，耐磨环端面设有用于拉线穿过的轴向细孔。
全文摘要
本发明涉及一种用于柱塞抽油泵的防卡隔膜及其加工方法，它由隔膜总成、耐磨接环、拉线、卡环等组成，其中隔膜总成是由一百至一千个双层隔膜单元和耐磨接环组成，各双层隔膜单元之间通过耐磨接环连接，隔膜总成的两端部为卡环，拉线通过耐磨接环和卡环江隔膜总成串连成整体。本发明在抽油泵工作过程中局部变形量较小，各个双层隔膜单元回复弹性变形后，在继续拉伸运动中，依靠拉线承受拉力，隔膜单元几乎不受拉力，且与泵筒壁面接触的环体外周部位为耐磨环，隔膜寿命长；隔膜整体变形量大，能实现正常拉伸和收缩，适用于各种冲程常规抽油泵的泵筒和柱塞接触处抽油通道的隔离防砂、并能有效减少磨损、提高泵效。
文档编号F04B53/00GK102207079SQ20111014813
公开日2011年10月5日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者刘运荣, 张斌, 李新年, 简志勇, 类歆, 陈向军 申请人:中国石化集团江汉石油管理局石油机械研究院, 中国石油化工集团公司