自对准的流体驱动抽油机的制作方法
【专利说明】自对准的流体驱动抽油机
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年9月9日提交的美国临时申请61/875,561的权益及优先权，将其通过引用并入本文。
【背景技术】
[0003]本公开内容涉及用于井下有杆栗往复运动的改进型油田抽油机。从历史上看，传统的油田抽油机使用枢接在地面支撑架上的“游梁”。该梁通过连接至可旋转的齿轮传动的曲柄臂而来回摇动。该梁通常通过钢丝绳连接在杆柱上，并且该梁的往复运动提供了往复提升和降低杆柱的运动。这些抽油机是相对大型且体积庞大的结构，这是悬吊提升负载所必需的。
[0004]最近，液压驱动抽油机已经变得越来越流行。在一种配置中，线性运动系统采用在光杆(polished rod)上方或下方居中的单个液压缸。通常，使用桅杆将单个液压缸悬吊在光杆上方。该光杆直接耦合至液压缸，作用于活塞环侧的液压压力使液压缸缩回，从而提升杆。该桅杆可以附接到地面，套管或管道上。其他配置中采用了偏移液压缸，其中一个或多个滑轮附接到液压缸的杆端。钢丝绳穿过滑轮，使得绳子的一端连接在杆柱上，另一端是死线(dead-1 ined)。当液压缸伸展时，该钢丝绳将提升运动传递给杆柱。
【发明内容】
[0005]本文描述的是一种紧凑型的人工提升液压抽油系统，其可以简化安装、使用寿命更长且易于维护。梁可枢转地安装在井口、地面或其他锚定结构，一个或多个液压缸关于该梁不对称安装。这种安装被设计成围绕枢轴枢转和滑动，以便为井下抽油杆柱提供自对准提升力。该抽油系统的自对准性质消除了液压缸和光杆的侧向载荷。
[0006]在一些实施例中，该系统包括梁，其不对称且平行于该光杆。该梁的底部枢转或刚性附接至井口，管口或壳体上，并且一个或多个液压缸被平行但轴向偏离枢转横梁中心安装。在一些实施例中，该液压缸的端部附接至行进组件，该行进组件包括沿由横梁的轮廓形成的轨道滚动的行进头。光杆被附接至该行进头，使得液压缸的往复运动被耦接以引起杆柱做类似运动。在一个实施例中，该行进组件包括旋转元件，如链轮或滑轮，被连接到液压缸的活塞杆端。该行进组件还包括柔性机构，例如链，缆绳，或绳索，其穿过该旋转元件并向光杆提供提升力。
[0007]—些实施例不需要升高桅杆在光杆上方悬吊液压缸。整个抽油机可以在地面组装，然后枢转竖立到位。这可以不使用如起重机或吊杆车等高架起重设备来完成。一些实施例被配置成，在液压压力被施加至液压缸的盖端且所述液压缸伸展时，提升所述杆。现有技术中，利用悬吊在井上方的单缸时，液压缸的环侧必须被用于在上行冲程提升杆。由于液压缸活塞的环侧具有比盖侧小的表面积，这种配置需要更高的液压压力来提高提升杆所需的力。
[0008]在一些实施例中，可能需要在光杆上方悬吊所述液压缸，利用液压缸的缩回力将杆从井中提升。在这里，所述抽油机可以在地面组装并枢转地竖立到位。
[0009]本文所描述的实施例还具有很多优于配置钢丝绳滑轮的传统液压抽油机的固有优势。在现有技术中，由于滑轮尺寸的物理限制，钢丝绳经常成为高磨损品。尽管传统的“游梁”抽油机被配置成钢丝绳弯曲半径70英寸或以上，现有的液压抽油机通常配置成滑轮的弯曲半径为12英寸或更小。这种小直径的弯曲半径严重降低了钢丝绳的寿命，从而增加了维护成本，并提高了因为钢丝绳故障频繁而引起的HSE风险。与现有技术中所提供的刚性安装液压缸相反，本文描述的实施例，由于连接至井结构的液压缸自由枢转的性质，其可以使用较大半径的滑轮。在这种情况下，当液压缸在缩回及伸展位置之间的移动时，液压缸相对于所述光杆的角度将无限地改变。
[0010]其它优点是关于多个对称布置的液压缸。一些液压抽油机需要两个或多个特别设计的液压缸刚性连接在上下安装板之间，示例性实施例可以利用单缸构造。缸越少必定会产生较低的初始成本，且未来的维护成本也较低。更进一步地，不考虑液压缸数量，这些实施例可以利用配置销及挂钩端连接的低成本的商品型液压缸。这些液压缸比现有技术中需要的脊形安装基座配置的定制制造的液压缸成本低。在一些实施例中，这些液压缸可以在多个点刚性附接到垂直安装梁上。因此，相比现有技术中底座安装缸，本发明能够更好地处理柱载荷。
[0011]其它优点是关于刚性安装液压缸配置，无论单缸或多缸配置。关于所述光杆的液压缸的刚性安装需要高精度的制造和安装，以便使提升力可以平行排列并且与光杆一致。然而，即使有这样的关注，可能仍存在一些轻微的错位。刚性安装液压缸的这种错位本身会在光杆和填料箱之间以及液压缸杆和杠杆套筒之间产生侧向载荷和磨损。在示例性实施例中的万向安装件克服了这些缺陷，其提供了相对井口安装销枢转和滑动的自由度，因此可以使提升力总是被平行光杆传递。
[0012]该示例性的实施例也克服了与低压井口固定装置相关的问题。与在高压井口用的栓接凸缘面管保持器相比，因为缺少栓接或固定基板或液压缸安装组件的平坦面，许多低压井口利用锤联组件。示例性的实施例通过利用现有的对称地设置的井口管端口解决这个问题。
[0013]液压抽油机需要换向阀周期性改变的油的流量和液压缸的定向运动。感测液压缸每个冲程的末端的电限位开关可以用于将电磁式液压阀从一个位置移动到另一位置。在改进的系统内，与液压缸行程移动相关联的机械控制装置可以被用于将阀芯从“向上”和“向下”中的一个位置移动到“向上”和“向下”中的另一位置。需要使用弹簧制动机构从一个位置到另一位置卡住该阀，以便防止液压定向阀在中心位置处(在中心位置处没有油流入液压缸)被卡住而无法完成冲程。不幸的是，弹簧制动机构在阀上的卡扣作用所引起的液压缸突然反向，除了加速该液压系统上的冲击载荷产生的磨损之外，会导致井下杆柱拉伸或弯曲疲劳和失效。可以使用软换向阀配置来减少每个冲程开始和结束时的加速及减速力。
[0014]液压抽油机通常有75%?85%之间的总能量效率。损失的动力能被转化成加热液压流体。为了延长液压部件的寿命，必须去除该热量。风机热交换器可用于冷却液压流体。在某些应用中，特别是在浅井抽油机应用中，从井栗送的流体体积足够驱散此多余的热量。在这种情况下，管壳式热交换器可以使用从井里栗出的流体作为介质，驱散液压流体中热量。在热交换器下游的生产流体内的温度开关可以被用作“栗开关”控制器。从井栗出的生产流体通常是在一个恒定的温度。这样，如果高于该热交换器后的正常温度读数，将发出信号，减少井的生产流体的体积速率，从而表明井正在接近关闭栗送状态。这可能会触发设定抽油机为空闲或关闭状态的控制电路。可替代地，出于相同的目的，类似的温度监控电路可以监控液压流体温度。在这两种情况下，复位定时器将用于以预定的间隔来重新启动栗循环。
[0015]附图简要说明
[0016]所包括的以下附图用于说明本公开披露的一些方面，而不应该被视为排他的实施例。所公开的技术主题能够在形式和功能上进行相当大的修改、变更、组合和等效替换，而不脱离本公开的范围。
[0017]图1显示根据示例性实施例在垂直工作位置的液压抽油机的剖面视图，该抽油机的行进头组件位于冲程的顶部附近；
[0018]图2A显示图1中的抽油机在装配或油井维护位置的剖面视图；
[0019]图2B显示根据示例性实施例附接到井口的安装底座的俯视图；
[0020]图3A，3B和3C显示根据示例性实施例的行进头组件的正面视图、正面局部放大视图以及俯视图；
[0021]图4A和4B显示根据示例性实施例利用链条来提升杆的抽油机的剖面视图及侧面视图；
[0022]图5A和5B显示根据示例性实施例的抽油机的剖面视图，该抽油机采用机械弹簧和配重布置以减少用以提升这些杆的能量供应；
[0023]图6A和图6B显示根据示例性实施例在工作位置的液压抽油机的剖面视图，其中图6A中的液压抽油机的滑轮或链轮的直径比图6B中的大；
[0024]图7A和7B示出一种液压抽油机的变位系统的剖面视图以及俯视图；
[0025]图8为图7A中的变