專利名稱：有桿泵抽油系統(tǒng)用筒式減震器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及有桿泵抽油系統(tǒng)，具體地說是一種有桿泵抽油系統(tǒng)用筒式減震器。
背景技術(shù)：
我國的絕大多數(shù)油田都屬于陸相沉積地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種陸相沉積地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，決定了石油勘探和開采的技術(shù)多樣性。特別是在進入到二次和三次采油期間的大多數(shù)油田，幾乎所有的石油開采技術(shù)都相繼被使用。但在所有被采用的方法和技術(shù)中，有桿泵式抽油系統(tǒng)的被使用歷史最長、應(yīng)用最廣泛，也將在目前和將來石油生產(chǎn)方法和技術(shù)中繼續(xù)扮演主要角色?？疾於魏腿尾捎图夹g(shù)對有桿泵式抽油系統(tǒng)的影響發(fā)現(xiàn)，由于在二次和三次采油中采用的各種不同驅(qū)替技術(shù)，造成有桿泵式抽油系統(tǒng)的可靠性降低從而增加了有桿泵式抽油井的運行費用。抽油桿的斷脫問題只是其中問題之一。更重要的問題是泵效問題，由于地下油藏的能量不斷地被輸送到地面，為保證生產(chǎn)井底有足夠的液量，必須往油藏中輸入適當?shù)哪芰俊５怯捎诘刭|(zhì)的不均勻性使得油藏的能量和生產(chǎn)井底的能量不處于生產(chǎn)所要求的狀態(tài)。大多數(shù)情況下會造成井底供液不足。但是所投入的機械抽油系統(tǒng)都是按照油藏最初生產(chǎn)能力來設(shè)計和制造的，在井底供液不足的情況下，就會造成井下抽油泵吸入不足而造成空抽。這種狀態(tài)不僅白白消耗能量而且由于活塞和泵內(nèi)液體表面的撞擊造成震動。這種震動力會使抽油桿脫結(jié)，抽油泵和井下石油套管松動和斷裂以及抽油泵內(nèi)的固定凡爾和游動凡爾迅速磨損形成泄漏。因此美國和加拿大在近十年的時間里，對泵效的控制進行了大量的開發(fā)研究。2001年，美國的美國石油工程師協(xié)會(SPE)公布了泵效控制技術(shù)(Pump Off Control)并作為成熟的技術(shù)在所有有桿泵式抽油系統(tǒng)生產(chǎn)部門推廣(文獻A.L.Podio，University of Texas at Austin；J.N.McCoy，Dieter Becker，Lynn Rowlan and Bill Drake，Echometer Compan，thepaper was prepared for presentation at the SPE Production and OperationsSymposium held in Oklahome City，Oklahome，24-27 March 2001)。
推廣和應(yīng)用新方法和新技術(shù)的困難之一便是降低有桿泵式抽油系統(tǒng)的震動。由于震動，造成了機械系統(tǒng)的過早失效如抽油桿斷脫，變速箱齒輪和驅(qū)動電機軸承磨損，同時也使泵效控制裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不能保證控制信號的精度。所以，解決震動的影響就成了整個系統(tǒng)改進和配置的首要問題。
根據(jù)對在不同地質(zhì)區(qū)塊對有桿泵式抽油系統(tǒng)運動特性的調(diào)查分析，可以確定有桿泵式抽油系統(tǒng)的震動和振動主要有三種類型一是與系統(tǒng)本身固有頻率有關(guān)的振動。當抽油系統(tǒng)光桿運動到上死點時，由于整個抽油桿系和油泵活塞起動后，載荷產(chǎn)生松馳，如果按照美國API RP11L標準對整個抽油桿系設(shè)計沒有達到最佳狀態(tài)，系統(tǒng)就會產(chǎn)生自振，其特點是振動的峰值載荷都接近于最大載荷。其二是在抽油系統(tǒng)光桿運動到下死點時，在開始向上運動時，由于加速度的增大和抽油桿系向下運動的慣性力而產(chǎn)生震動。該震動的特點是，載荷位移曲線的斜率接近等于1，這種震動會造成抽油桿在低應(yīng)力下的斷裂。第三是當井底供液不足時，抽油泵腔體內(nèi)液面降低，油泵內(nèi)活塞在返回運動時產(chǎn)生與該液面的撞擊而產(chǎn)生震動。該震動的特點是撞擊對抽油桿產(chǎn)生的是壓縮應(yīng)力波，對井下抽油管和套管是拉伸應(yīng)力波，對固定凡爾和游動凡爾則造成與缸體之間的摩擦。中國專利(專利號為ZL01248190.4)公開“一種抽油桿系懸點緩沖器”，該專利是為防止和減少有桿泵式抽油系統(tǒng)的抽油桿斷脫而設(shè)計的一種緩沖裝置，能夠減緩震動和振動，但要對上述所有震動和振動均能起到減緩作用，就必須增加其能量的消耗作用，也就是要增加彈簧數(shù)量來達到增加彈簧表面積之間的摩擦。這就使成本大大提高。
實用新型內(nèi)容為了克服上述不足，本實用新型的目的是提供一種衰減與自振頻率有關(guān)的振動、降低與加速度和慣性力有關(guān)的震動效果更佳的有桿泵抽油系統(tǒng)用筒式減震器，它可為進一步對井下油泵的活塞和液面撞擊位置的定量測量和控制提供可能。
本實用新型采用如下技術(shù)方案安裝在有桿泵抽油系統(tǒng)的懸點處，主要由彈性體、夾芯板、作動筒、防磨筒、定位筒、支撐管組成，其中多個橡膠、塑膠或其它高分子化工材料的彈性體安裝在鋼制作動筒內(nèi)，彈性體之間設(shè)有夾芯板，形成夾芯結(jié)構(gòu)，并在彈性體外側(cè)壁與作動筒內(nèi)側(cè)壁之間留有空間，在上大小法蘭及下大小法蘭配合下，分別通過定位筒和防磨筒安裝在光桿上，于光桿夾和懸繩器之間；所述彈性體之間具有溝槽外表面；所述彈性體的夾芯結(jié)構(gòu)可以是分離結(jié)構(gòu)、疊摞而成，也可以為鑄造或粘結(jié)一體式結(jié)構(gòu)；所述作動筒以開口倒置方式安裝于彈性體上；所述作動筒的筒底、彈性體及夾芯板上設(shè)有與光桿配合安裝用孔。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.衰減與自振頻率有關(guān)的振動、降低與加速度和慣性力有關(guān)的震動效果更佳。與現(xiàn)有技術(shù)中鋼制彈簧結(jié)構(gòu)的緩沖器相比較，本實用新型采用彈性體和作動筒結(jié)構(gòu)，具有不僅能吸收在慣性力下的沖擊載荷，而且能迅速衰減與自振頻率有關(guān)的振動的特點，為進一步對井下油泵的活塞和液面撞擊位置的定量測量和控制提供了可能。
2.工作安全可靠?？紤]到橡膠的變形能力與溫度有關(guān)，本實用新型通過加設(shè)夾芯板、橡膠彈性體外表面的溝槽設(shè)計，結(jié)合彈性體原始壓縮比，使其能在溫度低于-40℃、高于70℃的情況下發(fā)揮正常的減震作用。
3.制造成本與鋼制彈簧相比可大幅度降低。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中有桿泵式抽油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中從有桿泵式抽油系統(tǒng)的懸繩器上所測得的示功圖。
圖3為本實用新型在有桿泵式抽油系統(tǒng)中的安裝位置圖。
圖4為本實用新型的結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例詳述本實用新型。
如圖4所示，安裝在有桿泵抽油系統(tǒng)的懸點處，主要由彈性體25、夾芯板26、作動筒27、防磨筒22、定位筒210、支撐管21、法蘭組成，其中多個具有內(nèi)摩擦特性的橡膠、塑膠或其它高分子化工材料的彈性體25(本實施例彈性體25為橡膠)安裝在鋼制作動筒27內(nèi)，彈性體25之間設(shè)有夾芯板26，采用強度高于橡膠的高分子化工材料或金屬材料，本實施例采用鋼板，形成夾芯結(jié)構(gòu)，并在彈性體25外側(cè)壁與作動筒27內(nèi)側(cè)壁之間留有空間，在上大小法蘭28、29及下大小法蘭24、23配合下，分別通過定位筒210和防磨筒22安裝在光桿4上，于光桿夾19和懸繩器3之間，在有桿泵抽油系統(tǒng)的懸點處形成一非線性形變系統(tǒng)。
所述彈性體25之間具有溝槽外表面；所述彈性體25的夾芯結(jié)構(gòu)可以是分離結(jié)構(gòu)、疊摞而成，也可以為鑄造或粘結(jié)一體式結(jié)構(gòu)(本實施例為分離結(jié)構(gòu)、疊摞而成)；所述作動筒27以開口倒置方式安裝于彈性體25上；所述作動筒27的筒底、彈性體25及夾芯板26上設(shè)有與光桿4配合安裝用孔。
如圖1所示，有桿泵式抽油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理是抽油機1在電機驅(qū)動下通過所連接的懸繩器3、光桿4、抽油桿12和抽油泵13上下運動，根據(jù)其運動特點可以從懸繩器3處測量載荷的變化。
其中5為盤根盒，6為取樣管，7為油管頭，8為套管頭，9為表層套管，10為油層套管，11為油管，14為油管接箍，15為篩管，16為砂錨或氣錨，17為堵頭，18為鋼絲繩。
如圖2所示，在懸繩器3點處測得典型載荷對應(yīng)于光桿4位移的定性曲線，從該曲線上可以判斷出載荷在上下運動的一個循環(huán)過程中其載荷的變化。在I點處載荷在慣性力的作用下迅速上升，該段曲線是在加速度和慣性載荷作用下的形狀；在II點處載荷在達到最大點產(chǎn)生反彈形成與自振頻率有關(guān)的振動，該段曲線是與自振動有關(guān)的曲線形狀；在III點，由于在向下運動時整個抽油桿系的附加伸長完全回復(fù)后載荷仍然沒有回到應(yīng)有的水平，表明了井下油泵內(nèi)的液面較低，該段曲線是井下有液面撞擊所形成的曲線形狀。其活塞和液面產(chǎn)生撞擊的震動可由API RP11L所推薦的運動方程計算得出，如最大載荷55.86KN，最小載荷15.71KN，理論最大載荷49.21KN，理論最小載荷25.57KN，沖次6.56(次/min)，沖程2.72m。根據(jù)圖3，將本實用新型筒式減震器安裝到懸繩器3與光桿夾19之間，通過所述彈性體25在載荷作用下的非線性變形來消除或減小震動和振動。
本實用新型工作過程是當懸繩器3在向上運動時，通過支撐管21、下小法蘭23和下大法蘭24以及被光桿夾19固定了的上小法蘭29和上大法蘭28對位于其間橡膠或高分子彈性化工元件的彈性體25進行壓縮，當鋼制作動簡27限制了橡膠、塑膠或其它高分子化工材料的彈性體25的徑向形變后使彈性體25的形變在延外表面的溝槽處形成，使其能夠承受更高的載荷并延長其疲勞壽命；防磨筒22由聚四氟乙烯或高密度聚氨脂材料制成，用于防止對抽油光桿4的磨損；定位筒210主要對筒式減震器起到安裝和工作中的定位作用。
為適應(yīng)有桿泵式抽油系統(tǒng)所承受的載荷特別大而且安裝的空間小的特點，本實用新型參考了抗地震建筑用高載荷減振設(shè)計的原理而采用夾芯式橡膠、塑膠或其它高分子化工彈性材料，由于橡膠、塑膠或其它高分子化工彈性材料的彈性體25的形變具有良好的內(nèi)摩擦特性，可以用于不同頻率范圍的各種震動和振動。同時考慮到濕度的影響，采用了玻璃化溫度低于-60℃和高溫70℃抗老化橡膠或能適應(yīng)寬溫度范圍的高分子彈性材料的彈性體25；在疲勞壽命的設(shè)計上采用鋼制作動簡27限制相交的側(cè)向形變，同時彈性體25之間側(cè)表面有溝槽，保證當彈性體25在壓縮載荷下產(chǎn)生的側(cè)向形變接觸到作動筒27內(nèi)壁時仍有變形的空間，保證在所控制的形變范圍內(nèi)其疲勞壽命可達到5×106。
權(quán)利要求1.一種有桿泵抽油系統(tǒng)筒式減震器，安裝在有桿泵抽油系統(tǒng)的懸點處，其特征在于主要由彈性體(25)、夾芯板(26)、作動筒(27)、防磨筒(22)、定位筒(210)、支撐管(21)組成，其中多個橡膠、塑膠或其它高分子化工材料的彈性體(25)安裝在鋼制作動筒(27)內(nèi)，彈性體(25)之間設(shè)有夾芯板(26)，形成夾芯結(jié)構(gòu)，并在彈性體(25)外側(cè)壁與作動筒(27)內(nèi)側(cè)壁之間留有空間，在上大小法蘭(28、29)及下大小法蘭(24、23)配合下，分別通過定位筒(210)和防磨筒(22)安裝在光桿(4)上，于光桿夾(19)和懸繩器(3)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有桿泵抽油系統(tǒng)筒式減震器，其特征在于所述彈性體(25)之間具有溝槽外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述有桿泵抽油系統(tǒng)筒式減震器，其特征在于所述彈性體(25)的夾芯結(jié)構(gòu)可以是分離結(jié)構(gòu)、疊摞而成，也可以為鑄造或粘結(jié)一體式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述有桿泵抽油系統(tǒng)筒式減震器，其特征在于所述作動筒(27)以開口倒置方式安裝于彈性體(25)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述有桿泵抽油系統(tǒng)筒式減震器，其特征在于所述作動筒(27)的筒底、彈性體(25)及夾芯板(26)上設(shè)有與光桿(4)配合安裝用孔。
專利摘要本實用新型涉及有桿泵抽油系統(tǒng)，具體地說是一種有桿泵抽油系統(tǒng)用筒式減震器。它安裝在有桿泵抽油系統(tǒng)的懸點處，主要由彈性體、夾芯板、作動筒、防磨筒、定位筒、支撐管組成，其中多個橡膠、塑膠或其它高分子化工材料的彈性體安裝在鋼制作動筒內(nèi)，彈性體之間設(shè)有夾芯板，形成夾芯結(jié)構(gòu)，并在彈性體外側(cè)壁與作動筒內(nèi)側(cè)壁之間留有空間，在上大小法蘭及下大小法蘭配合下，分別通過定位筒和防磨筒安裝在光桿上，于光桿夾和懸繩器之間。本實用新型衰減與自振頻率有關(guān)的振動、降低與加速度和慣性力有關(guān)的震動效果更佳，工作安全可靠，制造成本與鋼制彈簧相比可大幅度降低。
文檔編號E21B17/02GK2583347SQ0228109
公開日2003年10月29日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者王雙全, 白云渡 申請人:王雙全