專利名稱：一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜及其加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種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，特別適用于機抽井抽油泵防細砂、中砂、粗砂、鹽、蠟等卡泵的使用和維護。
背景技術：
出砂是指油氣井開采過程中的砂粒隨流體從油層運移出來的現(xiàn)象。油層出砂不可避免，油氣井出砂是開采中遇到的重要問題之一。目前，國內(nèi)大部分油田已經(jīng)進入開發(fā)后期，含水率越來越高，出砂量隨著含水飽和度的增大而增大，油層出砂越來越嚴重。油井出砂具有粒徑分布范圍較廣的特性，有些井液中含有大量的粘土和細粉砂，油井出砂有粒徑小于0. 05mm、甚至更細的細粉砂，還有粒徑大于l_5mm的礫砂。數(shù)量較少的嚴重出砂井，一股需要進行礫石充填、繞絲篩管等防砂措施，由于目前各種防砂措施都有一定的局限性，尚不能完全解決油井出砂問題，井液中仍然還有細粉砂等。有桿泵在生產(chǎn)過程中，必然會有部分砂粒沉降到抽油泵上，使抽油泵磨損。細粉砂對柱塞和閥座有明顯的磨痕，隨著抽油泵工作，其泵筒內(nèi)壁與柱塞外壁之間的磨損間隙增大，泵效越來越低，直到抽油泵失效。數(shù)量較多的油井出砂量不是很大，沒有進行專門井下防砂工藝措施，都是采用防砂泵進行生產(chǎn)。各種防砂泵是通過改進抽油泵的結(jié)構(gòu)，使抽油泵能夠適應油井出砂，在油井出砂的情況下仍能夠正常生產(chǎn)，減少因出砂而卡泵的防砂技術。防砂泵的種類較多，其防砂原理也各有差異。近幾十年采油生產(chǎn)實踐中，防砂抽油泵結(jié)構(gòu)進行了各種改進，但普通防砂抽油泵存在兩大技術難題一是泵筒內(nèi)壁與柱塞外壁之間的縫隙仍然容易進入砂粒，導致柱塞被卡住，或者加速泵筒內(nèi)壁和柱塞外壁之間的磨損，并導致桿管偏磨、漏失、斷脫等事故，影響抽油泵使用壽命和油井正常生產(chǎn)；二是油井中普遍含有細砂，各種抽油泵在使用三個月左右，其泵筒內(nèi)壁與柱塞外壁之間的磨損間隙增大，導致經(jīng)過此間隙的回油量增大，降低了抽油泵泵效。目前，一股采用隔膜式防砂抽油泵解決細砂問題和常規(guī)防砂泵尚存的兩大技術難題。而隔膜是隔膜式防卡抽油泵的重要組成部分，隔膜性能直接影響泵的運行和性能。實際應用中隔膜的壽命除受隔膜幾何形狀尺寸和隔膜材質(zhì)的影響外，還受隔膜運動過程中力狀態(tài)的影響。普通隔膜用在柱塞抽油泵中，工作環(huán)境復雜，井下空間狹小，隔膜整體外形長達5米，很容易折疊疲勞。此外，隔膜整體加工工藝復雜，直接加工成整膜十分困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術不足而提供一種能在復雜井下環(huán)境和狹小井下空間的抽油泵中正常工作、結(jié)構(gòu)和加工工藝簡單，使用性能好且使用壽命長的用于柱塞抽油泵的防卡隔膜及其加工方法。本發(fā)明所采用的技術方案為一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，主要包括隔膜總成、卡環(huán)，其特征是所述隔膜總成呈波紋管狀，包括多個內(nèi)側(cè)外周面呈曲面變化的雙層隔膜單元和相應數(shù)量的耐磨接環(huán)，各雙層隔膜單元之間通過耐磨接環(huán)連接；所述隔膜總成的兩端安設卡環(huán)。按上述方案，所述雙層隔膜單元包括上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為中空圓盤形，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的小端部通過環(huán)形夾對稱相聯(lián)成一體。

所述耐磨接環(huán)包括環(huán)體外周的耐磨環(huán)和用于連接兩雙層隔膜單元的環(huán)形連接夾。所述隔膜總成由100-1000個雙層隔膜單元和相應數(shù)量的耐磨接環(huán)上下連接疊加而成。所述耐磨接環(huán)的耐磨環(huán)端面設有2 8個用于拉線穿過的軸向細孔，耐磨環(huán)外周還設有2 8個用于液體流通的軸向通槽。2 8根拉線穿過各耐磨接環(huán)和卡環(huán)將隔膜總成串聯(lián)成整體，各拉線長度相等且在泵筒內(nèi)抽油桿擴張運動時能夠使隔膜總成保持自然伸張狀態(tài)而不受拉力。所述上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層的外側(cè)為曲面、 錐面或平面；上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層均為橡膠和氟材料構(gòu)成的復合隔膜，并用預熱好的圓形膜片壓制而成。所述耐磨接環(huán)的環(huán)形連接夾的內(nèi)側(cè)上下層間形成的環(huán)形夾縫的高度為0. 05mm Imm0所述隔膜總成的外徑為27. Omm 95. 3mm,內(nèi)徑為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驟(1)分別制作耐磨接環(huán)和雙層隔膜單元，所述耐磨接環(huán)包括環(huán)形連接夾和耐磨環(huán)， 所述雙層隔膜單元內(nèi)側(cè)外周面呈曲面變化、包括上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為中空圓盤形，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的小端部通過環(huán)形夾對稱相聯(lián)成一體；雙層隔膜單元根據(jù)泵筒內(nèi)徑和抽油桿直徑的尺寸制作；(2)將兩個雙層隔膜單元用一個耐磨接環(huán)粘接，再將剩余雙層隔膜單元依次用耐磨接環(huán)粘接成一個整體的呈波紋管狀的隔膜總成，將隔膜總成兩端與卡環(huán)連接。按上述方案，用拉線將耐磨接環(huán)和卡環(huán)上下串連起來，各拉線長度相等且能使所述隔膜總成保持自然伸張狀態(tài)而不呈受拉力；上述方法的步驟(1)中雙層隔膜單元的所述上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層均為橡膠和氟材料構(gòu)成的復合隔膜，并用預熱好的圓形膜片壓制而成。上述方法的隔膜總成由100 1000個雙層隔膜單元和相應數(shù)量的耐磨接環(huán)連接而成。本發(fā)明的隔膜和方法的有益效果在于1、本隔膜在抽油泵工作過程中局部變形量較小，通過許多隔膜單元的小變形，最終實現(xiàn)隔膜總成的大變形；整體變形量大，能實現(xiàn)正常拉伸和收縮，適用于各種沖程常規(guī)抽油泵的防砂和提高泵效；2、各個隔膜單元回復彈性變形后，在繼續(xù)拉伸運動中，拉線承受拉力，隔膜單元幾乎不受拉力，且與泵筒壁面接觸部位為耐磨環(huán)，隔膜壽命長；3、隔膜安裝于抽油泵上，解決井液中細砂造成所有抽油泵包括防砂等特種泵的磨損、環(huán)隙增大、回油量增大、泵效降低的問題，顯著提高泵效；4、隔膜安裝于抽油泵上，兩端封閉與泵筒和柱塞相聯(lián)，用于泵筒和柱塞接觸處抽油通道的隔離，解決防砂泵移動副暴露在含砂井液中，砂粒仍然會偶爾卡泵的問題，延長免修期；5、本隔膜為隔膜單元通過簡單的模具壓制而成，再將100至1000個隔膜單元通過耐磨接環(huán)連接而成隔膜總成，從而實現(xiàn)將結(jié)構(gòu)復雜的隔膜分解成結(jié)構(gòu)簡單容易加工的隔膜單元 ，制作工藝和方法簡單，成本低。


圖1為本發(fā)明的一種防止泵卡和提高泵效的隔膜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的一種隔膜單元的剖視圖。圖3為本發(fā)明的一種隔膜單元的俯視圖。圖4為本發(fā)明的一種耐磨接環(huán)的剖視圖。圖5為本發(fā)明的一種耐磨接環(huán)的俯視圖。圖中1、隔膜總成；2、耐磨接環(huán)；3、拉線；4、卡環(huán)；5、隔膜單元；la、上環(huán)形氟塑材料彈性層；lb、下環(huán)形氟塑材料彈性層；lc、環(huán)形夾；2a、環(huán)形連接夾；2b、耐磨環(huán)；2c、軸向細孔；2d、軸向通槽。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。實施例1 一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，是由隔膜總成(1)、耐磨接環(huán)(2)、拉線(3)、卡環(huán)⑷等組成，其特征是所述隔膜總成(1)由100至1000個內(nèi)側(cè)外周面呈曲面變化的雙層隔膜單元(5)通過耐磨接環(huán)⑵組成，呈波紋管狀延伸；所述隔膜總成(1)的外徑為 27. Omm至95. 3mm,內(nèi)徑為13mm至75. 3mm ；所述雙層隔膜單元(5)包括上環(huán)形氟塑材料彈性層(la)、下環(huán)形氟塑材料彈性層(Ib)和環(huán)形夾(Ic)，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為中空圓盤形，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的小端部通過環(huán)形夾(Ic)對稱相聯(lián)成一體；所述耐磨接環(huán)(2)包括用于與泵筒壁面接觸的耐磨環(huán)(2b)和用于連接各雙層隔膜單元(5)的環(huán)形連接夾(2a)；所述拉線(3)與各個耐磨接環(huán)(2)和卡環(huán)(4)串連，所述拉線(3)有2至 8根，各拉線長度相等且能夠使隔膜總成(1)保持自然伸張狀態(tài)而不受拉力；所述卡環(huán)(4) 位于隔膜總成(1)的兩端。所述耐磨接環(huán)的耐磨環(huán)外圍設有2至8個用于拉線穿過的軸向細孔(2c)和2至8 個用于液體流通的軸向通槽(2d)；所述拉線(3)固定在隔膜單元(5)的軸向細孔(2c)；所述軸向通槽(2d)位于耐磨環(huán)(2b)的外表面。隔膜隨柱塞呈壓縮狀態(tài)，或者恢復到自然伸張狀態(tài)，自然伸張狀態(tài)時拉線承受拉力而使隔膜不受拉力，從而可以延長隔膜使用壽命。雙層隔膜單元(5)的所述上環(huán)形氟塑材料彈性層(Ia)和下環(huán)形氟塑材料彈性層 (Ib)的外側(cè)為曲面、錐面或平面；且均為橡膠和氟材料構(gòu)成的復合隔膜，并用預熱好的圓形膜片壓制而成。所述耐磨接環(huán)(2)的環(huán)形連接夾(2a)的上下兩層材料形成的環(huán)形夾空間的高度為 0. 05mm 至 Imm0實施例2
一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，與實施例1所不同的是沒有拉線(3)承載拉力， 此時所述耐磨接環(huán)的耐磨環(huán)外圍僅設置2-8個用于液體流通的軸向通槽(2d)，隔膜總成在隨柱塞運動過程中自身呈壓縮狀態(tài)或自然伸張狀態(tài)，在伸張狀態(tài)時隔膜承受一定拉力。實施例3: 一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜的加工方法，主要包括如下步驟1.分別制作耐磨接環(huán)(2)和雙層隔膜單元(5)，所述耐磨接環(huán)(2)包括環(huán)形連接夾(2a)和耐磨環(huán)(2b)，所述雙層隔膜單元(5)內(nèi)側(cè)外周面呈曲面變化、包括上環(huán)形氟塑材料彈性層(la)、下環(huán)形氟塑材料彈性層(Ib)和環(huán)形夾(Ic)，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為中空圓盤形，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的小端部通過環(huán)形夾(Ic)對稱相聯(lián)成一體；所述耐磨接環(huán)(2)包括用于與泵筒壁面接觸的耐磨環(huán)(2b)和用于連接各雙層隔膜單元(5) 的環(huán)形連接夾(2a)；雙層隔膜單元(5)的外徑小于泵筒內(nèi)徑，其內(nèi)徑為27. 5mm至47. 5mm之間；所述軸向通槽(2d)位于耐磨環(huán)(2b)的外表面；2.將兩個雙層隔膜單元(5)用一個耐磨接環(huán)(2)粘接，再將剩余雙層隔膜單元 (5)依次用耐磨接環(huán)(2)粘接成一個整體的呈波紋管狀的隔膜總成(1)，隔膜總成(1)兩端與卡環(huán)(4)分別連接；3、再用拉線(3)或不使用拉線(3)將耐磨接環(huán)⑵和卡環(huán)⑷依次疊加串連起來，即得所述用于防止泵卡和提高泵效的隔膜；使用拉線時，各拉線長度相等且能夠使隔膜總成保持自然伸張狀態(tài)而不受拉力，此時所述耐磨接環(huán)的耐磨環(huán)外圍設有2-8個用于拉線穿過的軸向細孔(2c)，所述拉線(3)固定在隔膜單元(5)的軸向細孔(2c)；步驟1中雙層隔膜單元(5)的所述上環(huán)形氟塑材料彈性層(Ia)和下環(huán)形氟塑材料彈性層(Ib)均為橡膠和氟材料構(gòu)成的復合隔膜，并用預熱好的圓形膜片壓制而成。該方法中隔膜總成(1)由100-1000個雙層隔膜單元(5)和相應數(shù)量的耐磨接環(huán) (2)連接而成。以上僅是實現(xiàn)本發(fā)明的幾種實施例，基于本發(fā)明權(quán)利要求本原理的其它形式在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜，主要包括隔膜總成、卡環(huán)，其特征是所述隔膜總成呈波紋管狀，包括多個內(nèi)側(cè)外周面呈曲面變化的雙層隔膜單元和相應數(shù)量的耐磨接環(huán)， 各雙層隔膜單元之間通過耐磨接環(huán)連接；所述隔膜總成的兩端安設卡環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜，其特征在于所述雙層隔膜單元包括上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為中空圓盤形，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的小端部通過環(huán)形夾對稱相聯(lián)成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隔膜，其特征在于所述耐磨接環(huán)包括環(huán)體外周的耐磨環(huán)和用于連接兩雙層隔膜單元的環(huán)形連接夾。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔膜，其特征在于所述隔膜總成由100-1000個雙層隔膜單元和相應數(shù)量的耐磨接環(huán)上下連接疊加而成；耐磨環(huán)外圍的外表面設有2 8個用于液體流通的軸向通槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的隔膜，其特征在于2 8根拉線穿過各耐磨接環(huán)和卡環(huán)將隔膜總成串聯(lián)成整體，各拉線長度相等且在泵筒內(nèi)抽油桿擴張運動時能夠使隔膜總成保持自然伸張狀態(tài)而不受拉力；此時，所述耐磨接環(huán)的耐磨環(huán)外圍設有2 8個用于拉線穿過的軸向細孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隔膜，其特征在于所述上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的外側(cè)為曲面、錐面或平面；上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為橡膠和氟材料構(gòu)成的復合隔膜，并用預熱好的圓形膜片壓制而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隔膜，其特征在于所述耐磨接環(huán)的環(huán)形連接夾的內(nèi)側(cè)上下層間形成的環(huán)形夾縫的高度為0. 05mm 1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的隔膜，其特征在于所述隔膜總成的外徑為27.Omm-95. 3mm,內(nèi)徑為 13mm-75. 3mm0
9.根據(jù)權(quán)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驟(1)分別制作耐磨接環(huán)和雙層隔膜單元，雙層隔膜單元根據(jù)泵筒內(nèi)徑和抽油桿直徑的尺寸制作；所述耐磨接環(huán)包括環(huán)形連接夾和耐磨環(huán)，耐磨環(huán)外周還設有用于液體流通的軸向通槽；所述雙層隔膜單元內(nèi)側(cè)外周面呈曲面變化、包括上環(huán)形氟塑材料彈性層和下環(huán)形氟塑材料彈性層，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層均為中空圓盤形，上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的小端部通過環(huán)形夾對稱相聯(lián)成一體；(2)將兩個雙層隔膜單元用一個耐磨接環(huán)粘接，再將剩余雙層隔膜單元依次用耐磨接環(huán)粘接成一個整體的呈波紋管狀的隔膜總成，最后將隔膜總成兩端與卡環(huán)連接；所述隔膜總成由100-1000個雙層隔膜單元和相應數(shù)量的耐磨接頭連接而成；上述步驟(1)中雙層隔膜單元的所述上、下環(huán)形氟塑材料彈性層的外側(cè)為曲面、錐面或平面，且均為橡膠和氟材料構(gòu)成的復合隔膜，并用預熱好的圓形膜片壓制而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于用拉線將耐磨接環(huán)和卡環(huán)上下串連起來，各拉線長度相等且能使所述隔膜總成保持自然伸張狀態(tài)而不呈受拉力，此時，耐磨環(huán)端面設有用于拉線穿過的軸向細孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于柱塞抽油泵的防卡隔膜及其加工方法，它由隔膜總成、耐磨接環(huán)、拉線、卡環(huán)等組成，其中隔膜總成是由一百至一千個雙層隔膜單元和耐磨接環(huán)組成，各雙層隔膜單元之間通過耐磨接環(huán)連接，隔膜總成的兩端部為卡環(huán)，拉線通過耐磨接環(huán)和卡環(huán)江隔膜總成串連成整體。本發(fā)明在抽油泵工作過程中局部變形量較小，各個雙層隔膜單元回復彈性變形后，在繼續(xù)拉伸運動中，依靠拉線承受拉力，隔膜單元幾乎不受拉力，且與泵筒壁面接觸的環(huán)體外周部位為耐磨環(huán)，隔膜壽命長；隔膜整體變形量大，能實現(xiàn)正常拉伸和收縮，適用于各種沖程常規(guī)抽油泵的泵筒和柱塞接觸處抽油通道的隔離防砂、并能有效減少磨損、提高泵效。
文檔編號F04B53/00GK102207079SQ20111014813
公開日2011年10月5日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者劉運榮, 張斌, 李新年, 簡志勇, 類歆, 陳向軍 申請人:中國石化集團江漢石油管理局石油機械研究院, 中國石油化工集團公司