用于倾斜的井口装置的梁式泵单元制造方法及图纸

一种用于倾斜的井口装置的方法和泵单元。通过结合肘形游梁而实现井口装置的合适定位。游梁的前段被制造使得其纵轴倾斜以适应井口装置的倾斜。游梁的后段和四杆连接系统相对于用于竖直井的现有技术泵驱动装置保持不变。该改进是定向倾斜井口装置的简单且有效的方式，且同时保留了现有技术泵单元的已知的操作参数。转矩因数、抛光棒位置、速度、加速度、行程长度和有效的配重保持不变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请大体涉及油田设备，且具体地涉及表面安装的往复式梁抽油杆(suckerrod)泵单元，通常称之为泵驱动装置(pump jack)。且仍更具体地，本专利技术涉及用于生产具有倾斜的井口装置(we I Ihead )的井的泵驱动装置。
技术介绍
通常通过泵单元从地面驱动的往复式井下泵而从井眼生产碳氢化合物。通过抽油杆柱将泵单元连接至井下泵。尽管在本领域，已知用于往复式抽油杆柱的多种泵单元，然而由于其简单和低维护要求，游梁式泵享有优势。图1示出了现有技术的类别I游梁式泵驱动装置(10)。该泵驱动装置(10)由原动机(12)驱动,该原动机(12)通常是电动机或内燃机。来自原动机(12)的旋转能量输出通常由皮带或链(14)传递至齿轮箱(16)。该齿轮箱(16)提供曲轴(22)的低速高转矩旋转。曲轴(22)的每端(在图1中仅示出一个)支撑曲柄臂(20)和平衡配重(18)。该减速齿轮箱(16)位于支座(17)顶上，该支座提供了让曲柄臂(20)和配重(18)旋转的间隙。齿轮箱支座(17)被安装在底座(11)的顶部。底座(11)还支撑起重柱(13)。起重柱(13)的顶部用作经由鞍形轴承组件(15)枢转地支撑游梁(24)的支点，鞍形轴承组件(15)通常被称为中心轴承组件。各曲柄臂(20)通过曲柄销轴承组件(19)枢转地连接至连杆臂(26)。该两个连杆臂(26 )连接至平衡杆(27 )，且平衡杆(27 )通过平衡轴承组件(25 )枢转地连接至游梁(24 )的后端。具有弧形前表面(29)的驴头(28)被安装在游梁(24)的前端。驴头(28)的表面(29)包括一条或多条道或槽以支撑挠性钢绳带(flexible wire rope bridle)(30)。在其下端，带(30 )终止于承载杆(31)，在该承载杆(31)上悬挂有抛光棒(32 )。抛光棒(32 )在井口装置(9)处延伸穿过盘根压盖或填料盒(34)。抽油杆的抽油杆柱(36)从套筒(40)中的管柱(38)中的抛光棒(32)悬挂。该抽油杆柱连接至地下泵(未示出)的活塞。在泵驱动装置(10)的往复循环中，在抽油杆柱(36)的上行程过程中，井流体在管柱(38)中升起。大体上，游梁式泵驱动装置作为简单的运动的四杆连接机构而运行，其中四个刚性的连杆的每一个枢转地连接至该四个连杆的另外两个以形成闭合的多边形。在四杆连接机构中，一个连杆通常是固定的，结果仅一个另外本体的已知位置决定该机构的所有其它位置。该固定连杆还已知作为地面连杆。连接至地面连杆的两个连杆被称为接地连杆，且剩下的没有直接连接至固定地面连杆的连杆被称作连接连杆(coupler link)。在机械工程领域，四杆连接是已知的且用于通过仅几个简单的部件形成大量的动作。参考图1，四杆连接应用在如下的泵驱动装置(10)的设计中:固定连杆(连杆K)从曲轴(12)的中心线延伸至中心轴承(15)的中心线。连杆K由互连的刚性本体形成接地框架而限定，所述刚性本体包括起重柱(13)、底座(11)、齿轮箱支座(17)和减速齿轮箱(16)。第一接地连杆(连杆R)由曲柄臂(20)限定，且第二接地连杆(连杆C)由从中心轴承(15)的中心线延伸至平衡轴承(25)的中心线的游梁(24)的后部分限定。连杆(26)和平衡器(27)共同限定连接连杆(连杆P)。该四杆连接被尺寸设置成通过连接连杆P和固定连杆K将连杆R的旋转运动转化为连杆C的枢转摆动。S卩，曲柄臂(20)通过连杆臂(26)和平衡器(27)将游梁(24)关于起重柱(13)顶部的中心轴承(15)上下运动。泵驱动装置的基本所有操作特性由其四杆连接的尺寸决定。例如，转矩因数关系、抛光棒位置、行程长度和平衡相角都取决于四杆连接尺寸。转矩因数和平衡相角是用于确定泵驱动装置的载荷能力的重要参数。该两项与抛光棒位置的变动的相互作用用于限定可允许的抛光棒载荷包络线，其与所测量的测力计载荷数据比较以确定减速齿轮箱在所设计的转矩载荷内运行。通过美国石油学会( “API”)规范IlE (“Specification for Pumping Units”)极大地简化了泵驱动装置操作特性的确定。API规范IlE包括作为泵单元的四杆连接的几何形状的函数的导出的操作参数，四杆连接的几何形状以标准的几何形状标示表达。因此，泵驱动装置通常以API几何形状标示的形式说明，并且几乎所有的泵驱动装置制造商提供该API几何形状尺寸。图2A和2B分别示出了由API公布的用于类别(class) I杆和类别3杆泵驱动装置的几何形状标示。尺寸“A”是从鞍形轴承的中心至抛光棒的中心线的距离。尺寸“C”是从鞍形轴承的中心至平衡轴承的中心的距离。尺寸“P”是连杆臂的从平衡轴承的中心至曲柄销轴承的中心的有效长度。尺寸“R”是从曲轴的中心线至曲柄销轴承的中心的距离。尺寸“H”是从鞍形轴承的中心至泵驱动装置底座的底部的高度。尺寸“I”是从鞍形轴承的中心至曲轴的中心线的水平距离。尺寸“G”是从曲轴的中心线至泵驱动装置底座的底部的高度。最后，尺寸“K”(图1)是从曲轴的中心线至鞍形轴承的中心的距离。尺寸“K”可如下计算:K = ^(H -G)2 +I2 (等式 I)。泵驱动装置，如图1的泵驱动装置(10)，通常被设计成与竖直对准的井口装置(9)共同操作。然而，在钻井和生产中日益增长的习惯作法是让井孔以某个非竖直角度倾斜，从而井孔沿着延长的路径穿过流体生产地层，因此将井孔更大地暴露至开采地层。定向钻井允许井是与竖直方向成最多且包括90度的角度完整的井下孔。取决于井深度，可能需要将井口装置还相对于竖直轴线倾斜。通常是具有接近水平的井下完井角(downhole completion angle)的浅井,或者当表面拓扑禁止从生产地层上方直接钻该井。表面倾斜的范围通常是从竖直方向在O和45度之间变化。对于常规的表面展开抽油杆泵单元来说，非竖直的井口装置具有问题，因为从抛光棒载荷和配重(重力的)对准的角度，泵驱动装置设计是基于竖直操作的基本假定。该假定极大地影响了结构部件的设置和方向，游梁和驴头的铰接的工作角度，以及曲柄安装的配重的相角。参考图3，Seibold等(“Seibold”)的美国专利第4，603, 592号公开了一种利用类别I杆类型的改进的泵单元(10’)来解决倾斜的井口装置的潜在装置。Seibold公开了可调节地延长该连杆臂(26’)，将起重柱(13’)倾斜，并将驴头(28’)增大，从而泵单元(10’)可解决多种倾斜度的井口装置(9’)。该连杆臂(连杆P’)的有效长度和游梁的后跨度(连杆C’)增大以产生要求的偏角。即，Seibold通过改变四杆连接几何形状而处理井口装置倾斜的问题，使得抛光棒(32)与倾斜的井口装置(9’ )对齐。然而，由于四杆连接被改变，这些修改在泵单元(10’)的操作特性上具有显著的效果。对泵单元四杆连接的修改大体上提高或降低允许的抛光棒载荷，改变允许的载荷包络线的形状，改变泵行程的长度，且引起配重的相角位移。该抛光棒速度和加速度分布图还有时由这些修改而实质性改变。此外，很多下游井分析程序，诊断算法，杆式泵控制器，和包括在杆式泵操作中的应用工具结合了根据用于其计算中的标准四杆连接(K-R-P-C)的假定。尽管其可能预计修改的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.09 US 12/853,2111.一种表面泵单元(10)，所述表面泵单元(10)用于使位于具有基本竖直的井口装置(9)的井中的井下泵进行往复运动，所述泵单元(10)包括游梁(24)，所述游梁(24)可枢转地安装至在框架(13、11、17)顶部的鞍形轴承(15)并由所述鞍形轴承(15)支撑，所述游梁(24)通过平衡轴承(25)可枢转地连接至连杆臂(26)，所述连杆臂(26)通过曲柄销轴承(19)可枢转地连接至曲柄臂(20)，所述曲柄臂连接至曲轴(22)以围绕所述曲轴(22)的中心线旋转，所述曲轴(22)旋转地安装至所述框架，从而所述曲柄臂(20)、所述连杆臂(26)、所述游梁和所述框架共同地限定四杆连接机构，所述四杆连接机构可操作以使得所述游梁(24)在曲柄臂(20)旋转时围绕所述鞍形轴承(15)上下运动，所述四杆连接机构包括由所述鞍形轴承(15)的中心线，所述均衡轴承(25)的中心线，所述曲柄销轴承(19)的中心线和所述曲轴(22)的中心线之间的距离限定的预定连接几何形状，所述游梁的前端终止于弧形的驴头(28)，所述驴头(28)通过穿过所述井口装置(9)的抽油杆柱(36)而连接至所述井下泵，其特征在于包括: 形成在所述游梁(24”，224)中在所述支点前方的弯曲(90)；· 从而所述泵单元(100，200)被布置成允许在井口装置轴线(48)从竖直方向倾斜的井口装置(9’)处泵送，同时保持所述预定连接几何形状。2.如权利要求1所述的表面泵单元(100，200)，其中: 所述游梁(24”，224)的所述上下运动限定了所述驴头(28’，228)的扫过弧线(50，250);且 所述弯曲(90，290)使所述驴头(28’，228)倾斜，从而所述扫过弧线(50，250)的等分线(52，252)与所述井口装置轴线(48)垂直。3.如权利要求2所述的表面泵单元(100，200)，其中: 所述弯曲(90，290 )使所述驴头(28 ’)朝向所述框架向下倾斜。4.如权利要求1所述的表面泵单元(100，200)，其中: 所述弯曲(90，290)被布置在所述均衡轴承(25)的前面。5.如权利要求1所述的表面泵单元(100)，其中: 所述框架包括具有后部件(13B’)和前部件(13A’ )的起重柱(13’)；且 所述前部件的上端被布置在所述前部件的下端的前面。6.一种用于使位于井中的井下泵往复运动的表面泵单元(10)，所述泵单元(10)包括底座(11 )，游梁(24)和弧形驴头(28’)，所述游梁(24)可枢转地安装在支点(15)处并连接至原动机(12)，从而使所述游梁围绕所述支点可枢转地摆动，使得所述游梁的中间位置与所述底座基本平行，所述弧形驴头(28’)连接至所述游梁的前端并通过穿过井口装置(9)的抽油杆柱(36)连接至所述井下泵，其特征在于包括: 形成在所述游梁(24 ”，224 )中在所述支点(15 )前面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW辛普森，DW多伊尔，ME莫拉莱斯，BD罗马诺，
申请(专利权)人：拉夫金工业股份有限公司，
类型：
国别省市：