用于深井泵系统的负载减少装置和包括所述装置的泵系统制造方法及图纸

一种用于深井(1)泵系统的负载减少装置(10)，其由往复运动的抽油杆柱(6)驱动并驱动地下泵(4)；及包括所述负载减少装置(10)的深井(1)泵系统。其中负载减少装置(10)具有减少比，减少比定义了作用在抽油杆柱(6)上的负载减少的多少；及还包括了描述的几个优选实施例中的减速器(13)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于深井泵系统的负载减少装置以及包括所述负载减少装置的深井泵系统。所述泵系统用于从井中泵送流体，例如来自地下地层或储层的水和/或烃，并且优选地应用于油井。
技术介绍
抽油杆泵是在世界范围内最广泛地用于从地下地层或储层泵送水和/或烃的人工提升系统。该系统主要包括将马达的旋转运动转换成往复运动的泵单元，和将由所述泵单元产生的往复运动传递到位于井底的地下泵的抽油杆柱。所述抽油杆柱必须承受的高负载使其真的沉重，在一些情况下超过在深井中10吨的重量，并且经常变得比待提升的流体柱更重。这种高重量在杆自身上以及在泵单元上产生高拉伸负载，其在每个泵循环中必须承受与杆和流体的重量相关的静态载荷、以及主要与抽油杆柱的加速和减速相关的动态载荷。因此，泵单元必须设计成承受高负载，在一些情况下超过20吨。能够承受所述负载的泵单元必须非常坚固、大、难以运输、难以安装并且非常昂贵。在泵的上冲程期间，抽油杆柱必须承受流体柱的重量、通常在抽油杆泵送中使用的沉降杆的重量、与摩擦相关的负载、惯性负荷和由于其自重的负载。抽油杆柱必须承受所述负载之和的100％。因此，它必须承受由杆的最小横截面积所限定的高负载。所述横截面面积限定了抽油杆的每单位长度的重量和由于其自身重量导致的负载的值，其随抽油杆柱的垂直位置而变化并且在表面处达到其最大值。主要由于高负载和对通常由生产管道的内径施加的抽油杆的最大直径的限制，抽油杆上的疲劳故障非常频繁，导致井的生产停止并且需要昂贵的维修。另外，抽油杆柱的机械强度限制了常规抽油杆泵系统的最大应用深度，由于这，许多深井必须被充分利用，产生比地层可提供的更少量的流体。在这些情况下，为了将负载减少到抽油杆柱能够承受的值，通常使用具有较小柱塞的泵，这通常会限制生产。有时使用长行程的泵单元，其允许减少泵的每分钟冲程并间接产生与抽油杆上的摩擦和惯性相关的负载的减少。现有技术中的其它常见解决方案是使用较高强度的抽油杆以及具有较高负载能力的泵单元。上述用于常规抽油杆泵系统的负载减少解决方案被认为是关于本专利技术的最接近的现有技术。已经开发了其他解决方案，但是它们具有有限的或不存在的实际应用。所述解决方案的示例是液压装置，其使用套管和油管柱之间的压力差以产生减小抽油杆上的负载的向上的力。这些装置的一些变型已经在中国专利中公开，例如CN202673666U(李德传等)、CN202645951U(范立国等)、CN202157953U(王金东等)、CN201714351U(刘丙生等)、CN201705231U(吴钧等)、CN201292939Y(胡文瑞等)、CN201209431Y(张宣来)、CN201074584Y(付亚荣等)、CN201047271Y(欧连贵)、CN102359362A(黄志强等)、CN2856483Y(李延美、张)、CN2353932Y(侯宗等)和CN1283747A(周立人等)。这些文献中描述的装置具有严重的技术问题。其中，因为它们产生小的负载减少，这不能合理化由在井中安装这种设备引起的额外成本和复杂性；在许多情况下，使用由地层的压力完成的功来实现负载减少，但是在抽油杆泵送中的这种能量还用于使流体通过立式阀并因此有助于上冲行程中的柱塞升高；流体上的压降和这些液压装置中的摩擦力可能是重要的，甚至增加抽油杆上的负载；此外这些装置引起严重的压缩问题并且在下冲程期间减慢柱塞的下降。加拿大专利CA2331933A1(贝当古)中描述的装置，类似于上述地工作，但也需要从表面注入流体。由加拿大专利CA2331932A1(贝当古)中的相同作者公开的另一种变型，并且其由包含配重弹簧的装置组成，该配重弹簧在上冲行程期间减少抽油杆上的负载，但是在下冲程期间产生高压缩负载，当泵的柱塞没有流体柱负载时并且必须通过其自身重量下降，从而在抽油杆上施加最小可能的压缩力。在中国专利CN2505617Y(陈文华等)、CN1056436C(周立人等)、CN2293661Y(刘佳秋)、CN2345679Y(邱立峻等)、CN200946486Y(强宝刚、卢)、CN1042212A(潘以文等)中，公开了使用放大装置以增加相对于抽油杆的行程的柱塞行程。所述装置增加了抽油杆上的负载，正好与本专利技术的期望效果相反。在向上冲程和向下冲程中增加抽油杆上的负载，这些装置在下冲程期间可能产生严重的压缩问题，这是由于在泵柱塞上产生的较高的惯性和摩擦力用于增加的行进速度，这在机构的不同元件和抽油杆上产生巨大的压缩问题。还公开了使其输入构件和输出构件之间的运动方向反向的机构，导致更严重的压缩问题。所述机构的实例可以在诸如US2.918.014A(古尔德)、CN203516038U(赵光奇等)和CN2748671Y(张宣来)的专利中找到。其他文献公开了可能看起来与本专利技术类似的机构，但是它们都没有解决由本专利技术实现的抽油杆上的高负载的问题，并且具有完全不同的操作原理。这些文献的实例是美国专利US1.494.510(斯夸尔斯)、US2.975.721(钱塞勒等)和US5.873.411A(普伦蒂斯)。在上述文献中描述的许多机构仅具有一个齿轮级，其不足以传递所需的动力以产生地下泵的油，并因此可能难以或不可能实现适当的操作。另一个常见的问题是在泵和所述装置之间没有沉降杆，当所述部件不能承受这种负载时，迫使它们的部件在压缩负载下工作，并且它也可能在下冲行程期间使得柱塞的下降困难或阻碍柱塞的下降，产生生产问题。因此，本专利技术的一个目的是解决抽油杆上的高负载的问题，以完全不同的方法分析问题，在必要时允许实现对负载的重要减少，完全避免与系统上的压缩负载相关的主要问题，以及避免由于缺乏动力传输能力而导致的过早失效。
技术实现思路
为了消除抽油杆泵系统上的高负载的问题，而不是制造具有较高负载能力的抽油杆和泵单元，通过本专利技术，通过将负载减少装置连接在抽油杆和由所述抽油杆驱动的地下泵之间来减少系统上的负载。因此，实现了抽油杆上的负载与所述装置的减少比成比例地减少。因此，可以通过计算负载减少装置下的负载并选择具有适当减少比的负载减少装置来选择通过抽油杆柱的下端能承受的负载。在传统的抽油杆泵系统中，基本上有三个关键变量用于控制所需的生产：泵柱塞的直径、柱塞行程长度和柱塞速度。本专利技术向系统增加一个新变量，这称为减少比。减少比可以是0和1之间的任何数字，其表示施加在负载减少装置的输入元件中的力与在所述装置的输出元件上产生的力之间的关系。负载减少装置可以具有任何减少比，0.1至0.5的范围内的减少比提供了很大的实际优点。例如，如果使用1:10或0.1的减少比，则意味着对于在负载减少装置的输入处施加的每单位力，在输出处产生10倍的力。所述装置的输入元件必须具有比其输出元件高10倍的位移。通过使用具有1:10的减少比的负载减少装置，输入元件处的力仅为作用在输出元件上的提升负载所需的力的10％。给出了一个简单的例子以便理解通过将所述装置结合在油井中可以产生的巨大影响。在3000米深的井中，连接到沉降杆的抽油杆柱的下端上的最大负载为5000kg。负载减少装置连接在沉降杆和抽油杆柱的下端之间。通过使用1:8或0.125的减少比，由抽油杆柱的下端承受的载荷减少到12.5％，乘以其行程长度的8倍。这意味着抽油杆柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少深井(1)泵系统中的抽油杆柱(6)上的负载的负载减少装置(10)，由所述抽油杆柱(6)以往复运动驱动并驱动地下泵(4)，包括：‑联接到所述抽油杆柱(6)的驱动传动元件(11)；‑减速器(13)，包括至少一组可移动元件组(23)和一组固定元件组(25)；‑所述减速器(13)接合所述驱动传动元件(11)并由其驱动；‑从动传动元件(12)，其接合所述减速器(13)并由其驱动；‑其中所述从动传动元件(12)以相同的方向和感觉移动但以比所述驱动传动元件(11)更低的速度移动；‑并且其中所述从动传动元件(12)联接到所述地下泵(4)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.15 AR 201401026141.一种用于减少深井(1)泵系统中的抽油杆柱(6)上的负载的负载减少装置(10)，由所述抽油杆柱(6)以往复运动驱动并驱动地下泵(4)，包括：-联接到所述抽油杆柱(6)的驱动传动元件(11)；-减速器(13)，包括至少一组可移动元件组(23)和一组固定元件组(25)；-所述减速器(13)接合所述驱动传动元件(11)并由其驱动；-从动传动元件(12)，其接合所述减速器(13)并由其驱动；-其中所述从动传动元件(12)以相同的方向和感觉移动但以比所述驱动传动元件(11)更低的速度移动；-并且其中所述从动传动元件(12)联接到所述地下泵(4)。2.根据权利要求1所述的负载减少装置，其中：-所述减速器(13)包括彼此上下设置的上减速器(44)、下减速器(46)以及数量等于或大于零的中间减速器(45)；-所述上减速器(44)由所述驱动传动元件(11h)驱动；-所述下减速器(46)接合所述从动传动元件(12h)并驱动它；-并且位于所述下减速器(46)上方的任何减速器(44、45)的中间从动传动元件(48)联接到位于减速器(45、46)紧接下面的中间驱动传动元件(47)。3.根据权利要求1所述的负载减少装置，其中：-所述至少一组可移动元件组(23)，包括：-较大直径的旋转传动元件(20)，在其内侧与所述驱动传动元件(11a)接合；-较小直径的旋转传动元件(21)，其相对于所述较大直径的旋转传动元件(20)固定并具有相同的旋转轴线；-其中所述较小直径的旋转传递元件(21)在其外侧与所从动传动元件(12a)接合；-及所述固定元件组(25)，包括：-固定的传动元件组(22)，所述较大直径的旋转传动元件(20)在其上与其外侧接合。4.根据权利要求1所述的负载减少装置，其中：-所述至少一组可移动元件组(23)，包括：-较大直径的旋转传动元件(29)，在其内侧与所述驱动传动元件(11b)接合；-较小直径的旋转传动元件(30)，其相对于所述较大直径的旋转传动元件(29)固定并具有相同的旋转轴线；-较大直径的第二旋转传动元件(31)，具有平行的旋转轴线且位于所述较大直径的旋转传动元件(29)的旋转轴线下方；-其中所述较大直径的第二旋转传动元件(31)也在其内侧与所述驱动传动元件(11b)接合；-较小直径的第二旋转传动元件(32)，其相对于所述较大直径的第二旋转传动元件(31)固定并具有相同的旋转轴线；-旋转传动元件(34)，在其上侧与所述较小直径的旋转传动元件(30)接合，并且在其下侧与所述较小直径的第二旋转传动元件(32)接合，相对于所述元件以相反方向旋转；-其中所述旋转传动元件(34)也在其内侧与所述从动传动元件(12b)接合；-及所述固定元件组(25)，包括：-固定传动元件(33)，在其上所述较大直径的旋转传动元件(29)和所述较大直径的第二旋转传动元件(31)与其外侧接合。5.根据权利要求1所述的负载减少装置，其中：-所述至少一组可移动元件组(23)，包括：-较大直径的旋转传动元件(35)，在其内侧与所述驱动传动元件(11c、11d)接合；-较小直径的旋转传动元件(36)，其相对于所述较大直径的旋转传动元件(35)固定并具有相同的旋转轴线；-其中所述较小直径的旋转传动元件(36)在其内侧与所述从动传动元件(12c、12d)接合；-及所述固定元件组(25)，包括：-至少一个固定的旋转接头，其连接到所述较大直径的旋转传动元件(35)和较小直径的旋转传动元件(36)并且允许它们绕其旋转轴线旋转。6.根据权利要求1所述的负载减少装置，其中：-所述至少一组可移动元件组(23)，包括：-较大直径的旋转传动元件(37)，其位于第一旋转轴线上并且在其内侧与所述驱动传动元件(11e)接合；-较小直径的旋转传动元件(38)，其相对于所述较大直径的旋转传动元件(37)固定并具有相同的旋转轴线；-惰轮旋转传动元件(39)，其位于第二旋转轴线上并且与所述较小直径的旋转传动元件(38)的下侧接合，沿与所述元件相反的方向旋转；-从动旋转传动元件(40)，其位于第三旋转轴线上并且与所述惰轮旋转传动元件(39)的下侧接合；-其中所述从动旋转传递元件(40)在其内侧与所述从动传动元件(12e)接合；-及所述固定元件组(25)，包括：-至少一个固定旋转接头的第一组，其连接到所述较大直径的旋转传动元件(37)和所述较小直径的旋转传动元件(38)并允许它们围绕所述第一旋转轴线旋转；-至少一个固定旋转接头的第二组，其连接到所述惰轮旋转传动元件(39)并且允许其围绕所述第二旋转轴线旋转；-及至少一个固定旋转接头的第三组，其连接到所述从动旋转传动元件(40)并且允许其围绕所述第三旋转轴线旋转。7.根据权利要求1所述的负载减少装置，其中：-所述至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·马丁·游里欧，
申请(专利权)人：保罗·马丁·游里欧，
类型：发明
国别省市：阿根廷;AR