CN116906008A - 一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，包括双拉杆工作筒、至少一组齿轮总成支座和两台左右平行设置的抽油泵，所述齿轮总成支座的上端连接双拉杆工作筒，下端分别通过双泵上接箍连接两台左右平行设置的抽油泵，在拉杆工作筒内设有两根平行设置的齿条拉杆，两根齿条拉杆的下端分别与两根抽油泵柱塞相连，在两齿条拉杆上分别固定设有用于与齿轮总成支座内设置的齿轮相啮合配置的齿条，在齿轮总成支座上设有过流孔。本新发明举升系统不仅可以大幅降低甚至完全避免油管丝扣连接处发生的接触疲劳破坏，减少油管丝扣漏失躺井井次，降低机采井维护作业成本，还实现了井口连续排液和小泵深抽提高泵效的功能。

Description

一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统

技术领域

本发明涉及石油与天然气开采技术领域，尤其涉及一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统。

背景技术

抽油机有杆泵举升一直是石油工业最主要的采油方式之一。有杆泵举升采油井占比在国际上达到80％，国内占比接近95％。作为一种技术成熟可靠、应用范围广泛的采油方式，其具有相比其它采油方式不可比拟的优点。但是，自有杆泵举升技术发明以来，其设计原理上便有一个无法消除的瓶颈问题，制约并缩短了泵抽举升采油管柱的使用寿命，即这一尚无法消除的有害因素缩短了检泵周期，它更是导致占泵抽管柱失效比例最高的油管丝扣漏失躺井的最主要原因。这个有害因素就是抽油机井上下冲程中油管周而复始、永远承受的液柱交变载荷。

为了简化说明原理，这里仅以占比最大的静载荷来分析。众所周期，抽油机井上冲程过程中，液柱载荷由油管转移至抽油泵的柱塞之上，而下冲程过程中，液柱载荷又由柱塞转移至油管之上。如此周而复始，液柱载荷频繁交替作用在油管之上。而这一交变载荷，根据油井动液面、油套压差、井液密度、柱塞直径，以及生产冲次等影响因素不同，载荷大小差异较大，但一般会达到20～60kN力，甚至更大。可想而知，如此较大的作用力频繁交替脉动作用于油管之上，很容易导致油管丝扣连接处发生接触疲劳，最终导致丝扣连接产生微量松动，严重时发生漏失躺井，甚至丝扣破坏断脱落井。而且，液柱交变载荷越大，这一问题越突出。

发明内容

本申请的目的在于针对上述现有技术存在的不足提供一种能实现上下冲程中油管内承受的液柱交变载荷自动抵消，从而消除或者使油管仅需承受极小的交变载荷，且可以实现油管连续排液的一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统。

本申请是这样实现的：

本申请提供一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，包括双拉杆工作筒、至少一组齿轮总成支座和两台左右平行设置的抽油泵，所述齿轮总成支座的上端连接双拉杆工作筒，下端分别通过双泵上接箍连接两台左右平行设置的抽油泵，在拉杆工作筒内设有两根平行设置的齿条拉杆，其中一齿条拉杆的上端偏心连接有抽油杆，两根齿条拉杆的下端分别左右平行穿过齿轮总成支座及对应的左右两台平行连接的抽油泵后与两根抽油泵柱塞相连，在两齿条拉杆上分别固定设有用于与齿轮总成支座内设置的齿轮相啮合配置的齿条，在齿轮总成支座上设有过流孔。

在一些可选的实施方案中，所述齿轮总成支座通过连接杆与双泵上接箍相连，每组齿轮总成支座包括依次相连的齿轮下支座和齿轮上支座，在齿轮上支座和齿轮下支座分别对称设有用于两齿条拉杆穿过的齿条拉杆安装孔、连接杆安装孔、过流孔，在齿轮上支座和齿轮下支座之间设有齿轮支架和安设在齿轮支架上的齿轮。

在一些可选的实施方案中，包括两个同轴心且呈上下镜像对称设置的齿轮总成支座，两个齿轮总成支座之间设有组合管，两平行抽油泵的上端从下至上依次通过双泵连接短节、双泵上接箍、双泵上接头与最下端的齿轮下支座相连，在齿轮下支座、齿轮上支座、双泵上接箍的轴线上均为相同的同轴多孔结构，即分别开设有齿条拉杆安装孔、连接杆安装孔、过流孔。

在一些可选的实施方案中，双拉杆工作筒、组合管、双泵上接头均为同轴圆柱体中空结构。

在一些可选的实施方案中，在齿轮下支座、齿轮上支座、组合管、双泵上接头、双泵上接箍的配合端面分别设有密封圆槽，在密封槽内配置有密封钢圈，其通过连接杆串接锁紧来压紧密封钢圈实现组装体整体密封。

在一些可选的实施方案中，上端的齿轮下支座的螺纹端与双拉杆工作筒连接，双拉杆工作筒与泵上油管连接，下端的齿轮下支座的螺纹端与双泵上接头的螺纹端连接。

在一些可选的实施方案中，所述过流孔安设在整套装置的圆周面和/或中心处。

在一些可选的实施方案中，齿轮下支座和齿轮上支座均通过焊接或铆接或镶嵌的固定方式分别设有齿轮支架，齿轮支架对接面设有卡口结构实现定位和限位组装。

在一些可选的实施方案中，左右平行设置的两抽油泵，抽油泵的固定阀以下通过变扣接头合并连接为一个进液口装置，即采用一条尾管柱油管串连接。

在一些可选的实施方案中，其中一齿条拉杆通过拉杆接箍与加长拉杆连接，加长拉杆顶部与偏心杆头和杆头压帽组合连接，偏心杆头之上连接抽油杆。

在一些可选的实施方案中，所述偏心杆头之上连接脱接器对接头，抽油杆柱通过抽油杆接箍及脱接器接头连接脱接器对接筒，脱接器对接筒与偏心杆头上连接的脱接器对接头撞击实现自动限位连接。

在一些可选的实施方案中，所述两台左右平行设置的抽油泵规格结构、冲程均完全相同，所以上下抽汲过程中增减载的液柱负荷大小也完全相等。

本申请的有益效果是：

本发明通过齿条拉杆、齿轮总成支座、平行双泵，抽油杆柱上下抽汲过程中，通过齿条拉杆带动抽油泵柱塞实现上下交替举升。当左边柱塞处于下死点时，右边柱塞处于上死点，当左边柱塞开始上行时，右边柱塞开始下行，如此周而复始实现交替举升。因为平行双泵与整套装置通过螺纹连接与油管柱实现刚性连接，这样，当左边柱塞上行时，柱塞游动凡尔关闭，左边泵筒减载液柱负荷，而右边柱塞同步下行时，柱塞游动凡尔开启，右边泵筒增载液柱负荷。因为平行双泵规格结构、冲程均完全相同，所以上下抽汲过程中增减载的液柱负荷大小也完全相等。比如，当左边泵筒减载30kN液柱负荷，而右边泵筒即同步增载30kN液柱负荷，反过来亦如此。这样，就达到了整个油管柱几乎在同一时刻增减载大小相等，作用力相互抵消，油管柱等效不再承受液柱交变载荷，大幅降低甚至完全避免油管丝扣连接处发生的接触疲劳破坏，减少油管丝扣漏失躺井井次，降低机采井维护作业成本。而且，因为左右平行双泵为无缝衔接同步交替进排液抽汲，也即实现了井口连续排液的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统的结构示意图(柱塞左下右上抽汲状态图)。

图2为本申请实施例本申请实施例提供的一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统中柱塞左上右下抽汲状态示意图。

图3为本申请实施例中齿条拉杆左上右下抽汲剖视图(消隐部分零部件)。

图4为本申请实施例中齿轮支座组装分解结构图。

图5为本申请实施例中齿轮支座上的安装孔及过流孔结构示意图(消隐部分零部件)。

图中：1—双拉杆工作筒，2—偏心杆头，3—杆头压帽，4—加长拉杆，5—拉杆接箍，6—右齿条拉杆，7—连接杆，8—连杆螺帽，9—齿轮下支座，10—齿轮上支座，11—密封钢圈，12—左齿条拉杆，13—组合管，14—双泵上接头，15—双泵上接箍，16—泵筒连接短节，17—驱动齿轮，18—齿轮支架，19—脱接器对接头，20—脱接器对接筒，21—脱接器接头，22—抽油杆接箍，23—抽油杆柱，24—左泵筒，25—左上游动阀，26—左柱塞，27—左下游动阀，28—左固定阀，29—右上游动阀，30—右柱塞，31—右下游动阀，32—右泵筒，33—右固定阀，A—齿条拉杆安装孔，B—连接杆安装孔，C—中心过流孔，D—圆周过流孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

本实施例提供了一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，包括双拉杆工作筒1、至少一组齿轮总成支座和两台左右平行设置的抽油泵，所述齿轮总成支座的上端连接双拉杆工作筒1，下端分别通过双泵上接箍15连接两台左右平行设置的抽油泵，在对拉杆工作筒1内设有两根平行设置的齿条拉杆，两齿条拉杆对应图中的左齿条拉杆12和右齿条拉杆6，其中左齿条拉杆12的上端偏心连接有抽油杆柱23，两根齿条拉杆的下端分别左右平行穿过齿轮总成支座及对应的左右两台平行连接的抽油泵后与两根抽油泵柱塞相连，在两齿条拉杆上分别固定设有用于与齿轮总成支座内设置的齿轮相啮合配置的齿条，在齿轮总成支座上设有过流孔。

本发明的设计工作原理为：整套装置下井前，在井口调整设置好抽油泵柱塞防冲距和左右平行双泵柱塞的行程差，这样配合齿轮齿条机构上下交替抽汲过程中，既保证双泵均不发生碰泵，也能满足最大冲程需要。当整套装置随油管串下至预定泵深处后，坐好井口油管悬挂器，开始下入底带抽油泵通用型脱接器上半套(对接筒)的抽油杆柱，直至下至与脱接器下半套(对接头)成功撞击对接并自动限位锁紧。

抽油杆柱上下抽汲过程中，通过齿条拉杆带动抽油泵柱塞实现上下交替举升。当左边柱塞处于下死点时，右边柱塞处于上死点，当左边柱塞开始上行时，右边柱塞开始下行，如此周而复始实现交替举升。因为平行双泵与整套装置通过螺纹连接与油管柱实现刚性连接，这样，当左边柱塞上行时，柱塞游动凡尔关闭，左边泵筒减载液柱负荷，而右边柱塞同步下行时，柱塞游动凡尔开启，右边泵筒增载液柱负荷。因为平行双泵规格结构、冲程均完全相同，所以上下抽汲过程中增减载的液柱负荷大小也完全相等。比如，当左边泵筒减载30kN液柱负荷，而右边泵筒即同步增载30kN液柱负荷，反过来亦如此。这样，就达到了整个油管柱几乎在同一时刻增减载大小相等，作用力相互抵消，油管柱等效不再承受液柱交变载荷。而且，因为左右平行双泵为无缝衔接同步交替进排液抽汲，也即实现了井口连续排液的功能。

该发明设计原理虽然理论上实现了油管柱等效不再承受液柱交变载荷，但由于整个机采系统在上下抽汲过程中仍存在振动及惯性载荷，并考虑到油井供液不足情况下，左右泵筒进排液过程可能会存在充满程度和液量大小的较小区别，所以，实际工作中油管承受的液柱交变载荷仍可能会以较小值存在，但是相比传统举升系统，该发明仅表现出超低的交变载荷。如此，即可大幅降低甚至完全避免油管丝扣连接处发生的接触疲劳破坏，减少油管丝扣漏失躺井井次，降低机采井维护作业成本。

本实施例中，所述齿轮总成支座通过连接杆7与双泵上接箍15相连，每组齿轮总成支座包括依次相连的齿轮下支座9和齿轮上支座10，在齿轮上支座10和齿轮下支座9分别对称设有用于两齿条拉杆穿过的齿条拉杆安装孔A、连接杆安装孔B，中心过流孔C、圆周过流孔D，在上齿轮支座和下齿轮支座之间设有齿轮支架18和安设在齿轮支架上的驱动齿轮17。

为降低每个驱动齿轮的受力，延长整个系统使用寿命。本实施例中，设置有两组齿轮总成支座，具体是两组齿轮总成支座为同轴心且呈上下镜像对称设置，两根齿条拉杆为左右平行对称设置，两根连接杆和连杆螺帽为前后平行镜像对称设置。

两个齿轮总成支座之间设有组合管13，两平行抽油泵的上端从下至上依次通过双泵连接短节16、双泵上接箍15、双泵上接头14与最下端的齿轮下支座9相连，在齿轮下支座9、齿轮上支座10、双泵上接箍15的轴线上均为相同的同轴多孔结构，即分别开设有齿条拉杆安装孔A、连接杆安装孔B、中心过流孔C、圆周过流孔D。为保证每个零部件上的A、B、C、D孔(图5所示)均能确保上下对应各孔轴线共线，每个零部件均采用端面接触连接，在齿轮下支座9、齿轮上支座10、组合管13、双泵上接头14、双泵上接箍15的配合端面分别设有密封圆槽，在密封槽内配置有密封钢圈11，其通过连接杆串接锁紧来压紧密封钢圈11实现组装体整体密封。

此外，根据柱塞抽汲负荷大小，延长齿条拉杆长度后，还可以轴向增加第3组或者第4组，甚至更多组齿轮总成支座，以此来平均分担两条齿条拉杆上的抽汲负荷，降低每个传动齿轮的受力，延长整个系统使用寿命。

本实施例中，上端的齿轮下支座9的螺纹端与双拉杆工作筒1连接，双拉杆工作筒1与泵上油管连接，下端的齿轮下支座9的螺纹端与双泵上接头14的螺纹端连接。双泵上接头14的另一端通过端面密封钢圈11与双泵上接箍的端面压紧连接，这样可以保证双泵上接箍与左右泵筒连接短节连接的螺纹孔可以与左右齿条拉杆同轴心组配。

本实施例中，整套装置圆周均布的D孔为抽汲过流孔，中心C孔也为抽汲过流孔，且轴线正对驱动齿轮，抽汲过流同时可以起到对齿轮的润滑降温作用，延长装置使用寿命。

本实施例中，齿轮下支座9和齿轮上支座10均通过焊接或铆接或镶嵌的固定方式分别设有齿轮支架18，齿轮支架对接面设有卡口结构实现定位和限位组装。

本实施例中，左右平行设置的两台小口径抽油泵具体结构如图所示，包括左泵筒24，与对应左齿条拉杆12相连的柱塞26、上游动阀25、下游动阀27以及固定阀28，右侧抽油泵结构相同，同样包括泵筒32，与右齿条拉杆6相连的柱塞30、上游动阀29、下游动阀31以及固定阀33，在固定阀以下可通过变扣接头合并连接为一个进液口装置，即可以采用一条尾管柱油管串。

整个系统随油管下至井内预定泵深处后，再在油管内下入底带脱接器对接筒的抽油杆柱，脱接器对接筒与偏心杆头上连接的脱接器对接头撞击实现自动限位连接，然后适当上提一定防冲距高度后，抽油杆柱即可驱动齿条拉杆实现一杆双泵上下交替同步举升抽汲作用。需要作业起出时，首先按照脱接器技术标准旋转倒开脱接器对接筒与对接头，即可实现正常起出抽油杆作业。

施工时，两台小口径抽油泵平行入井，通过双泵上接头14、双泵上接箍15、泵筒连接短节16相互连接，平行对称连接在齿轮下支座9底部，两根抽油泵柱塞亦分别平行连接在两根平行设置的齿条拉杆上，两根齿条拉杆由下至上依次平行穿过齿轮下支座9、齿轮上支座10、组合管13、齿轮上支座10、齿轮下支座9，并分别与设置在齿轮下支座9和齿轮上支座10之间的驱动齿轮17啮合，整体组合成齿轮齿条机构。齿轮下支座9、齿轮上支座10和驱动齿轮组成一组齿轮总成支座，两组齿轮总成支座为上下同轴心镜像对称设置。其中一根齿条拉杆通过拉杆接箍5与加长拉杆4连接，加长拉杆4顶部与偏心杆头2和杆头压帽3组合连接，偏心杆头2之上连接抽油泵通用型脱接器的对接头19。

整个系统随油管下至井内预定泵深处后，再在油管内下入底带脱接器对接筒20的抽油杆柱23，脱接器对接筒20通过脱接器接头21、抽油杆接箍22与抽油杆柱23相连。脱接器对接筒20与偏心杆头2上连接的脱接器对接头19撞击实现自动限位连接，然后适当上提一定防冲距高度后，抽油杆柱23即可驱动齿条拉杆6和12实现一杆双泵上下交替同步举升抽汲作用。需要作业起出时，首先按照脱接器技术标准旋转倒开脱接器对接筒与对接头，即可实现正常起出抽油杆作业。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (12)

1.一种一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，包括双拉杆工作筒、至少一组齿轮总成支座和两台左右平行设置的抽油泵，所述齿轮总成支座的上端连接双拉杆工作筒，下端分别通过双泵上接箍连接两台左右平行设置的抽油泵，在拉杆工作筒内设有两根平行设置的齿条拉杆，其中一齿条拉杆的上端偏心连接有抽油杆，两根齿条拉杆的下端分别左右平行穿过齿轮总成支座及对应的左右两台平行连接的抽油泵后与两根抽油泵柱塞相连，在两齿条拉杆上分别固定设有用于与齿轮总成支座内设置的齿轮相啮合配置的齿条，在齿轮总成支座上设有过流孔。

2.根据权利要求1所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，所述齿轮总成支座通过连接杆与双泵上接箍相连，每组齿轮总成支座包括依次相连的齿轮下支座和齿轮上支座，在齿轮上支座和齿轮下支座分别对称设有用于两齿条拉杆穿过的齿条拉杆安装孔、连接杆安装孔、过流孔，在齿轮上支座和齿轮下支座之间设有齿轮支架和安设在齿轮支架上的齿轮。

3.根据权利要求2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，包括两个同轴心且呈上下镜像对称设置的齿轮总成支座，两个齿轮总成支座之间设有组合管，两平行抽油泵的上端从下至上依次通过双泵连接短节、双泵上接箍、双泵上接头与最下端的齿轮下支座相连，在齿轮下支座、齿轮上支座、双泵上接箍的轴线上均为相同的同轴多孔结构，即分别开设有齿条拉杆安装孔、连接杆安装孔、过流孔。

4.根据权利要求2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，双拉杆工作筒、组合管、双泵上接头均为同轴圆柱体中空结构。

5.根据权利要求3所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，在齿轮下支座、齿轮上支座、组合管、双泵上接头、双泵上接箍的配合端面分别设有密封圆槽，在密封槽内配置有密封钢圈，其通过连接杆串接锁紧来压紧密封钢圈实现组装体整体密封。

6.根据权利要求3所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，上端的齿轮下支座的螺纹端与双拉杆工作筒连接，双拉杆工作筒与泵上油管连接，下端的齿轮下支座的螺纹端与双泵上接头的螺纹端连接。

7.根据权利要求2或3所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，所述过流孔安设在整套装置的圆周面和/或中心处。

8.根据权利要求1或2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，齿轮下支座和齿轮上支座均通过焊接或铆接或镶嵌的固定方式分别设有齿轮支架，齿轮支架对接面设有卡口结构实现定位和限位组装。

9.根据权利要求1或2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，左右平行设置的两抽油泵，抽油泵的固定阀以下通过变扣接头合并连接为一个进液口装置，即采用一条尾管柱油管串连接。

10.根据权利要求1或2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，其中一齿条拉杆通过拉杆接箍与加长拉杆连接，加长拉杆顶部与偏心杆头和杆头压帽组合连接，偏心杆头之上连接抽油杆。

11.根据权利要求1或2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，所述偏心杆头之上连接脱接器对接头，抽油杆柱通过抽油杆接箍及脱接器接头连接脱接器对接筒，脱接器对接筒与偏心杆头上连接的脱接器对接头撞击实现自动限位连接。

12.根据权利要求1或2所述的一杆双泵同步驱动交替连排超低交变载荷深抽举升系统，其特征在于，两台左右平行设置的抽油泵规格结构、冲程均完全相同，所以上下抽汲过程中增减载的液柱负荷大小也完全相等。