TW200813316A - Dual cylinder lift pump system and method - Google Patents

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200813316 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係2006年6月29日由Marion Brecheisen所提出申 請之美國第1 1 /47 8,202號專利申請案「自地下地層回收流 體之雙缸式揚升泵及方法」之部分接續案，且此美國前案 係以參考之方式被倂入本文中。 本發明係有關於井下抽吸系統，且尤有關於一種用於從 地下地層處抽取流體（諸如油及瓦斯）之低外形泵揚升機 系統及方法。 【先前技術】 多年來已發展出許多種類之抽吸裝置，以供從鑽入地下 地層內之井中抽取流體。一通常被稱爲「遊樑式泵」之習 知裝置的特徵在於具有一被繫接於此樑之一端部上之抽吸 桿串，而此樑係由一動力驅動源（諸如一藉由一連接桿臂 而被聯接至此樑之相對向端部上之馬達）所驅動。典型地， 抽吸桿將延伸至井內相當深之距離，並被連接至一井下 泵，且將因應透過連接桿臂之推動力所起動之重量而被上 升及下降，藉以導致流體從井內被汲出。 遊樑之搖擺運動將平衡被升起之流體的重量，且在當抽 吸桿係部分地由於抽吸桿串之重量、被升起之流體的重 量、及克服在抽吸桿下行衝程之荷重慣性所需要的力而開 始其上行衝程時，此重量將達到最大程度；而在5000呎至 6000呎等數量級之深井中，抽吸桿及被升起之油的重量可 能會超過8000磅。由於當泵桿穿過地層前進時爲克服流體 壓力所遭遇之阻力，以致一較小於或相等於此流體壓力之 200813316 荷重將在每一下行衝程期間被加至動力驅動源上。此遊樑 式泵揚升機之優點及缺點係爲習知且被詳細地記錄，因此 已有許多不同之方法已被利用，並已獲致不同程度之成 就。儘管如此，仍存在著對一種泵揚升機之需求，其係低 外形、可被安裝在地面上或下並具有一可調整長度衝程、 且低電力需求，及藉由這些來克服遊樑式泵中之桿速及衝 程控制的固有問題。 有必要進一步地使泵桿運行之上及下端部處之壓力驟升 現象減至最小，以便可避免應力集中在諸桿接頭上，否則 其可能導致桿之伸展、鬆弛及毀壞。 【發明內容】 在本發明之一重要特徵中，若干新穎且經改良之井口缸 一起運轉在泵桿或抽吸桿之諸相對側上；另外，由於缸之 效率及抽吸桿串之荷重或重量、被升起之流體的量、與荷 重在完成每一下行衝程後之慣性的平衝，使得諸缸中之每 一者均可藉由氮氣與其下方之液壓流體的組合或者單只藉 由氮氣而在實質較低之馬力需求下被平衡，而且可平衡在 每一上行衝程期間推進抽吸桿向前之諸力或者抵抗抽吸桿 向前之阻力。 根據本發明之另一特徵，位在泵桿之相對側上之諸平衡 缸被可調整地連接至一橫桿之諸相對端部上，以便可精準 地將泵桿定位在其間之中央處；且諸缸具有藉由調節流體 流向諸缸之流動壓力及方向而在一廣闊範圍中嚴密地控制 泵循環速率及泵桿衝程長度之能力。在將泵桿定位在諸缸 間之中央處的過程中’栗桿之衝程長度可被減小至足以使 200813316 泵桿可連續操作而不致妨礙到其他操作，諸如一般被稱爲 中心樞軸式及側向移動式之地面上機動灌溉系統，而此類 中心樞軸灌溉系統配備有若干噴灑器，此類側向移動灌溉 系統則具有一系列噴灑管，其可前後推進而涵蓋整個田地。 在其他特徵中，另還可提供一可被安裝在地面上或下方 之抽吸系統，其可在與傳統馬頭式泵揚升機相較只要極低 之馬力需求下而更具能源效率，以致可使用太陽能作爲其 電力來源，且其需較少之維護、重量輕、且相對於一般所 必要之全尺寸牽引式掛車，其可輕易地藉由小貨車而被來 ®地搬運於田地間，以致建造及安裝所需之升起裝置或起 重裝置減至最少，而具有增長使用壽命之最小數量活動部 件例如可由一電腦所遙控，而此電腦將同時控制多個泵揚 升機’其具有在數毫秒內調整泵抽吸速度以及諸缸與泵桿 之衝程長度的能力，此諸泵揚升機可經由網路或使用可程 式PC板之電話而被監視及控制，且諸PC板可保留訊息並 提供物主所需之針對諸如使用、生產、故障、電力使用、 泵抽吸體積、系統問題等事項之報告，以及可監控整個系 統之機能狀況，包括過濾器、油高度、泵抽吸活動力、電 源、運轉時間、及生產標準，且具有在必要時不需人力介 入之下使系統停機。 根據本發明之一觀點，一種用於使一泵桿串往復運動於 一油井或其他流體井中之泵揚升機包括··一接地基架；泵 桿串之一上端部，其向上延伸穿過基架；及若干活塞驅動 缸總成，其被安裝在基架上以便可延伸於泵桿串之諸相對 側上’其中壓力下之流體被選擇地引進諸缸總成內，以便 200813316 可逆地一同驅動諸活塞中之每一者，藉以使泵桿串作往復 運動。在另一觀點中，諸缸總成中之每一者包括用於平衝 泵桿串之荷重或重量之裝置，其包含被升起之流體的量與 荷重在完成每一下行衝程後之慣性，並且可平衡在每一上 行衝程期間抵抗抽吸桿串向前之阻力。 " 另一觀點係爲一種從地下地層處回收流體之方法，其中 - 一泵桿串向下延伸至該地層內，並包括下列之步驟：將一 對液壓流體缸總成安裝於此延伸於地面上之泵桿串的上端 r 部之諸相對側上；將壓力下之液壓流體施加至諸缸總成， 以便可使該泵桿串作往復運動；及平衡此泵桿串及從該地 下地層處被抽出之諸流體的重量，以便可在諸缸中的液壓 流體壓力與泵桿串的重量之間達成平衡。最合意地，平衡 係藉由利由一流體迴路而被達成，此迴路將壓力沿一向上 方向而施加在每一活塞之整個上端部，並對等地在每一上 行衝程時將壓力下之液壓流體施加至每一活塞之下端部， 且當壓力下之流體沿一向下方向作用在諸活塞時，同時將 , 流體壓力從諸活塞之上及下端部處釋放，以便可起始此泵 i. 桿串之下行衝程；且平衝流體迴路至少部分地係由一可壓 縮氣體（諸如單獨氮氣或者油上之氮氣）所組成。諸經平 衡之缸的運用會導致極低之馬力需求。例如，正常液壓缸 需要2500-3000psi，而諸經平衡之缸則需要小於正常需求 之1 0 %，且甚至可能小於2 5 0 p s i之液壓壓力。此亦導致可 使用較小缸且可容納任何所需升起高度之能力。 根據另一觀點並與前述之平衡缸配合協作的，一液壓控 制迴路包括：一方向控制閥；一控制開關，其被連接至方 200813316 向控制閥，以便可調整壓力下之液壓流體經由壓力及返回 管線之流動，藉以可逆地驅動諸驅動缸中之每一者；且其 特徵在於一壓力延遲缸，其內具有一活塞頭，及被連接至 諸壓力及返回管線中之每一者上之延遲缸的兩相對端部， 其中方向控制閥經由控制開關而達成之反轉，將使得壓力 下之流體在連續地經由諸壓力及返回管線中之每一者推進 以反轉驅動缸之衝程前，先連續地經由此延遲缸之諸相對 端部而塡滿此延遲缸。 除了上述之方法及設備之外，另外之觀點與實施例將經 由參照諸附圖及硏讀下列說明而變得顯而易知。若干例示 用實施例配合諸圖式而被說明。本文中所揭示之諸實施例 與諸圖式將被視爲例示說明用而非作爲限定。 【實施方式】 詳細參照諸圖式，藉由第1及2圖中之說明性範例而顯 示一用於從地下地層處抽取油及瓦斯之泵揚升機系統1 〇， 其槪括地包括一基架或平台1 2，其可藉由位於混凝土基座 1 6上之調整螺桿1 4而被裝設；且一習知之泵桿向下延伸穿 過一現有之井套管20，並在兩相對側上與諸缸總成22成側 面相接，而每一總成22具有一活塞24，其上端被安裝至一 橫桿26上。在第1至4圖所示之實施例中，一種液壓流體 與氮氣之組合可藉一種將於下文中描述之方式而從一連接 至貯槽3 2及氮氣供應源3 4上之液壓馬達3 0處被供應至各 缸22。一適當之控制面板36調整對諸缸22之液壓流體供 應，以便可經由被可調整地安裝在泵桿上端部上之橫桿2 6 及泵桿夾鉗3 8而控制泵桿之升起及降低。 -10 - 200813316 此泵桿總成係屬習知之結構，其具有一串延伸穿過井套 管之桿，並配備有一井下泵，其具有一可在此泵桿串之諸 交替衝程進行時強制流體向上通過套管。此泵桿串可向下 延伸達可觀之距離，而此諸距離延伸在從數百呎至數千呎 深之任何地方。因此，在此泵桿串之每一上升衝程時，諸 缸總成22必須能不只克服泵桿總成及其井下配件之重 量，還要能克服被升起至地面之流體的重量，以及其他慣 性力與摩擦力。此外，當泵桿總成被反轉以完成每一循環 時，諸缸22將會被強制去克服在每一下行衝程時較小或相 等之荷重。 第2圖更詳細地說明平台或基架1 2，其包括藉由若干相 隔且平行之橫向支架42而被連接在一起之若干相隔且平 行之I型樑40，而在四個隅角中之每一者處設有一混凝土 基座16，其各可被安裝在所要之深度處，以便可連同諸調 整螺桿1 4而一起補償地形上之傾斜或差異。將可輕易地察 知的是，基架1 2可被修改成可用於離岸平台作業。同等重 要地，基架12係被安裝在一現有之泵桿18及其套管20上， 且在地面上之作業中，必要之孔被鑽入地面之中以便可將 缸22插置入缸套筒護箍44內。本實施例之另一特徵在於 其可運用在許多田地中之能力，而在此諸田地處，其他之 地面上作業（諸如自動灌溉系統，其配備有若干遍及田地 極大面積之遊樑）正持續地運作著，且諸灌溉管線通常被 升高離地不超過8至1 0呎。爲使泵揚升機系統可持續運 轉，很重要的是可限制泵揚升機及諸缸2 2在地面上之衝程 長度，以便不妨礙諸灌溉管線之前進，且同時維持大體上 -11- 200813316 可持續回收諸如油、瓦斯或水等之地下地層流體。 上橫桿26係成一空心且槪略呈矩形之樑型式，其上經 若干連接板46而繫接活塞24之諸上端部。諸連接板46 焊接至活塞24之諸上端部，且各連接板46藉由若干U 螺栓或連接帶48而被可調整地繫接至橫桿26之底面。 連接帶48使得上活塞端部之諸連接板46可在橫桿26之 長上滑動地調整，直到泵桿1 8被精準地定位在諸活塞間 中央處。參照第3圖所示，必須留意的是各活塞24之上 部包括一具有上斜邊5 2之實心錐形頭部5 0，其可被插入 管狀收納件54內，而此收納件54具有一與頭部50之外 形壁表面成互補之內錐形壁56,且收納件54之上緣被焊 至連接板4 6，並使錐形頭部5 0被楔牢於收納件5 4內。 第4及5圖詳細說明分別位於升高及降低位置上之諸 塞總成24中之一者。各活塞總成24包括一具有被永久 繫接於上擴大端部50上之上螺紋端部6 1的長條狀活塞 60，且向下延伸穿過一較小直徑之活塞管62而終止於一 永久地繫接於活塞頭64上之下端部63中，此活塞頭64 收納與活塞管62之內壁成可滑動但密封啣合狀態之密 件66、66’及磨耗環68。活塞管62終止於一下螺紋端 72中，其被繋接至缸頭75之內壁74的上端部。缸頭 中之一中心孔收納一肘形配件76,其與第二配件77相連 於一延伸自接口 79處之液壓管78的下端部處。 液壓輸送管7 8向下延伸穿過位於外同心缸8 2與內同 之下方圓筒形延伸部84間的環域或外腔室80。此延伸 8 4從一位在外同心缸8 2之上端部處之校準環8 6起向下 由 被 形 諸 縱 之 端 錐 接 活 地 軸 被 則 封 部 75 結 心 部 延 -12- 200813316 伸，並具有一被繫接至缸頭7 5之外壁8 8上之下螺紋端部 87，而缸頭75相對於管件84具有增大之厚度，且與套筒 74係一體成型並成外間隔之同心關係。一系列緊密間隔之 孔63彼此成圓周間隔關係地垂直延伸穿過一位於套筒74 與外壁8 8間之缸頭7 5的中間部分，以便可分別地建立油 • 在內及外腔室92、80間之流動的連通。校準環86具有一 - 形成於弧形半徑上之外表面，其與一位於環形基座8 7上之 互補內表面相啣合地被楔牢，以便可在基座87上自行校 f 準，並可被裝設在該橫桿42之間，如第2圖中所示。在第 3圖中，爲清晰起見，校準導件86被顯示成與基座87成間 隔關係，但在實際操作中將會與元件8 7保持密封啣合之狀 態，如第4及5圖中所示。 一較大直徑之活塞管102具有一上內螺紋端部103,其被 * 永久地繫接於活塞軸60之上錐形頭部50上，此活塞管102 . 以可滑動但密封啣合之狀態向下地延伸穿過缸蓋1 00，而此 蓋100在其上端部處具有與外管102成密封接觸狀態之內 4 密封件104、104’ 。此管102向下地延續而終止於一與下 圓筒形延伸部84成密封但可滑動啣合狀態之套筒1 06中， 而此套筒106在上端部處具有一外肩部90，且若干油封 107、107’被插置在套筒端部106與圓筒形延伸部84之 間。一接口 108延伸穿過上端部96而與位於下圓筒形延伸 部84與活塞管102間之環狀流體通道109相連通，以便可 用一將於下文中描述之方式將活塞從第4圖所示之升高位 置驅動至第5圖所示之降低位置。 一接口 110被安置於校準環8中，以便可用一將於下文 -13- 200813316 中描述之方式將壓力下之氮氣引進環域80內，以便可平 泵桿串之重量。在此關係下，外缸82之下端部被一具有 放塞85之端板83所關閉。然而，位在諸管62及102之 端部處的缸頭7 5具有一*系列之孔6 3 ^以致使位於諸管 及102間之通道92可與環域80成敞開之流體連通狀態 環域80被塡充以液壓流體達一高度處，以便使得在此環 被預先從供應槽3 4處裝塡以惰性氣體（諸如壓力下之 氣）時可迫使液壓流體向上塡滿內腔室92，如第6圖中 示，而腔室92中之任何空氣均從位在活塞管102之上盡 末端處之排放孔101逃逸。槽34經由具有切斷閥122之 口管線1 2 3而被塡充以來自一適當來源（諸如一經加壓 氮氣瓶）處之氮氣。依次地，若干出口管線124從槽34 導入諸接口 1 1 0，以便如前述般地塡滿各環域8 0，且氮 壓力可藉由壓力調節器35而被調節，以便可在氣體G及 第4圖中所示之油F ’間建立所要的平衡。另一位於管 1 24中之閥1 22在泵桿已經平衡之後接著被關閉。很重要 必須留意的是，在抵銷或平衡泵桿1 8及如先前所述般地 地層處被升起之油或其他流體的重量期間，以F及F’ 代表之油係與被聯結於栗3 0及槽3 2上之液壓控制迴路 隔離狀態。 如第4至6圖中進一步說明的，液壓泵3 〇經由管線] 通過方向控制閥1 1 2及上升管線1 1 4，將壓力下之液壓流 供應至諸接口 79中之每一者及管78內，並向上進入位 套筒74中之內同心通道73內，以便作用在兩缸22中之 塞端部6 4的整個底面上。一位在管線1 1 1中之流量控制 衡 排 下 62 〇 域 氮 所 頭 入 之 處 氣 如 線 且 從 所 成 11 體 於 活 閥 -14- 200813316 1 1 6可被手動地控制或被遙控，以便在朝一通過各單獨活塞 管62之方向驅動各活塞軸60期間可調整被輸送至活塞端 部64之流體體積。在提升或抬升諸活塞24之過程中，橫 跨諸活塞端部64之流體壓力將藉由腔室92中之流體壓力 而被增大，以致使在腔室80中之流體高度將隨著其被壓力 下之氮氣強迫進入腔室92內而被降低。位於諸缸22中之 諸活塞24藉由前述之液壓控制迴路而被一起抬升，以便可 升起抽吸桿1 8 —段由方向控制閥1 1 2所決定之預定距離。 閥滑軸1 1 3如第6圖所示般地在一極限開關2 5之控制下被 移至左側，而此極限開關則如第1圖所示般地被定位在橫 桿25之運行路徑中。此極限開關在高度上可被調整，以便 可控制抽吸桿1 8之衝程長度。 藉由使經過方向控制閥1 1 2之流體的流動反向，壓力下 之液壓流體經由管線1 15而被導引至諸缸之接口 1〇8,以便 可經由位在外活塞管1 02與圓筒形延伸部84間之外通道 1 09而供應此壓力下之液壓流體，以便可作用在位於套筒上 端部處之整個外肩部90上，並將諸活塞中之每一者向下驅 動以使抽吸桿1 8之衝程反向。輸送管7 8中之壓力下的液 壓流體不受約束地經由管線1 1 4及下返回管線1 1 8而返回 至液壓貯槽3 2內。同時，諸活塞24之上端部將迫使在內 腔室92中之一些液壓流體返回至環域80,並將氮氣壓縮至 某種程度，以致使得液壓流體高度與其在如第4圖所示之 下行衝程開始時之高度相較係爲被升高的。因此’在如第 5圖所示之諸活塞24及抽吸桿1 8之下行衝程終了時’外環 域80中之氮氣及液壓流體將在上升衝程間始時恢復至與 -15- 200813316 抽吸桿之重量相平衡之平衡狀態下。一位於控制管線中之 壓力釋放閥1 20允許液壓流體在發生超載之情況下可經由 管線1 1 8而返回至槽3 2。 爲說明而非限定之目的，較深井所用之氮氣可在3 00psi 至3 5 0psi之數量級上；而較淺井所用者則大致上可被降 | 低。一旦泵桿1 8已經平衡，衝程速度可藉由透過流量控制 ' 閥72控制液壓流體之體積或質量流率而被設定，且衝程長 度可如先前所述地藉由極限開關25或一位於灌溉控制面 / 板上之適當遙控開關1 26而被調整。因此，在一圓形灌溉 系統中，遙控計時器開關1 26經由管線被連接至閥11 3，以 便可選擇地縮短泵桿之衝程，使其不致會妨礙到灌槪控制 管線在橫跨諸泵桿中之每一者期間之前進。此外，液壓流 體壓力可與衝程長度成比例地變變，以便可例如在當衝程 長度被減小時，液壓壓力可被增大，以便能增加衝程之速 度，且仍可從井中抽取出相同量之流體。 其他實施例之詳細說明 毫: 第7及8圖說明一用於泵揚升機之另一實施例的缸總成 22’ ，且其中相類似之部分被對應地以原有 > 元件符號標 示。事實上，缸總成22’相當於前一實施例中之缸總成22， 除了其利用氮氣作爲僅有之平衡流體，以取代前述在油上 方塡充氮氣作爲平衡流體者。雖然未示於圖，但諸缸總成 之液壓控制迴路以及氮氣供應槽均相同於第1至6圖所示 及所述者，除了液壓流體或油並未被引進環域80’或腔室 92’內之差異外。作爲取代的，氮氣被引進接口 1 1〇’ ，直 到其到達平衡泵桿串1 8之荷重所需之壓力標準爲止，此如 -16- 200813316 先前在第1至6圖中所述者。氮氣壓力標準可藉由供應槽 34上之壓力調節器而被適當地調節，以便使得一旦達到適 當之平衡後便將被關閉。因此，在第8圖所示之下行衝程 進行中，活塞頭50’將向下推進以迫使氮氣離開腔室92’ 並進入環域80’內，以便可略微增加環域80’中之氮氣壓 力。相反地，在第7圖所示之上行衝程進行中，氮氣將隨 著活塞頭50’之向上移動而塡滿流體通道92’ ，並略微地 減小氮氣壓力以備進行下一個下行衝程。 在其他優點中，還有在如第1至6圖中所示地在油F及 F’上方利用氮氣之優點在於：那些被暴露在油F而非氣體 G中之密封件將不易受到洩漏之影響，且任何在活塞端部 64與管62間之磨耗表面均被潤滑，因而可在田地中具有較 長之耐用壽命。 在第9至11圖中所示之實施例中，第6圖所示之液壓控 制迴路被修改成可包括一延遲缸1 3 0，其被安裝在諸控制管 線1 1 4及1 1 5之間，以便可調節流體壓力且尤其可減緩在 每一上行及下行衝程開始時之流體壓力驟升及加速衝擊。 相類似之部分被對應地以第6圖中之元件符號標示，且此 延遲缸係由在各端部處均被一端板1 34所關閉之外圓筒形 管132所構成，此端板134藉由若干緊固件135而被繫接 至一密封板1 3 6上，而此密封板1 3 6被嵌入管1 3 2之端部 內且配備有一與管132之內壁相啣合之〇形環137。雖然 未示於圖，諸端板1 3 4可被牢固地夾持在管1 3 2之兩相對 端部上，以便可將諸密封板1 3 6固定在管1 3 2之兩相對端 部處的適當位置上。一位於缸1 3 0之各端板1 3 4中的油接 -17- 200813316 口 138藉由一流體管線140而被連接至諸流體管線114及 115中之一者上，且一位在各端部處之空氣排放口 142可藉 手動方式打開，以便在第6圖之控制迴路運作之前先將空 氣自缸130中排除。一位於缸中之浮式缸頭144上配備有 若若油封146與若干磨耗環148之組合，以便可在活塞頭 ' 144之外表面與缸130之內壁表面間建立可滑動但密封之 • 啣合。 如前所述者，泵3 0導引液壓流體通過管線1 1 1及方向控 ， 制閥1 1 2經由管線1 1 4而進入諸接口 79中之每一者內，以 ~+便可將諸缸22 —起提升並舉起抽吸桿18,或可藉由移動方 向閥1 1 2而使流動反向，以便可導引流體通過管線1 1 5而 到達諸接口 1 0 8，藉而使抽吸桿1 8之衝程反向；且在輸送 管7 8中之液壓流體不受約束地經由管線1 1 4而返回至貯槽 32。相反地，當流體在上升衝程進行期間被導引通過管線 1 1 4時，流體將經由管線1 1 5而返回至貯槽3 2。 爲了在每一上行衝程及下行衝程開始時防止壓力驟升及 , 加速衝擊，液壓流體起初將遵循最小阻力之路徑而進入延 遲缸130，藉此可迫使活塞頭144移至缸之一端部，如第 1 0圖中所示，且延遲或緩衝經分傳至將於井下被輸送之流 體的衝擊。每次控制迴路反轉其衝程時，如第1 1圖所示， 被強制進入缸1 3 0中之壓力下的流體亦將在作用抵擋殘留 在活塞頭之相對側中之流體的過程中多多少少被減少；而 在此相對側中之流體當然將不受約束地返回至貯槽3 2。一 旦活塞頭1 44被迫抵住缸1 30之各端部，則流體壓力將逐 漸地在壓力管線1 1 4或1 1 5中增升，且根據情況而作用至 -18 - 200813316 諸接口 79或108，並以對此井下串產生最小伸展或 情形反轉抽吸桿1 8之衝程。 如第9圖所示，第6圖中之泵系統被進一步修改 氮氣供應槽3 4，並作爲取代地直接經由閥而裝塡諸 例如，此經修改之系統具有特別適用於淺井之實同 ' 並不需要太大之壓力來平衡泵桿1 8以及從地層處 - 之油及其他液體的重量。可取代該槽3 4與其配件的 室80’被擴大至可達到儲存所要氮氣體積量所需之 Γ' 且當液壓流體被強制進入諸腔室80時將壓縮氮氣 一衝程之用。 由前述內容可察覺到，延遲缸130係適於與第1 中所示之系統以及剛剛敘述之第9至1 1圖中所示之 合使用。此外，諸未設有供應槽34之擴大腔室80’ 用於如第1至6圖中所示設有或未設有壓力延遲缸 系統中。 因此，應理解的是，雖然本文中提出並描述了多 例或觀點，但這些及其他修改型式均可在不脫離如 i . 請專利範圍所界定之本發明以及其合理均等物的精 圍下被達成。 【圖式簡單說明】 第1圖係可在地下地層中操作一泵桿串之泵揚升 施例之示意圖； 第2圖係第1圖中所示栗揚升機系統之略微分解： 第3圖係諸缸總成中之一者的更詳細縱向剖面圖 第3 A圖係第3圖中所示缸頭之詳細端面圖； 衝擊之 以去掉 缸22。 性，其 被升起 ，諸腔 程序； 以備下 至8圖 系統配 可被利 130之 個實施 後附申 神及範 機的實 ε體圖； -19- 200813316 第4圖係第3圖中所不缸總成之主要構成部分的另一*縱 向剖面圖，而此缸總成正處於完成上行衝程之狀態或位於 已升高之位置； 第5圖係第3及4圖中所示缸總成之另一縱向剖面圖， 而此缸總成正處於完成其下行衝程之狀態； 第6圖係第1及2圖中所示泵揚升機系統之示意圖，其 顯示液壓控制迴路以及用於平衡諸缸之氣體供應； 第7圖係一僅用氮氣作爲平衡流體之缸總成的另一實施 例之縱向剖面圖，而此缸總成被顯示正位於已升高之位置； 第8圖係第7圖所示缸總成之縱向剖面圖，而此缸總成 被顯示正處於完成其下行衝程之狀態； 第9圖係第1及2圖中所示泵揚升機系統之示意圖，而 此泵揚升機系統配備有一修正型式之液壓迴路及氮氣源； 第1 0圖係第9圖中所示液壓迴路用之延遲缸的詳細縱向 剖面圖，而此延遲缸配備有一活塞頭，其正處於一上升衝 程之開始並位在一移動盡頭末端處；及 第1 1圖係第1 0圖中所示延遲缸之縱向剖面圖，而此延 遲缸正處於一下降衝程之開始並位在相對向之移動盡頭末 端處。 【主要元件符號說明】 10 栗揚升機系統 12 基架/平台 14 調整螺桿 16 混凝土基座 18 栗桿/抽吸桿 -20- 200813316 18 泵桿串/抽吸桿串 20 套管 22 缸總成 22’ 缸總成 24 活塞 25 極限開關 26 橫桿 30 液壓馬達/泵 32 貯槽 34 氮氣供應源/供應槽 36 控制面板 38 泵桿夾銷 40 I型樑 42 橫向支架 44 缸套筒護箍 46 連接板 48 U形螺栓/連接帶 50 錐形頭部 50’ 活塞頭 52 上斜邊 54 管狀收納件 56 內錐形壁 60 活塞軸 61 上螺紋端部 62 活塞管 -21 - 200813316 63 下 64 活 66 密 66， 密 68 磨 72 下 73 內 74 內 75 缸 76 肘 77 第 78 液 79 接 80 80， rm 82 外 83 端 84 圓 85 排 86 校 87 下 88 外 90 外 92 內 92, 腔 端部/孔 塞頭/活塞端部 封件 封件 耗環 螺紋端部 同心通道 壁/套筒 頭 形配件 二配件 壓管 □ 域/外腔室 域 同心缸 板 筒形延伸部 放塞 準環 螺紋端部/環形基座 壁 肩部 腔室/通道 室/流體通道 -22- 200813316 96 上 λ山 m 部 100 缸 蓋 101 排 放 孔 102 活 塞 管 103 上 內 螺 紋 丄山 m 部 104 內 密 封 件 104’ 內 密 封 件 106 套 筒 107 油 封 107’ 油 封 108 接 □ 109 I祖 3¾ 狀 流 體 通 道 110 接 □ 110’ 接 □ 111 管 線 1 12 方 向 控 制 閥 1 13 閥 滑 軸 /閥 1 14 上 升 管 線 115 管 線 116 流 量 控 制 閥 118 下 返 回 管 線 120 壓 力 釋 放 閥 122 切 斷 閥 123 入 □ 管 線 124 出 □ 管 線 -23- 200813316 / 126 遙控開關 130 延遲缸 132 外圓筒形管 134 端板 135 緊固件 136 密封板 137 ◦形環 142 空氣排放口 144 活塞頭 146 油封 148 磨耗環 G 氣體 F, 油 F 油 -24-

Claims (1)

1. 200813316 十、申請專利範圍： 1 · 一種m揚升機系統，用於使泵桿串往復運動於油井或瓦 斯井及類似者中，此系統包括： •-接地基架，該泵桿串之一上端部向上延伸穿過該基 架； 複數活塞驅動缸總成，被安裝在該基架上以便可延伸 * 於該泵桿之諸相對側上，該等總成中之每一者包括內及 外同心流體通道，以及引入裝置，用於將壓力下之流體 f 引入該等通道中之每一者內，以可逆地一同驅動該等活 塞；及 連接裝置，其操作地將該等活塞連接至該泵桿，以便 使該泵桿可往復運動於該井中。 2.如申請專利範圍第1項之泵揚升機系統，其中另包括位 於該等缸總成中之每一者內之平衡裝置，用於平衡該泵 桿串之重量。 3 ·如申請專利範圍第2項之泵揚升機系統，其中該平衡裝 ， 置至少一部分係由惰性氣體所組成。 4.如申請專利範圍第2項之泵揚升機系統，其中該平衡裝 置包括位於該等缸總成中之每一者內之內及外同心腔 室，且該等內及外腔室之諸下端部係彼此相連通。 5 .如申請專利範圍第4項之泵揚升機系統，其中該平衡流 體係油，其與壓力下之液壓流體相隔離，而該液壓流體 則被引入該等內及外同心流體通道內。 6.如申請專利範圍第5項之泵揚升機系統，其中惰性氣體 被引入該等外腔室中之每一者內’並相對於該液壓流體 -25- 200813316 呈疊置關係。 7 ·如申請專利範圍第1項之泵揚升機系統，其中該等活塞 中之每一者包括：一活塞軸，其可成密封啣合狀態地滑 動穿過一內同心活塞管；及一外活塞管，其被安裝成可 連同該等活塞軸中之每一者作往復運動，並相對於該內 活塞管成外部間隔之同心關係。 8. 如申請專利範圍第7項之泵揚升機系統，其中導引裝置 被設置成可導引壓力下之液壓流體抵住該等內活塞管之 一下端部，以便可向上驅動該等活塞中之每一者’並升 起該泵桿。 9. 如申請專利範圍第8項之泵揚升機系統，其中該等外活 塞管中之每一者均可在與一外缸壁成密封啣合狀態下滑 動，且引入裝置被設置成可引入壓力下之液壓流體，向 下抵住一位於該等外活塞管中之每一者上的肩部，藉此 而向下驅動該等活塞中之每一者。 10. 如申請專利範圍第4項之泵揚升機系統，其中引入裝置 被設置成可將壓力下之流體引入該等內及外腔室內，以 便可平衝該泵桿之重量。 11. 如申請專利範圍第10項之泵揚升機系統，其中該壓力 下之流體至少一部分係由一惰性氣體所組成。 12. —種泵揚升機總成，用於使一泵桿往復運動於一油井、 水井、或瓦斯井中，此總成包括： 一基架，其具有被安裝成可往復運動於該井內之該泵 桿； 複數活塞驅動缸，被安裝在該基架上以便可延伸於該 -26- 200813316 泵桿之諸相對側上’ 引入裝置，用於將壓力下之液壓流體引入位於該等缸 中之每一者的內及外同心流體通道內，以便可逆地一同 驅動該等活塞中之每一者； 一上橫樑，其延伸於該等活塞之諸上端部間’且該泵 桿包括連接裝置，其將該等活塞之諸上端部可調整地連 接至該橫樑，藉此而將該泵桿定位於其間之中央處；及 平衡裝置，其係位於該等缸中之每一者內’用於平衡 壓力下之液壓流體。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之泵揚升機總成，其中該等缸 中之每一者包括內及外同心腔室，與該等活塞係成外部 同心之關係，並使得該等腔室之諸下端部可彼此相連通。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之泵揚升機總成，其中該平衡 裝置包括油及惰性氣體。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之泵揚升機總成，其中該惰性 氣體被引入該等外同心腔室中之每一者內’並相對於位 在該內及外同心腔室中之油成疊置關係。 1 6 .如申請專利範圍第1 2項之泵揚升機總成，其中該等活 塞中之每一者包括：一活塞軸，其可成密封啣合狀態地 滑動穿過一內同心活塞管；及一外活塞管，其被安裝成 可連同該等活塞軸中之每一者作往復運動，相對於該內 活塞管成外部間隔之同心關係。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之泵揚升機總成，其中導引裝 置被設置成可導引壓力下之液壓流體，在該內同心流體 通道之一端部處，抵住該等內活塞管中之每一者的一下 -27- 200813316 端部，以便可向上驅動該等活塞中之每一者並升起該泵 桿。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之泵揚升機總成，其中該等外 活塞管中之每一者均可在與一外缸壁成密封啣合狀態下 滑動，及引入裝置被設置成可引入壓力下之液壓流體， ^ 以向下抵住一位於該等外活塞管中之每一者上的肩部， - 藉此而在每一該外同心流體通道之端部處向下驅動的該 等活塞中之每一者。 f 1 9 ·如申請專利範圍第1 2項之泵揚升機總成，其中具有液 壓控制迴路裝置，而該液壓控制迴路裝置包括用於調整 該等活塞之衝程長度及速度的流動控制裝置。 20 ·如申請專利範圍第1 2項之泵揚升機總成，其中一極限 開關可調整地被安裝在該基架上，以便可調整地控制該 等活塞及泵桿之衝程長度。 2 1 .如申請專利範圍第20項之泵揚升機總成，其中該液壓 控制迴路裝置包括一方向控制閥，該極限開間被連接至 , 該方向控制閥，以便可調整壓力下之液壓流體進入該等 缸內之方向性流動。 22.—種自地下地層回收流體之方法，其中一泵桿向下延伸 至該地下地層內，該泵桿具有一延伸於地面上方之上端 部，該方法包括下列之步驟： ' 將一對液壓流體缸安裝於該泵桿之上端部的諸相對側 上； 將壓力下之液壓流體交替地施加至位於該等缸中之內 及外同心流體通道內，以便可使該泵桿作往復運動；及 -28 - 200813316 平衡該泵桿及從該地下地層處被抽出之流體的重量’ 以便可在該等缸中的液壓流體壓力水平與該泵桿的重量 之間達成平衡。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之方法，其中藉由一位於該等 缸中之每一者內的平衡流體迴路而平衡該泵桿重量。 ^ 24.如申請專利範圍第23項之方法，其中該平衡流體迴路 ' 至少部分係由一可壓縮流體所組成。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該可壓縮流體係 氮。 26. 如申請專利範圍第22項之方法，其中包括下列步驟： 可調整地控制該等活塞及泵桿之衝程長度。 27. 如申請專利範圍第26項之方法，其中包括下列步驟： 可調整地控制該等活塞及泵桿在該衝程長度下之速度° 2 8.如申請專利範圍第22項之方法，其中包括下列步驟： 使該等活塞及泵桿之衝程長度相一致，以避免妨礙地上 灌溉系統之運行。 f 29.如申請專利範圍第22項之方法，其中包括下列步驟： 使該等活塞之速度與其衝程長度相協調，以便可維持大 致上持續不斷地從該井處回收流體。 3 0.—種泵揚升機總成，用於使一泵桿往復運動於一油井、 水井、或瓦斯井中，其中至少一活塞驅動缸包括：引入 ' 裝置，用於將壓力下之液壓流體從一流體源引入該等缸 中之每一者內，以便可逆地驅動該泵桿；一液壓控制迴 路，包括一^方向控制閥；一控制開關’被連接至該方向 控制閥，以便可調整壓力下之液壓流體經由流入及流出 -29- 200813316 該等驅動缸之壓力及返回管線的流動，以便可逆地驅動 該等缸中之每一者；以及一壓力延遲缸，其內具有一活 塞頭，與被連接至該等輸送管線中之每一者上之該壓力 延遲缸的諸相對端部，其中該方向控制閥藉由該開關所 達成之反轉，將導致壓力下之流體在持續地經由該等壓 力及返回管線而逆轉該驅動缸之衝程前，先連續地經由 該等延遲缸之諸相對端部而塡充該延遲缸。 3 1.如申請專利範圍第30項之泵揚升機總成，其中該延遲 缸係長形，且在其諸相對端部處包含一排放管線。 32.如申請專利範圍第31項之泵揚升機總成，其中該活塞 可因應壓力下之液壓流體而滑動至該延遲缸之各端部， 而該液壓流體則係經由該等壓力管線而從該方向控制閥 進入該延遲缸之該等相對端部中之每一者內。 33·如申請專利範圍第32項之泵揚升機總成，其中該延遲 缸之該等相對端部中之每一者被連接至一進入該液壓流 體源內之返回管線上。 34.如申請專利範圍第33項之泵揚升機總成，其中該等輸 送管線中之每一者可交替地當作爲一壓力及返回管線。 -30-