專利名稱：井口驅(qū)動器的制動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及采油工業(yè)，具體涉及改進井下旋轉(zhuǎn)泵的安全性，特別是改進在停機或斷電時的安全性。
背景技術(shù)：
過去很多普通油井采用位于井底或靠近井底的井下泵采油，這種泵是用抽油桿驅(qū)動的常規(guī)往復(fù)式泵，該抽油桿又由深井泵驅(qū)動裝置垂直地復(fù)往驅(qū)動。
近年來，很多這種老式的往復(fù)泵已由先進的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動空心泵取代。這種旋轉(zhuǎn)泵特別適合開采含有沙和水的原油。
然而因為油井特有的深度，作用在抽油桿頂端的轉(zhuǎn)矩以及井底泵的阻力將使得抽油桿扭曲得像彈簧一樣，于是貯存了轉(zhuǎn)矩能。只要一斷電或系統(tǒng)停機，這種貯存的轉(zhuǎn)矩能一定將隨同泵上的流體位差產(chǎn)生的能量一齊自動釋放出來。如果不對抽油桿的反向旋轉(zhuǎn)速率進行任何控制，則會產(chǎn)生嚴重的問題。這些問題如下通過減速器、牽引盤和引帶輪裝置連接到抽油桿上的馬達其反轉(zhuǎn)速度可能超過安全限。這種速度往往損壞馬達，甚至可能引起爆裂；一個或兩個牽引盤其速度可能超過其極限；對于精加工的桿伸出驅(qū)動器頂部的驅(qū)動器裝置，其凸出部分可能彎曲和破裂，而且在離心力作用下這些破裂部分可能會飛出裝置；不進行某種形式的制動，抽油桿可能脫開，結(jié)果是抽油桿和泵可能掉到井下。
本發(fā)明的概述由于上述缺點，本發(fā)明一個方面的目的是提供一種與旋轉(zhuǎn)泵浦系統(tǒng)連接的制動機構(gòu)。
具體是，本發(fā)明與這樣一種泵浦系統(tǒng)聯(lián)用，在這種系統(tǒng)中，井下泵具有一個由抽油桿下端部轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，該抽油桿的上端部又由主發(fā)動機提供的轉(zhuǎn)矩能轉(zhuǎn)動，并在操作期間在抽油桿上貯存扭力能。
制動裝置用于在停機或斷電時防止抽油桿太突然地釋放上述扭力能，該機構(gòu)包括
a)旋轉(zhuǎn)件，插在主發(fā)動機和抽油桿上端部之間的能量傳送路線上，使得轉(zhuǎn)動件以一致的速度比率和方向相對于抽油桿上端部轉(zhuǎn)動；b)流體泵；c)連接在上述轉(zhuǎn)動件和上述流體泵之間的超越離合器，使得當抽油桿的頂端沿對應(yīng)井下泵正常運轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動時，該離合器滑脫，不使流體泵運轉(zhuǎn)，而當抽油桿的頂端沿對應(yīng)井下泵正常運轉(zhuǎn)的相反方向轉(zhuǎn)動時，該離合器向流體泵供給動力；d)裝流體的液池；e)輸入管，使液池中的流體與上述流體泵的入口連通；f)輸出管，使液池中的流體與上述流體泵的出口連通；g)可調(diào)流量控制閥，裝在上述一個管上；由此貯存在抽油桿上的能量在釋放時便沿一個封閉回路抽送流體而作功，因而以可控方式耗散上述貯存能，該封閉回路中包括上述可調(diào)閥形成的阻力。
本發(fā)明還提供一種泵浦系統(tǒng)，包括井下泵，包括定子和轉(zhuǎn)子；抽油桿，具有頂端和底端，該底端連接于上述轉(zhuǎn)子，并支承和轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)子；主驅(qū)動裝置，提供轉(zhuǎn)動上述頂端的轉(zhuǎn)矩能，由此在操作期間在抽油桿上貯存扭力能；制動機構(gòu)，用于在停機和斷電時防止貯存在抽油桿上的上述扭力能太迅速地釋放，該制動機構(gòu)包括a)旋轉(zhuǎn)件，插在主驅(qū)動裝置和抽油桿頂端部之間的能量傳輸路線上，使得轉(zhuǎn)動件以恒定的速度和方向相對于抽油桿頂端部轉(zhuǎn)動；b)流體泵；c)連接在上述轉(zhuǎn)動件和上述流體泵之間的超越離合器，使得當抽油桿的頂端沿對應(yīng)井下泵正常運轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動時，該離合器滑脫，不使流體泵運轉(zhuǎn)，但當抽油桿的頂端沿對應(yīng)井下泵正常運轉(zhuǎn)的相反方向轉(zhuǎn)動時，該離合器向流體泵提供動力；d)裝流體的液池；e)輸入管，使液池中的流體與上述流體泵的入口連通；f)輸出管，使液池中的流體與上述流體泵的出口連通；
g)可調(diào)流量控制閥，裝在上述一個管上；由此貯存在抽油桿上的能量在釋放時便沿一條封閉回路抽送流體而作功，因而以可控方式耗散上述貯存能，該封閉回路中包括上述可調(diào)閥形成的阻力。
最后，本發(fā)明提供一種操作泵浦系統(tǒng)的方法，該泵浦系統(tǒng)利用井下泵，井下泵包括定子和轉(zhuǎn)子，還利用抽油桿，該抽油桿具有頂端和底端，后者連接于上述轉(zhuǎn)子，并支承和轉(zhuǎn)動上述轉(zhuǎn)子，該泵浦系統(tǒng)還利用主驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置提供轉(zhuǎn)動上述頂端的轉(zhuǎn)矩能，上述方法包括以下步驟起動上述主驅(qū)動裝置使抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動，于是上述底端轉(zhuǎn)動上述轉(zhuǎn)子，因而在操作期間在抽油桿上貯存扭力能；在停機或斷電時以慢速和可控的方式釋放上述貯存的扭力能，釋放方法如下a)使主驅(qū)動裝置的動力首先傳送到旋轉(zhuǎn)件，然后再從該旋轉(zhuǎn)件傳到上述抽油桿的頂端，使得旋轉(zhuǎn)件以恒定的速度和方向相對于抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動；b)使上述旋轉(zhuǎn)件經(jīng)超越離合器連接于流體泵，使得當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動時，該離合器滑脫，不運轉(zhuǎn)流體泵，但當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)的相反方向轉(zhuǎn)動時，該離合器向流體泵供給動力；c)只要發(fā)生上述貯存能的釋放，便可使上述貯存能起動該流體泵，從而將流體抽出液池，然后再沿封閉回路抽到液池；d)限制通過上述回路的流量便可控制上述貯存能的釋放速率。
附圖的簡要說明附圖中示出本發(fā)明的一個實施例，在所有圖中相同的編號表示相同的部件，這些圖是

圖1是本發(fā)明制動機構(gòu)的側(cè)視圖；圖2是從圖1中箭頭2的方向看去的制動機構(gòu)的端視圖。
附圖的詳細說明首先參看圖1，該圖示意性示出本文要說明的制動系統(tǒng)的主要部件。圖1中主驅(qū)動裝置由馬達10構(gòu)成，該馬達具有直立軸12，軸上裝有牽引盤14。
在圖1的左邊示出制動系統(tǒng)，包括旋轉(zhuǎn)件16，在該旋轉(zhuǎn)件的頂部裝有與牽引盤14準直的牽引盤18。旋轉(zhuǎn)件16是一根平行于軸12的細長軸，它穿過液池20的內(nèi)部，該液池的頂部22通向大氣，該液池包括兩個側(cè)壁24(在圖1中只能看到一個)和兩個端壁26。底壁28也是液池20的一部分，軸16穿過底壁28，但在穿過處被密封以防滲漏。
主驅(qū)動軸30也穿過液池20的內(nèi)部，該主驅(qū)動軸由密封外殼32可轉(zhuǎn)動地支承。該主驅(qū)動軸30適合于支承伸到油井35下面的抽油桿34的頂端。主驅(qū)動軸30穿過液池20的底壁28并被適當密封以防止?jié)B漏。
在優(yōu)選實施例中，液池20的約三分之二由液壓流體36充滿。
在液池20的內(nèi)部，軸16和30相互連接。在一種變型例中，軸16和30分別裝有一個小齒輪，此兩個齒輪嚙合，使得軸16和30之間的轉(zhuǎn)速比保持恒定(兩軸沿相反方向轉(zhuǎn)動)。另一種變型例涉及在軸16和30上設(shè)置鏈輪，同時使一個鏈條嚙合兩個鏈輪。在第二種情況下軸16和30沿同一方向轉(zhuǎn)動。
現(xiàn)在同時參看圖1和圖2，進一步詳細說明制動機構(gòu)。
從圖2可清楚看到，液壓泵40在吸入側(cè)與入口管42連通，在排出側(cè)與排放管44連通。可用手調(diào)節(jié)的流量控制閥46裝在排放管44上以便設(shè)定流過排放管44的阻力。管子42和44經(jīng)密封的開口與液池20的內(nèi)部連通。
圖2示意示出軸16連接于超越離合器48，該離合器又經(jīng)撓性連接件50連接于泵40的動力輸入軸52。
單向離合器48又稱作“超越”離合器，它僅沿一個轉(zhuǎn)動方向傳遞動力，當其沿相反方向轉(zhuǎn)動時便“滑脫”。在現(xiàn)在情況下，僅在抽油桿34沿與對應(yīng)于正常操作的方向相反的方向轉(zhuǎn)動時(即在停機或停電而抽油桿反轉(zhuǎn)時)，該單向離合器才向流體泵40提供動力。然而在抽油桿沿對應(yīng)于井下泵正常操作的方向轉(zhuǎn)動時該離合器滑脫，不能運轉(zhuǎn)流體泵40。
在操作時，只要井下泵正常操作，軸16的轉(zhuǎn)動方向是使得沒有轉(zhuǎn)動經(jīng)單向離合器48傳送到流體泵40，因而也沒有任何液壓流體被抽送流過由液池20和管42、44組成的封閉回路。
然而當整個泵浦系統(tǒng)因某種原因而停機時，抽油桿34將釋放貯存的轉(zhuǎn)矩能而進行反轉(zhuǎn)。這樣便使軸30轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動又經(jīng)嚙合的齒輪或鏈條鎖定的鏈輪的傳動而使軸16轉(zhuǎn)動。在抽油桿34反轉(zhuǎn)期間，軸16的轉(zhuǎn)動方向使得可以經(jīng)單向離合器48向液壓泵40傳送動力，因而從液池20中經(jīng)入口管42抽出油，然后再經(jīng)流量控制閥46排入排放管44。
流量控制閥46這樣選擇，使得在基本上完全打開時可以使抽油桿34以相當慢的轉(zhuǎn)動速率反轉(zhuǎn)。因此在反轉(zhuǎn)的情況下，油由流體泵40連續(xù)地從液池20泵到封閉回路，該封閉回路包括呈流量控制閥46形成的可調(diào)的節(jié)流閥。
在圖1的右下側(cè)，鉆井外殼的底端60包括井下正排量旋轉(zhuǎn)泵的定子62和轉(zhuǎn)子64以及抽油桿34的底端66。
盡管已在附圖中例示出本發(fā)明的一個實施例并在上面進行了說明，但技術(shù)人員可以明顯看出，在其中可以進行一些改變和變型而不違背本發(fā)明的在所附權(quán)利要求書中說明的精神實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種供泵浦系統(tǒng)使用的制動機構(gòu)，該系統(tǒng)中井下泵具有由抽油桿底端轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，該抽油桿的頂端又由主發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩能轉(zhuǎn)動，并且在該泵浦系統(tǒng)中在操作時扭力能貯存在抽油桿上，該制動機構(gòu)用于在停機或停電時防止抽油桿上的上述扭力能太突然地釋放，該制動機構(gòu)包括a)旋轉(zhuǎn)件，安裝成可以以恒定的轉(zhuǎn)速和方向相對于抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動；b)流體泵；c)超越離合器，連接在上述旋轉(zhuǎn)件和上述流體泵之間，使得當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動時，離合器滑脫，不運轉(zhuǎn)流體泵，而當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)方向的相反方向轉(zhuǎn)動時，該離合器向流體泵供給動力；d)裝有液體的液池；e)輸入管，使液池中的流體與上述流體泵的入口連通；f)輸出管，使液池中的流體與上述流體泵的出口連通；g)可調(diào)流量控制閥，裝在上述一個管上；由此貯存在抽油桿上的能量當其釋放時可抽運流體流過封閉回路而作功，該封閉回路包括由上述閥形成的阻力，因此可以以可控的方式耗散能量。
2.如權(quán)利要求1所述的制動機構(gòu)，其中主發(fā)動機包括大體垂直的支承第一牽引盤裝置的第一軸，上述旋轉(zhuǎn)件是細長的大體垂直的支承第二牽引盤裝置的第二軸，并且其中制動機構(gòu)包括繞在上述第一和第二牽引盤裝置上的皮帶裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的制動裝置，還包括另一支承和轉(zhuǎn)動抽油桿頂端的旋轉(zhuǎn)件，該另一旋轉(zhuǎn)件由上述第一次提到的旋轉(zhuǎn)件驅(qū)動。
4.如權(quán)利要求3所述的制動裝置，其中，上述第一次提到的旋轉(zhuǎn)件通過兩個齒輪的嚙合驅(qū)動上述另一旋轉(zhuǎn)件，一個齒輪固定在上述第一次提到的旋轉(zhuǎn)件上，而另一個齒輪固定在上述另一旋轉(zhuǎn)件上；支承齒輪的旋轉(zhuǎn)件部分位于上述液池中；流體是液壓流體。
5.如權(quán)利要求3所述的制動機構(gòu)，其中，上述第一次提到旋轉(zhuǎn)件通過嚙合兩個鏈輪的鏈條驅(qū)動上述另一旋轉(zhuǎn)件，一個鏈輪固定于上述第一次提到的旋轉(zhuǎn)件上，而另一個鏈輪固定于上述另一旋轉(zhuǎn)件上；鏈條和支承鏈輪的旋轉(zhuǎn)件部分位于上述液池中；流體是液壓流體。
6.一種泵浦系統(tǒng)，包括包括定子和轉(zhuǎn)子的井下泵；抽油桿，具有頂端和底端，底端連接于上述轉(zhuǎn)子，并支承和轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)子；主驅(qū)動裝置，提供轉(zhuǎn)動上述頂端用的轉(zhuǎn)矩能，由此操作期間扭力能貯存在抽油桿上；制動機構(gòu)，用于在停機或斷電時防止貯存在抽油桿上的扭力能太突然地釋放，該制動機構(gòu)包括a)旋轉(zhuǎn)件，插在主發(fā)動機和抽油桿頂端之間的動力傳送線路上，使得旋轉(zhuǎn)部件以恒定的速度和方向相對于抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動；b)流體泵；c)超越離合器，連接在上述旋轉(zhuǎn)件和上述流體泵之間，使得當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動時該離合器滑脫而不使流體泵運轉(zhuǎn)，但當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)方向的相反方向轉(zhuǎn)動時，該離合器向流體泵供給動力；d)裝放流體的液池；e)輸入管，它使液池中的流體與上述流體泵的入口連通；f)輸出管，它使液池中的流體與上述流體泵的出口連通；g)可調(diào)流量控制閥，裝在上述一個管上；由此貯存的能量從抽油桿上釋放時便抽送流體使其流過封閉回路而作功，該回路包括由上述閥形成的阻力，因此以可控方式耗散上述貯存的能量。
7.如權(quán)利要求6所述的泵浦系統(tǒng)，其中，主發(fā)動機包括大體垂直的支承第一牽引盤裝置的第一軸，上述旋轉(zhuǎn)件是細長的大體垂直的支承第二牽引盤裝置的第二軸，并且泵浦系統(tǒng)包括繞在上述第一和第二牽引盤裝置上的皮帶裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的泵浦系統(tǒng)，還包括另一旋轉(zhuǎn)件，該旋轉(zhuǎn)件支承和轉(zhuǎn)動抽油桿的頂端，該另一旋轉(zhuǎn)件由上述第一次提到的旋轉(zhuǎn)件驅(qū)動。
9.如權(quán)利要求8所述的泵浦系統(tǒng)，其中，第一次提到的旋轉(zhuǎn)件通過兩個齒輪的嚙合驅(qū)動上述另一旋轉(zhuǎn)件，一個齒輪固定在第一次提到的旋轉(zhuǎn)件上，而另一個齒輪固定在上述另一旋轉(zhuǎn)件上；支承齒輪的那部分旋轉(zhuǎn)件位于上述液池中；流體是液壓流體。
10.如權(quán)利要求8所述的泵浦系統(tǒng)，其中，第一次提到的旋轉(zhuǎn)件通過嚙合兩個鏈輪的鏈條驅(qū)動上述另一旋轉(zhuǎn)件，一個鏈輪固定在第一次提到的旋轉(zhuǎn)件上，而另一個鏈輪固定在上述另一旋轉(zhuǎn)件上；鏈條和支承鏈輪的旋轉(zhuǎn)件部分位于上述液池中；流體是液壓流體。
11.一種泵浦系統(tǒng)的操作方法，該泵浦系統(tǒng)利用井下泵，具有定子和轉(zhuǎn)子；抽油桿，具有頂端和底端，后者連接于上述轉(zhuǎn)子并支承和轉(zhuǎn)動該轉(zhuǎn)子；主驅(qū)動裝置，提供使上述頂端轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩能，上述方法包括下列步驟操作上述驅(qū)動裝置機使抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動，使得所述底端轉(zhuǎn)動所述轉(zhuǎn)子，由此在操作期間扭力能被貯存在抽油桿中；在停機或斷電時使上述貯存的扭力能以緩慢和可控的方式釋放，釋放的方法是a)將主驅(qū)動裝置的動力首先傳送旋轉(zhuǎn)件，然后再從該旋轉(zhuǎn)件傳送到抽油桿的頂端，使得旋轉(zhuǎn)件以恒定的速度和方向相對于抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動；b)經(jīng)超越離合器使上述旋轉(zhuǎn)件連接于流體泵，使得當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動時，該離合器滑脫而不運轉(zhuǎn)流體泵，但當抽油桿的頂端沿對應(yīng)于井下泵正常運轉(zhuǎn)方向的相反方向轉(zhuǎn)動時，該離合器向流體泵供給動力。c)每當上述能量釋放時使上述貯存能運轉(zhuǎn)上述液體泵，以便將流體泵出液池，然后沿封閉回路返回上述液池；d)限制流過上述回路的流體流量便可以控制上述貯存能的釋放速率。
全文摘要
一種制動機構(gòu),用于控制井下旋轉(zhuǎn)泵(33)的抽油桿(34)上貯存能量的釋放,它裝有旋轉(zhuǎn)件(16),該旋轉(zhuǎn)件位于主驅(qū)動裝置到抽油桿頂端的能量傳送路線上,要求旋轉(zhuǎn)件以一致的速度比率和方向相對于抽油桿的頂端轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)件通過一個可滑脫的離合器驅(qū)動流體泵,使得抽油桿的頂端沿正常方向轉(zhuǎn)動時,該離合器滑脫而不運轉(zhuǎn)流體泵。然而當抽油桿頂端例如在停機或斷電時試圖沿相反方向轉(zhuǎn)動時,流體泵就操作而從液池(20)中抽出流體,然后沿封閉回路返回液池,該封閉回路包括限制流體流量的機構(gòu)。
文檔編號F04C11/00GK1200791SQ95197986
公開日1998年12月2日 申請日期1995年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月14日
發(fā)明者愛德華·格蘭克 申請人:愛德華·格蘭克