CN101479481B - 液压油井抽油装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用液压缸的液压抽油装置，其中，该液压缸具有能够在上活塞位置与下活塞位置之间移动的活塞或杆。抽油柱或抽油杆从该活塞向下延伸，抽油柱或抽油杆被配置为延伸入油井中以从井中抽油。原动机，例如发动机，连接至补偿型液压泵，方向控制阀在开流与闭流位置之间移动，并且液压管路连接泵和液压缸。当活塞在上下位置之间移动时，提供电子控制，以控制活塞的移动。
Description
发明人：
FESI，Michael，A.，a US citizen，3341 Bayou Black Drive，Houma，LA 70360，US；LAPEYROUSE，Willard，J.，a US citizen，of 302 E.Woodlawn Ranch Road，Houma，LA70363，US；and VINCENT，Kenneth，H.，a US citizen，of 422 St.Pierre Boulevard，Carencro，LA70520，US.
受让人：
PETRO HYDRAULIC LIFT SYSTEM，L.L.C.(a Louisiana，US，limited liability company)，5288Highway102，Jennings，LA70546，US.
相关申请的交叉引用
在此要求于2006年2月1日提交的美国临时专利申请第60/764,481号的优先权，该申请的内容通过引用而并入本文。
在此要求于2006年8月31日提交的美国临时专利申请第60/824,123号的优先权，该申请的内容通过引入而并入本文。
关于联邦政府赞助的研究或开发的声明
不适用
参考“微缩胶片附录”
不适用的
发明背景
1.技术领域
本发明涉及抽油泵，更具体地说，涉及改进的液压抽油泵，对该液压抽油泵进行电子控制，即利用限位开关或接近开关来控制阀门装置(valving arrangement)以在抽油过程中，尤其当在冲程(stroke)底部改变抽油杆的方向时，消除来自抽油柱和抽油杆的冲击或超负荷。
2.发明的一般背景
已授权的某些专利一般涉及从油井中抽油。这些专利的示例包含在下表中，其中，列表的顺序只是按年代顺序排列，并无其它意义。
表
专利号 标题 授权日
MM-DD-YY
| 4,503,752 | Hydraulic Pumping Unit(液压抽油机) | 03-12-1985 |
| 4,761,120 | Well Pumping Unit and Control System(抽油机和控制系统) | 08-02-1988 |
| 5,143,153 | Rotary Oil Well Pump and Sucker Rod Lift(旋转式抽油泵和抽油杆提升机) | 09-01-1992 |
| 5,390,743 | Installation and Method for the OffshoreExploitation of Small Fields(用于小范围海上勘探的装置和方法) | 02-21-1995 |
| 6,394,461 | Pressure Compensated Stuffing Box forReciprocating Pumping Units(用于往复抽油机的压力补偿填料箱) | 05-28-2002 |
| 2003/0085036 | Combination Well Kick Off and Gas Lift BoosterUnit(组合井造斜和气体提升助推器) | 05-08-2003 |
| 6,595,280 | Submersible Well Pumping System with anImproved Hydraulically Actuated SwitchingMechanism(具有改进的液压启动开关机构的潜井抽油系统) | 07-22-2003 |
| 2005/0155758 | Well Tubing/Casing Vibrator Apparatus(油管/外壳振动器装置) | 07-21-2005 |
发明内容
本发明提出了液压抽油装置。本发明的系统利用具有活塞或杆的液压缸，其中，活塞或杆可在上活塞位置和下活塞位置之间移动。抽油柱或抽油杆从活塞向下延伸，并且抽油柱或抽油杆被配置为延伸入油井中以从井中抽油。
例如发动机的原动机(prime mover)连接至补偿型液压泵。
方向控制阀在开流和闭流位置之间移动。液压管路(flow line)连接泵和液压缸。
提供电子控制装置以控制活塞在上位置和下位置之间移动。
附图说明
为了进一步理解本发明的本质、目的和优点，应该参考下文的详细描述，并结合附图阅读下文，其中类似的标号表示类似的元件，其中：
图1是本发明的装置的优选实施方式的分解的正视图；
图2是本发明的装置的优选实施方式的正视图；
图2A是本发明的装置的优选实施方式的局部正视图；
图3是沿着图2的3-3线的本发明的装置的优选实施方式的截面图；
图4A、4B和4C本发明的装置的优选实施方式的部分正视图，用于说明该装置的操作；
图5是本发明的装置的优选实施方式的局部透视图；
图6-7是本发明的装置的优选实施方式的示意图；
图8是本发明的装置的可选实施方式的局部透视图；
图9是本发明的装置的可选实施方式的部分俯视图；
图10是本发明的装置的可选实施方式的局部正视图；
图11是本发明的装置的可选实施方式的局部端视图；
图12是本发明的装置的可选实施方式的另一部分正视图；
图13是本发明的装置的可选实施方式的部分侧视图；
图14是图解说明本发明的装置的可选实施方式的流程图；
图15-16是示出了本发明的装置的可选实施方式的示意图；
图17是本发明的装置的可选实施方式的部分视图，其中示出了在旁通条件下的集合管；
图18示出了本发明的装置的可选实施方式的部分视图，其中示出了在上冲程位置的集合管；
图19是本发明的装置的可选实施方式的部分视图，其中示出了在下冲程位置的集合管；
图20是本发明的装置的优选实施方式的局部透视图，其中示出了可选的集合管构造；
图21是本发明的装置的优选实施方式的示意图，其中示出了可选的集合管配置；
图22是本发明的装置的优选实施方式的示意图，其中示出了可选的集合管配置；
图23是图21和图22的集合管的部分视图；
图24是图21和图22的集合管的部分视图；
图25是图21和图22的集合管的部分视图；
图26是图21和图22的集合管的部分视图；
图27是图21和图22的集合管的部分视图；
图28是图21和图22的集合管的部分视图；
图29是位于上冲程位置的本发明的装置的另一可选实施方式的示意图；
图30是位于下冲程位置的本发明的装置的另一可选实施方式的示意图；
图31是位于上冲程位置的本发明的装置的另一可选实施方式的部分图；
图32是位于下冲程位置的本发明的装置的另一可选实施方式的部分图；
图33是位于上冲程位置的本发明的装置的另一可选实施方式的部分图；
图34是位于下冲程位置的本发明的装置的另一可选实施方式的部分图；
图35是所示出的位于下冲程模式或位置的图29-34的系统的集合管部分的部分视图，
图36是沿着图35的36-36线的截面图；
图37是沿着图35的37-37线的截面图；
图38是沿着图35的38-38线的截面图；
图39是所示出的位于上冲程模式或位置的图35的集合管的俯视平面图；
图40是沿着图39的40-40线的截面图；
图41是沿着图39的41-41线的截面图；以及
图42是沿着图39的42-42线的截面图。
发明的详细描述
图1-7总体上示出了本发明的装置的优选实施方式，其中，该装置一般以标号10表示。
抽油泵10提供了贮存器11，用于容纳液压油(hydraulic fluid)。提供例如发动机的原动机12以驱动补偿泵13。补偿泵13用于将液压以及通过流送管33从贮存器11接收的加压的液压油输送至液压缸或石油举升缸14。举升缸14可以为Parker(www.parker.com)modelGG699076A0。液压举升缸14包括具有空心内部16的缸体15。
活塞杆(cylinder rod)17以滑动或伸缩的方式安装在缸体15上并延伸到缸体15的内部16。活塞杆17具有上端部18和下端部19。如图1-4C和6-7所示，在使用过程中，下端部19延伸到缸体15的下方。
在图1中，活塞杆17的下端部19通过连接器20连接至抽油柱或抽油杆21。抽油柱或抽油杆21包括多个首尾相连的接头。抽油杆21的抽油部分一般位于井的有孔区域附近。这样的抽油柱21或抽油杆21在本领域中是众所周知的，当抽油杆21上下移动时，抽油杆21用于从油井中抽油。
举升缸14安装在采油树22的上方。采油树22安装在油井的井口、井管23的上端部。如图1-4C和6-7所示，合适的结构框架38能够用于支撑位于采油树22上方的液压缸14及其活塞杆17。
提供了多个接近开关或限位开关24、25、26。开关24、25、26例如可以是Turck公司制造的型号为N120-CP40AP6X2/510的开关。如图2-2A所示，这些接近开关或限位开关24、25、26能够安装在框架38上。在使用过程中，这些接近开关或限位开关24、25、26能够用于感测活塞杆17的下端部19的位置，然后将电信号发送给控制器39(市场上可买到的)，控制器39将信号发送给包含方向阀28、比例阀31和排气式安全阀(ventable reliefvalve)37的集合管(manifold)35(例如，Parker Sterling model no.A04H3HZN)。
提供液压油管路以便在压力下通过管路27、29将液压油输送至液压举升缸14。方向阀28从管路29接收液体流。管路27在方向阀24和液压缸14之间延伸。为了启动操作，泵13通过手动排气式安全阀37输送液体流，从而在启动之前消除来自系统的压力。当发动机或原动机12被发动时，发动机或原动机12启动液压泵13，液体流最初流经安全阀37和管路34到达贮存器11。
通过关闭阀37的通风孔开始操作循环，使得在管路29中流动的油流向方向阀28。几乎与此同时，接通方向阀28，使得加压的油通过管路27流向液压举升缸14的缸体15及其空心内部16。活塞杆17将会升高，同时带动抽油柱21或抽油杆21一起上升(见图2)。
框架38承载多个接近开关或限位开关24、25、26。当活塞杆17到达其冲程顶端时，接近开关24(最上面的接近开关)感测连接器20的位置并接通方向阀28，以使其关闭管路29并流经比例阀31。阀31是手动的比例阀，其在液压油返回贮存器时阻止受限的流量，从而允许受限的流量控制抽油杆17的下降速率。因为泵13是补偿泵，所以其继续运行但是不会继续抽出液体。泵13能够被设置成使液体在某个压力值(例如3000psi，或210.92kgf/cm2)下停止流动，其中，可以通过根据抽油杆21的重量的设计而进行设置该压力值。换句话说，泵13能够进行容量补偿并对压力做出响应。该补偿泵是由Parker制造的，例如model no.P1100PS01SRM5AC00E1000000。
当方向阀28用于关闭管路29时，补偿泵13和发动机12一起继续转动，但是不再抽取管路29中的液体。方向阀28打开排放管30，与此同时管路29被关闭。液压缸14中的液体通过管路27和30排出，并通过比例阀和活塞杆17相对于缸体15下降。液压油从缸体15的内部16排出，继续流经管路27和30，通过比例阀31和冷却器36，然后进入管路32，管路32是通向贮存器11的排放管路。如果需要的话，管路32可设有油冷却器36(例如，Thermal Transfer model BOL-8-1-9)和油过滤器(例如，Parker model no.RF2210QUP35Y9991)。
因为压力不再迫使活塞杆17上升，所以其开始下降(见图4A和图7)。当其相对于提升油钢体15下降时，连接器20将与位于限位开关24下方的第二接近开关或限位开关25相遇(参见图2、4A、4B、5、4C)。限位开关25接近缸体15的下端部(例如，1英尺，或0.30米)而不是接近体15的上端部。当连接器20到达接近开关或限位开关25时，在一个实施方式中(图2A)，其向方向阀28发送信号，使其转换到允许液体流通过管路27、30流经比例阀31。
比例阀31是手动的比例阀，其可以在液压油返回贮存器时阻止受限的流量。当连接器20到达接近开关或限位开关25时，方向阀转换为引导流来提升液压缸14。出现在比例阀31中的阻塞作用具有使活塞杆17及其所连接的抽油杆21逐渐减慢速度的效果。在方向阀和螺线管控制部件之间使用Parker No.FMDDDSM Manapac手动夹心阀可以抑制方向阀从上冲程或下冲程的转换，以允许液体无波动的转移至液压缸14并平衡压力。随着接近活塞杆17的下冲程的底部，然后到达下冲程的底部，由比例阀31造成的流的阻塞也减慢了活塞杆17的动作，从而避免不适当的压力传递到抽油杆21。
方向阀28可以是型号为D61VW001B4NKCG的
阀。比例阀31可以是型号为DFZ01C600012的Parker
阀。
图8-9示出了本发明的装置的第二实施方式，该装置一般由图14-16中的标号40表示。图8-19的可选的实施方式使用优选实施方式中的举升缸14，杆17，抽油杆21，框架38，连接器20，接近开关24、25、26。在图15、16中，抽油泵装置40提供了贮存器，以容纳液压油并用于操作集合管44和举升缸14。例如发动机42的原动机操作补偿泵43。泵43将加压的液压油通过管路62抽到集合管44的油传输块(fluid transfer block)45的入口51(见图12)。然后，液压油通过与举升缸14相通的出口53从油传输模块45排出(见图13)。从图16中可注意到，当推杆17下降时，在举升缸14中的液压油被清空的情况下，管63中的流动方向转向。在图16中，液压油通过出口52(见图12)排出，并经由管路65(见图16)流至冷却器55的入口。液压油继续在管路66中流动，经过滤器56，直到归流至贮存器41中。
在图8-13和17-19中更详细地示出了集合管44。集合管44的下端部提供了油传输模块45，其中，油传输模块45装配有方向阀46、比例阀47、安全阀48、旁通阀49和风机流量控制装置50。应该理解的是，方向阀46、比例阀47、安全阀48以与图1-7的优选实施方式相同的方式工作，在图1-7中，方向阀、比例阀和安全阀的标号分别为28、31和37。
阀46、47、48能够由可编程的逻辑控制器或“PLC”控制器39控制。油传输模块45可设有用于监控油传输模块45内的压力的仪表口(gauge port)54。
设置仪器线路69、70、71、72以使控制器39能够与阀46、47、48和49进行通信并对这些阀进行控制。仪器线路69使PLC39能够控制旁通阀49。阀49是可用于将液体从泵43通过管62输送至油传输模块45，然后通过管路65、66输送至贮存器41的旁通阀。管路66装备有过滤器56，用于过滤包含在系统40内的液压油的杂质。泵43通过管路60及其阀61接收来自贮存器41的液压油。仪器线路70使PLC39能够控制比例阀47。仪器线路71使PLC39能够控制方向阀46。
集合管44不考虑软管等的摩擦和维护。可选实施方式的旁通阀49的特征在于，在开始操作举升缸14之前，使原动机42、泵43和从贮存器41抽取的液压油能够升温一段时间(例如，2-30分钟)。否则，举升缸14能够与图1-7的优选实施方式的三个开关24、25、26一起操作，并利用阀46、47、48以相同的方式操作，其中，阀46、47、48可以是分别与优选实施方式中的阀28、31、37相同的阀(例如，Parker品牌)。
模块44设有将端口50、51、52、53、54与阀47、48、49互连的通道(图17-19的虚线)
在图17中详细地示出了位于旁通位置的部件45，PLC控制器39用于操作旁通阀49，从而使得液压油从管路62流向端口51，然后通过模块44的通道73流向端口52和管路65。
在图18中示出了上冲程周期，其中模块44中的通道74将入口51和管路62连接至出口53和管路63，使得液压油能够在压力下被抽取到液压缸14中，以使杆17、21升高。
在图19中示出了下冲程周期，其中，入口51被关闭且液压油通过模块44的管路63、出口53和通道75从液压缸14中清空，其中，通道75与管路65流体连通。在图19中，比例阀47逐渐测量通过管路65和通道75流回到贮存器的流量。
图20-28示出了集合管的可选配置，其中集合管一般由标号76表示。应该理解的是，集合管76将与图1-19的实施方式中的贮存器11、原动机12(例如，发动机)、补偿泵13、液压举升缸14和抽油柱/抽油杆21结合使用。
在图20-28中，提供了略有不同的阀门配置，该阀门配置利用了具有圆锥形阀门组件的提升阀。
集合管76提供了油传输模块77。如图20-28所示，方向阀模块78和比例节流阀模块80连接至油传输模块77。方向阀模块78承载方向阀组件79，方向阀组件79包括具有圆锥形阀门构件100的提升阀85。比例阀模块80承载比例节流阀81。油传输模块77支撑安全阀82、旁通阀83、风机气流控制阀84、提升阀85和梭阀86。因为集合管76及其各阀门可优选由可编程逻辑控制器或PLC和图21-22所示的仪器控制，所以如图20-24所示的集合管76的操作与图8-19中的可选实施方式的操作类似。
图21、23和28说明了当液压举升缸14和抽油柱/抽油杆21被提升时，集合管76的上冲程方向。在图21和23中，模块77提供了装备有管路87的入口配件88。如图21所示，管路89将出口配件93与入口配件88相连。在图21中，提升阀85是打开的，从而允许流体从入口配件88通过管路89流向阀85，然后通过管路91流向出口配件93。在图21中，比例节流阀81被关闭。从而，管路94也被关闭。
在图22、25、26、27中示出了下冲程情形。利用PLC或可编程的逻辑控制器关闭提升阀85。利用PLC控制器打开比例节流阀81。阀81能够提供圆锥形的阀门构件101。阀81与限位开关24、25、26结合工作。当原动机12操作补偿泵13时，在管路87中产生压力，其中，管路87在入口配件88处与部件77连接。加压的液压油经过管路89、91流向出口配件93，然后经过管路98流向液压举升缸14。
当液压举升缸14到达最高位置时，连接器20启动最高的限位开关24。限位开关24激活可编程的逻辑控制器以开始关闭阀85和开启阀81。阀81是比例节流阀，通过可编程的逻辑控制器控制阀打开期望的百分比的开口。在图22中，阀85已被关闭。阀81已被打开，从而允许油缸14中的液压油通过回流管路流向模块配件93，然后，流向如图22所示的管路91、94和出口配件97。然后，该液压油按照图22中的箭头96所指示的那样通过管路流向贮存器11。
当下降抽油柱/抽油杆21被降低，从而使得连接器20到达次低的限位开关25时，阀81开始节流或关闭，从而减慢抽油柱/抽油杆21的下降速率。当连接器20到达最低的接近开关或限位开关26时，阀81被关闭且阀85被打开，从而重复该周期。
阀85提供了圆锥形或锥形的阀门构件100。因而，来自泵13、管路87和入口配件88的液压油到达模块77，然后通过管路89流向入口98。出口99使液压油经过阀85流向管路91。随着逐渐变细的阀门装置100在开启时相对于入口移动，阀门装置100的锥形形状消除了任何滚流。
安全阀82能够用于保护系统以免于过压。阀84能够用于控制来自发动机的冷却。梭阀86能够用于控制仪器中的流体流向方向阀79(见图21、22)。
提升阀85例如可以为Parker Hannifin阀(零件号D1VW020HNKCG)。比例节流阀可以为Parker Hannifin阀(零件号TDA025EW09B2NLW)。
图29-34示出了本发明的装置的另一可选实施方式，该装置由标号102表示。如同优选实施方式那样，抽油泵102使用贮存器11、补偿泵、为泵103供电的原动机(例如，发动机)、液压举升缸14、活塞杆17、连接器20、抽油杆或抽油柱21、框架38、限位开关24、25、26和控制器(例如，可编程的逻辑控制器39)。在图29-34的实施方式中，例如可编程的逻辑控制器或“PLC”的控制器39能够用于控制液压缸14的活塞杆17的上冲程和下冲程。如同图1-28的实施方式那样，框架38能够为限位开关24、25、26和举升缸14提供支撑。
在图29-34中，泵102为补偿泵，例如转让给Parker Hannifin公司的、题为“Pump Control System(泵控制系统)”的第3,726，093号美国专利中所见到的容量可变的泵，其中，该美国专利的内容通过引用而并入本文。泵103可以例如为Parker模型液压活塞泵模型PAVC100B2R422。泵103具有凸轮盘或旋转斜盘110，如第3,726,093号美国专利中所描述的那样(见第3,726,093号美国专利的图1和附带的描述)，凸轮盘或旋转斜盘110能够放置在不同的位置以控制流量。第3,726,093号美国专利中的方向控制阀为四路关闭的中心型控制阀，用于控制双动液压发动机的启动，该方向控制阀包括具有孔的外壳，其中，入口端口、一对发动机端口和一对回流端口沿轴向交叉。发动机端口通过单向阀与液压发动机相通，其中，当相关的发动机端口被加压时，其中一个单向阀打开，而当相关的发动机端口与邻近的回流端口相通时，另一个单向阀被凸轮打开。
通过适当地定位旋转斜盘110可实现所有的控制。通过作用在旋转斜盘110的一端的伺服活塞119也可实现所有的控制，其中，旋转斜盘110抵抗活塞120的偏置力和位于旋转斜盘110的另一端的定中弹簧的组合作用而工作。分配滑阀(control spoo1)123起到调节阀的作用，以改变在伺服活塞119之后的压力。
由泵103产生的流量依赖于抽油活塞120的冲程的长度，而冲程的长度由旋转斜盘110的位置确定。大约在17度角的位置获得最大流量。
由原动机和驱动装置108驱动的旋转式活塞筒121使活塞120以圆形路径移动，并且活塞活动部分抵靠旋转斜盘110的表面而获得流体静力学支撑。当旋转斜盘110位于垂直于活塞筒121的中心线的垂直位置时(图34)，不存在活塞冲程，从而不存在液排量。当旋转斜盘110位于某个角度时(图33)，活塞120被迫进出筒121，从而产生液排量。旋转斜盘110的角度越大，活塞120的冲程则越大。
如图33-34所示，抽油活塞组件的中心线偏离旋转斜盘110的中心线。因此，活塞120有效的总作用力倾向于将旋转斜盘110反冲(destroke)向垂直位置(中立位置)。当旋转斜盘110在伺服活塞119的作用下转变角度时，该反冲作用力得以平衡。
在图29中，在启动原动机(电动机、天然气发动机或柴油机)之前，激励控制阀(例如，电磁阀)105以产生泵控制信号，同时使得泵103到达如图32和34所示的最小压力(备用)位置(见图34中的箭头104)。从泵103排出的任意流量流经管路114而到达贮存器11。因为方向阀106被关闭(图30)，所以液压油未在泵排出管路114中流动。管路114可设有单向阀115，以防止从阀106到泵103的回流。当原动机被启动时，其使驱动装置108转动，并且液压泵103达到选定的速度，例如约1800RPM，同时压力仍处于备用状态(图32、34)，而旋转斜盘110位于图30和图32所示的低压位置。泵103从贮存器11经由管路140吸入液压油。利用安全阀142可减轻额外的泵压，其中，安全阀143通过管路141排出贮存器11的过压，或者管路141能够归流至管路119，然后管路119再归流至贮存器11。
通过使二位电磁阀105断电、关闭管路113、使旋转斜盘110移动到图29和图31中的位置并且允许增大泵103的压力来开始上冲程周期(见图31和33)。控制器39激励方向阀106(见图29)。当方向阀106被激励时，经由管路114、116将液压油引导至位于117处的液压缸14的活塞杆端部(见图29)。
杆17将会上升或缩回(见图29的箭头111)，直到通过杆17上的连接器20启动上部接近开关24。然后，接近开关24给控制器39发送信号以给方向阀106断电，从而使管路114、116中的液压油停止流至液压缸14。接近开关24发送信号至控制器39，控制器39发送信号使比例流量控制阀107打开至使得液压油经由管路118、119排放到贮存器12中的一点。
活塞杆17将以期望的速度下降或延伸，直到连接器20到达第二接近开关25，接近开关25定位于到杆17的底部行程的距离为选定距离(例如约1英尺或0.30米)处。然后，发送给比例阀107的当前信号将减少，接下来比例阀107关闭，同时迫使活塞杆17和所连接的抽油柱或抽油杆21减速，直到连接器20进一步降低并到达第三接近开关26。在该点上，当前信号将会从比例阀107上移开，关闭比例阀107并停止液压油经由管路118、119从液压缸14流到贮存器11，同时将电压信号发送至方向阀116，从而再次开始循环(见图29和31)。
应该理解的是，补偿泵103是在市场上可买到的众所周知的泵，例如在题为“Series PAVC Variable Displacement Piston Pumps”的Parker出版物中描述的Parker Model No.PAVC1OOB2R422。旋转斜盘110在图32所示的低压位置或最小压力位置与图31所示的高压位置之间的控制和移动也是众所周知的。在题为“Scries PAVC VariableDisplacement Piston Pumps”的Parker出版物的第6页中描述了控制选项“M”，其可以用作本发明的方法的一部分，以控制泵103并使旋转斜盘110在如图29-34所示的位置之间移动。
在图32的较低或最小位置处，伺服活塞119已经将旋转斜盘110移动到内部位置(见箭头104)，其中，当汽缸筒121旋转时，抽油活塞120移动最小量。在图32中，弹簧141在旋转斜盘110上只施加了最小的压力。一个或多个耐磨板122(例如，黄铜)在抽油活塞120和旋转斜盘110之间形成接口。
泵103能够提供在不同位置(图31、32)之间移动的分配阀芯和阀套123。在图32中，被最低限度加压的泵103将最少的液压油经由通道125、126、124、127、139输送至贮存器11。利用孔128可以节流通道129中的流动。
旋转斜盘110的角度控制泵103的输出流量。由抽油活塞120对抗旋转斜盘110而产生的作用力以及由伺服活塞119产生的作用力控制旋转斜盘110的角度。在处于相同的压力下时，伺服活塞119的作用力大于抽油活塞120的作用力。
在图29-34中，泵103的控制能够采用安装在泵103的排出口和贮存器11之间的管路中的、按照比例进行控制的压力控制装置。然后，泵103能够保持大致等于处于位置142的泵排出口处的压力与泵差动设定值(differential setting)之和的压力。
依靠内部端口(图31、32)，将压力从输出通道125经过孔或通道124连接至伺服活塞119，并且经过通道126连接至分配滑阀123。只要压力在分配滑阀123的两端保持相等，那么由于弹簧137所施加的作用力，滑阀123将保持向上偏移。
当压力达到压力补偿控制部件138的设定值时，滑阀123离开其阀座，而使阀芯腔内的压力减少。滑阀123向下移动，使伺服活塞119空腔中的压力通过通道139排出。在伺服活塞119处被减少的压力允许伺服活塞119向右移动。该移动缩小了旋转斜盘110的角度，从而减少了泵103的输出流量。
当分配滑阀123上的泵压力下降到阀芯腔中的压力和弹簧作用力以下时，分配滑阀123向上移动以保持滑阀123两端的平衡。如果泵压力下降到补偿控制设置之下，则分配滑阀向上移动，同时使泵103达到最大排量。
在图31中，装置102的上冲程位置将泵103放置在高压位置，旋转斜盘110以支流的方向130形成较大的角度，从而在抽油过程中增大由每个泵所抽取的油的容量。在图31中，阀106被打开。在通道128中的液体的流量由孔128节流。然而，压力经过通道127，沿箭头131、132的方向到达控制器133，然后到达活塞119。通过经由通道125、126、124输送到活塞119的加压的流体，操作活塞119以增加旋转斜盘的角度使其到达图31的位置。
冷却风扇或其它热交换器134能够用于冷却流进管路119的液压油。管路135和阀136能够用于提供流量以操作冷却风扇134。管路145提供来自管路114的液压油以操作风扇134。管路145从风扇134排出液压油并使其归流至贮存器11。
在图29-34的抽油泵的实施方式中，在高容量抽油位置(图31和33)和低或无容量抽油位置(图32和34)之间调整泵103的旋转斜盘110。当在无负载的泵103的位置(图32、34))上开始时，对控制阀105进行操作以控制泵103在142处(图32)的压力，从而启动下冲程周期并启动装置。
在图35-42中，示出了能够用于将液体引导到如图29-30所示的各部件中的集合管144。在图35-38中示出了位于下冲程位置的集合管144。在图39-42中示出了位于上冲程位置的集合管145。
以下为适用于本发明的零件和材料的列表。
零件列表
零件号 说明
10 抽油泵
11 贮存器
12 原动机
13 补偿泵
14 液压举升缸
15 缸体
16 空心内部
17 活塞杆
18 上端部
19 下端部
20 连接器
21 抽油柱/抽油杆
22 油井采油树
23 井管
24 接近开关或限位开关
25 接近开关或限位开关
26 接近开关或限位开关
27 液压管路
28 方向阀
29 液压管路
30 排放管
31 比例阀
32 排放管
33 管路
34 管路
35 集合管
36 冷却器
37 通风安全阀
38 框架
39 可编程的逻辑控制器
40 抽油泵
41 贮存器
42 原动机
43 补偿泵
44 集合管
45 油传输模块
46 方向阀
47 比例阀
48 安全阀
49 旁通阀
50 气流控制
51 入口
52 冷却器和贮存器的出口
53 液压举升缸的出口
54 仪表口
55 冷却器
56 过滤器
57 风扇电动机
58 集合管
59 集合管
60 管路
61 阀
62 管路
63 管路
64 管路
65 管路
66 管路
67 管路
68 管路
69 装配仪器线
70 装配仪器线
71 装配仪器线
72 装配仪器线
73 通道
74 通道
75 通道
76 集合管
77 液压转换部件
78 方向阀模块
79 方向阀模块
80 比例节流阀模块
81 比例节流阀模块
82 安全阀
83 旁通阀
84 气流控制阀
85 提升阀
86 梭阀
87 管路
88 入口配件
89 管路
90 箭头
91 管路
92 箭头
93 出口配件
94 管路
95 箭头
96 箭头
97 贮存器的出口配件
98 入口
99 出口
100 圆锥形的阀门组件
101 圆锥形的阀门组件
102 抽油泵
103 补偿阀
104 箭头
105 阀
106 方向阀
107 比例控制阀
108 驱动
109 杆端
110 旋转斜盘
111 箭头
112 管路
113 吸入管路
114 管路
115 止回阀
116 管路
117 位置
118 管路
119 伺服阀
120 抽油活塞
121 活塞筒
122 耐磨板
123 控制滑阀
124 通道
125 通道
126 通道
127 通道
128 孔
129 通道
130 方向
131 箭头
132 箭头
133 通道
135 管路
136 阀
137 弹簧
138 补偿控制
139 通道
140 吸入管路
141 弹簧
142 位置
143 安全阀
144 集合管
145 冷却气流管路
本文中公开的所有测量结果都是在标准温度和压力下测得的，在地球的海平面上，除非有其它说明。只通过实施例的方式引入了前述的实施方式；本发明的范围只受限于权利要求。
Claims (20)
1.一种液压抽油装置，包括
a)液压缸，具有能够在上杆位置和下杆位置之间移动的杆；
b)抽油柱，从所述杆向下延伸，所述柱被配置为延伸到油井中以从油井中抽油；
c)原动机；
d)液压泵，由所述原动机供电，所述泵具有调节泵流量和泵压力的补偿器；
e)方向控制阀，其在开流与闭流位置之间移动；
f)连接所述泵和所述液压缸的管路，控制阀被定位在所述管路中，从而能够控制所述液压泵与液压缸之间的流量；
g)比例阀；
h)液压油贮存器，用于容纳待供应给所述液压泵的液压油；
i)将液压油从所述液压缸经由所述比例阀传送至所述贮存器的管路；以及
j)电子控制系统，当所述杆在所述上杆位置和下杆位置之间移动时，所述电子控制系统通过控制所述控制阀和所述比例阀来控制所述杆的移动，其中，所述电子控制系统包括打开或关闭所述比例阀的电信号，从而当所述杆在所述下杆位置改变方向时启动对杆移动的控制，而当所述杆从所述上杆位置朝向所述下杆位置移动时，所述比例阀被节流以降低流经比例阀的流量。
2.如权利要求1所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括多个接近开关，当所述杆处于相对于所述油缸的选定位置时，所述多个接近开关中的每一个均发送电信号。
3.如权利要求2所述液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于激活所述方向控制阀以使其在所述开流与闭流位置之间移动的接近开关。
4.如权利要求2所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于在所述杆到达相对于所述液压缸的上杆位置时激活所述方向控制阀以使其从开流位置移动到闭流位置的接近开关。
5.如权利要求2所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于在所述杆到达相对于所述液压缸的下杆位置时激活所述方向控制阀以使其从闭流位置移动到开流位置的接近开关。
6.如权利要求1所述的液压抽油装置，其中，所述液压泵具有能够在低容量位置与高容量位置之间移动的旋转斜盘。
7.如权利要求1所述的液压抽油装置，其中，所述液压泵具有能够在低压位置与高压位置之间移动的旋转斜盘。
8.一种液压抽油装置，包括：
a)具有缸体和活塞的液压缸，所述活塞活动安装至所述液压缸上以便在上活塞位置和下活塞位置之间移动；
b)从所述活塞向下延伸的抽油柱，所述柱被配置为延伸入油井中并包括用于从所述油井中抽油的一个或多个抽油杆；
c)原动机；
d)由所述原动机供电的补偿液压泵，所述补偿液压泵具有补偿器，所述补偿器在泵压增大时减少泵的流量；
e)在开流与闭流位置之间移动的方向控制阀；
f)连接所述泵和所述液压缸的管路，所述方向控制阀被定位在所述管路中，从而能够控制所述液压泵与液压缸之间的流量；
g)比例阀；
h)液压油贮存器，用于容纳待供应给所述液压泵的液压油；
i)将液压油从所述液压缸经由所述比例阀传送至所述贮存器的管路；以及
j)电子控制系统，当所述活塞在所述上活塞位置和下活塞位置之间移动时，所述电子控制系统通过控制所述方向控制阀和所述比例阀来控制所述活塞的移动，其中，所述电子控制系统包括打开或关闭所述比例阀的电信号，从而当所述杆在所述下活塞位置改变方向时启动对活塞移动的控制，而当所述活塞从所述上活塞位置朝向所述下活塞位置移动时，所述比例阀被节流以降低流经比例阀的流量。
9.如权利要求8所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括多个接近开关，当所述活塞处于相对于所述油缸的选定位置时，所述多个接近开关中的每一个均发送电信号。
10.如权利要求9所述液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于激活所述方向控制阀以使其在所述开流与闭流位置之间移动的接近开关。
11.如权利要求9所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于在所述活塞到达相对于所述液压缸的上活塞位置时激活所述方向控制阀以使其从开流位置移动到闭流位置的接近开关。
12.如权利要求9所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于在所述活塞到达相对于所述液压缸的下活塞位置时激活所述方向控制阀以使其从闭流位置移动到开流位置的接近开关。
13.如权利要求8所述的液压抽油装置，其中，所述液压泵具有能够在低压位置与高压位置之间移动的旋转斜盘。
14.一种液压抽油装置，包括
a)液压缸，具有能够在上杆位置和下杆位置之间移动的活塞杆；
b)抽油柱，从所述杆向下延伸，所述柱被配置为延伸到油井中以从油井中抽油；
c)原动机；
d)液压泵，由所述原动机供电，所述泵具有调节泵流量和泵压力的补偿器；
e)方向控制阀，其在开流与闭流位置之间移动；
f)连接所述泵和所述液压缸的管路，控制阀被定位在所述管路中，从而能够控制所述液压泵与液压缸之间的流量；
g)比例阀；
h)液压油贮存器，用于容纳待供应给所述液压泵的液压油；
i)将液压油从所述液压缸经由所述比例阀传送至所述贮存器的管路；以及
j)电子控制系统，当所述活塞杆在所述上杆位置和下杆位置之间移动时，所述电子控制系统通过控制所述控制阀和所述比例阀来控制所述活塞杆的移动，其中，所述电子控制系统包括打开或关闭所述比例阀的电信号，从而在所述活塞杆接近所述下杆位置时所述活塞杆减慢其移动速度。
15.如权利要求14所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括多个接近开关，当所述杆处于相对于所述油缸的选定位置时，所述多个接近开关中的每一个均发送电信号。
16.如权利要求15所述液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于激活所述方向控制阀以使其在所述开流与闭流位置之间移动的接近开关。
17.如权利要求15所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于在所述杆到达相对于所述液压缸的上杆位置时激活所述方向控制阀以使其从开流位置移动到闭流位置的接近开关。
18.如权利要求15所述的液压抽油装置，其中，所述电子控制系统包括用于在所述杆到达相对于所述液压缸的下杆位置时激活所述方向控制阀以使其从闭流位置移动到开流位置的接近开关。
19.如权利要求14所述的液压抽油装置，其中，所述液压泵具有能够在低容量位置与高容量位置之间移动的旋转斜盘。
20.如权利要求14所述的液压抽油装置，其中，所述液压泵具有能够在低压位置与高压位置之间移动的旋转斜盘。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: LUFKIN INDUSTRIES COMPANY Free format text: FORMER OWNER: PETRO HYDRAULIC LIFT SYSTEM L. Effective date: 20141126 |
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Owner name: LUFKIN INDUSTRIES, INC. Free format text: FORMER NAME: LUFKIN INDUSTRIES COMPANY |
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Address after: Texas, USA Patentee after: LUFKIN INDUSTRIES, Inc. Address before: Texas, USA Patentee before: Loew gold industries |
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Effective date of registration: 20141126 Address after: Texas, USA Patentee after: Loew gold industries Address before: louisiana Patentee before: Petro Petroleum Lifting System Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20121010 Termination date: 20210201 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |