CN107849911A - 用于生产防喷器应用的可调节式锁定冲头 - Google Patents

Abstract

一种用于夹持延伸到烃生产井(10)中的抛光杆(18)的系统和方法，包括夹紧组件(34)，该夹紧组件(34)可在其中夹紧组件与抛光杆间隔开的未接合位置和其中夹紧组件接合抛光杆的接合位置之间移动。夹紧组件包括位于可动夹紧部件(33)中的凹部(38)，凹部具有支承表面(40)。夹紧组件还包括匹配器(42)，该匹配器在大小上设置成匹配在凹部内并支承在支承表面上，匹配器具有面向凹部外的夹持表面(46)。匹配器定位成在夹紧组件处于接合位置时用夹持表面夹持抛光杆。

Description

用于生产防喷器应用的可调节式锁定冲头

技术领域

本公开大体上涉及用于在烃生产操作中夹持抛光杆的组件，且更具体而言涉及用于在这种组件中使用的具有夹持表面的可互换的匹配器。

背景技术

在一些烃生产操作中，可使用驱动器以使延伸到地下井中的抛光杆旋转。旋转的抛光杆又驱动为在地下井内的流体提供升力的泵，并可用来迫使这种流体到达表面并可制造成流送管。这种生产系统可例如与在高温下进行的蒸汽辅助重力泄油过程一起使用。

为了在生产系统上进行维护，生产系统需要抛光杆被锁定在非旋转的状态，活塞冲头的夹持表面可接合抛光杆。活塞冲头可为锁定装置的部分，或可为防喷器(BOP)的部分，该防喷器具有一组或多组具有多个功能的冲头。当处于关闭位置时，活塞冲头可围绕抛光杆夹紧并紧固杆柱。在某些实施例中，活塞冲头也可封闭井孔。可通过单组冲头实现该密封功能和夹持功能。在生产系统上进行维护时，活塞冲头的夹紧作用降低了环境和安全性风险。

用来驱动泵的抛光杆可具有不同的直径，这取决于在井下运行的泵的品牌、型号和大小。因此，活塞冲头夹持表面和抛光杆夹具夹持表面二者都将需要设置成适当的大小以完全接合和夹持在特定生产操作中使用的特定大小的抛光杆。夹持表面必须提供足够的夹持力，以支承杆柱和泵二者的重量以及抵抗住施加到抛光杆上的任何旋转或扭矩。如果用需要不同大小的抛光杆的新泵替换泵，则用于抛光杆夹具和活塞冲头的夹持表面可能无法适合地夹持新的抛光杆，因而将需要重新调整大小。抛光杆夹具和活塞冲头的夹持表面有时也可被磨损因而需要被替换。

发明内容

本公开的实施例描述了用于在活塞冲头和抛光杆夹具中提供具有各种大小的夹持表面的可替换的匹配器的系统和方法。本文描述的匹配器的实施例相比于其中需要替换整个活塞冲头的目前的系统来说，提供了时间和成本节约。而且，较之这种目前的系统，本文描述的匹配器更轻并在整个生产操作的寿命中将产生更少的废料。操作者手头上可具有一系列匹配器，这些匹配器可用于不同大小的抛光杆，如由API Spec 11B指定的那样，而不需要如保养某些目前的系统所需要的替换部件那样投入那么多的钱或使用那么多的存储空间。本文描述的系统和方法因此对利用了抛光杆的生产系统提供了减少的成本和改进的可维护性。

在本公开的一个实施例中，用于夹持延伸到烃生产井中的抛光杆的系统包括夹紧组件，该夹紧组件可在其中夹紧组件与抛光杆间隔开的未接合位置和其中夹紧组件接合抛光杆的接合位置之间移动。夹紧组件包括位于可动夹紧部件中的凹部，凹部具有支承表面。夹紧组件还包括在大小上设置成匹配在凹部内并支承在支承表面上的匹配器，匹配器具有面向凹部外的夹持表面。匹配器定位成在夹紧组件处于接合位置时用夹持表面夹持抛光杆。

在本公开的一个备选实施例中，用于夹持延伸到烃生产井中的抛光杆的系统包括防喷器的夹紧组件，该夹紧组件可在其中夹紧组件与抛光杆间隔开的未接合位置和其中夹紧组件接合抛光杆的接合位置之间移动。夹紧组件包括成对的活塞冲头，它们在夹紧组件处于接合位置时可延伸到防喷器的中心孔中。夹紧组件还包括定位在各个活塞冲头中的至少一个凹部，至少一个凹部中的各个具有支承表面。匹配器在大小设置成匹配在至少一个凹部中的各个内并支承在支承表面上。匹配器具有面向凹部外的夹持表面。匹配器定位成在夹紧组件处于接合位置时用夹持表面夹持抛光杆。

在本公开的又一备选实施例中，一种用于夹持延伸到烃生产井中的抛光杆的方法包括提供夹紧组件，该夹紧组件具有：位于可动夹紧部件中的凹部，凹部具有支承表面；和匹配器，其在大小上设置成匹配在凹部内并支承在支承表面上。匹配器具有面向凹部外的夹持表面。夹紧组件在其中夹紧组件与抛光杆间隔开的未接合位置和其中夹紧组件接合抛光杆的接合位置之间移动，使得匹配器用夹持表面夹持抛光杆。

附图说明

已陈述了本公开的一些特征和益处，随着结合附图继续进行描述，其它的特征和益处将变得显而易见，在附图中：

图1为根据本公开的实施例的具有夹紧组件的烃生产井的示意性截面图。

图2为根据本公开的实施例的具有夹紧组件的防喷器的透视截面图。

图3为被示出与抛光杆接合的图2的冲头垫块和匹配器的透视图。

图4为被示出与抛光杆接合的图2的冲头垫块和匹配器的俯视平面图。

图5为图2的冲头垫块和匹配器的透视图。

图6为根据本公开的实施例的具有夹紧组件的抛光杆夹具的横截面图。

虽然将结合示范性实施例描述本公开，但将理解的是，不旨在将本公开限于该实施例。相反，旨在涵盖可包括在如由所附权利要求限定的本公开的本质和范围内的所有备选方案、更改和等效方案。

具体实施方式

现将参照在其中示出实施例的附图，在下文中更充分地描述本公开的方法和系统。本公开的方法和系统可呈许多不同的方式且不应被解释为限于本文阐述的说明性实施例：而是，提供这些实施例，使得本公开将是全面的和完整的，且将充分将其范围传达给本领域的技术人员。遍及附图，相同的标号表示相同的元件。

进一步要理解的是，本公开的范围不限于示出和描述的构造、操作、确切材料或实施例的确切细节，因为对本领域的一个技术人员来说，更改和等效方案将是显而易见的。在附图和说明书中，已公开了说明性实施例，且尽管采用了特定的用语，但它们仅仅在一般的和描述的意义上被使用且不是为了限制目的。

参照图1，井10为在烃开采和生产操作中使用的地下井。井10可包括具有在高温下进行的蒸汽辅助重力泄油过程的生产系统。在备选实施例中，井10可用使用延伸到井10中的旋转抛光杆的其它已知类型的系统进行生产。

井10可具有套管12和通过套管12延伸到井中的生产管14。为了为井10内的流体提供升力，使得这种流体被生产至表面，泵16可定位在井10的生产管14内。可由通过生产管14延伸至泵16的旋转杆诸如抛光杆18为泵16提供功率。抛光杆18可通过驱动单元20旋转，驱动单元20位于井10外面的地面处。抛光杆18延伸通过驱动单元20并可由抛光杆夹具22支承。

在图1的示例中，泵16为螺杆泵，其包括在定子26内旋转的转子24。抛光杆18的端部附连至转子24，用于使转子24在定子26内旋转。在备选的实施例中，可使用由旋转杆提供功率的在工业中已知的备选泵。

防喷器28可位于井10上方，并与生产管14处于流体连通。抛光杆18延伸通过防喷器28的中心孔27。参见图2，防喷器28可具有一组或多组活塞冲头30。可使用活塞冲头30来围绕抛光杆18而密封并夹紧抛光杆18以防止抛光杆18的旋转。防喷器28的密封功能可密封井孔，使得流体不可经过防喷器28而从井10溢出。当在生产系统上进行维护时，防喷器28的夹紧功能可减少环境和安全性风险。

在某些实施例中，可由单组活塞冲头30提供密封和夹紧功能。在图2的示范性实施例中，防喷器28具有单独的密封组件32和夹紧组件34。在图2的示例中，密封组件32包括两个位于中心孔27的相对侧并沿径向延伸至中心孔27中以围绕抛光杆18而密封的活塞冲头30。密封组件32的密封部件36可具有围绕抛光杆18形成密封的部分和抵靠着相对的密封部件36而密封的部分，使得流体不可经过密封组件32而流动通过中心孔27。

在图2的示例中，夹紧组件34包括两个活塞冲头30。各个活塞冲头30具有冲头垫块33，冲头垫块33为位于中心孔27的相对侧的可动夹紧部件。夹紧组件34可在其中夹紧组件34与抛光杆间隔开的未接合位置(如在图2中看到的)和其中夹紧组件34接合抛光杆18接合位置之间移动。为了在未接合位置和接合位置之间移动夹紧组件34，冲头垫块33延伸到防喷器28的中心孔27中。

参见图3-5，各个冲头垫块33具有凹部38。凹部38位于冲头垫块33的面向中心孔27的面中。各个冲头垫块33可具有一个凹部或可具有另外的凹部38。在示出的示范性实施例中，冲头垫块33具有两个凹部38。凹部38具有在下部端部处的支承表面40和与支承表面40相对的开口端部。

各个凹部38可容纳匹配器42。因此存在一个凹部38的情况下，便可存在一个匹配器42且存在另外的凹部38的情况下，便可存在另外的匹配器42。匹配器42在大小上设置成匹配在凹部38内并支承在支承表面40上。匹配器42可由硬化钢、碳化钨或本领域已知的其它适合材料形成。

可用紧固件44使匹配器42可释放地紧固在冲头垫块33上。在示出的示例中的紧固件44沿轴向延伸通过匹配器42并可通过凹部38的开口端部而被接近。紧固件44在匹配器42至冲头垫块33之间延伸。紧固件44允许在匹配器42和冲头垫块33之间存在有限的相对移动。紧固件44可为例如经过匹配器42并被拧入冲头垫块33中的螺纹部件。紧固件44经过其中的匹配器42中的开口可大于紧固件44的外径，以允许在匹配器42和冲头垫块33之间存在一些相对移动。通过将紧固件44从冲头垫块33移除，匹配器42可相对于活塞冲头30移动。

匹配器42具有夹持表面46。夹持表面46面向凹部38外且匹配器42位于凹部38内使得在夹紧组件34处于接合位置时，匹配器42用夹持表面夹持抛光杆18。夹持表面46可具有例如渗碳齿、螺旋形的螺纹形状、密集的突起或其它形状的夹持特征，其最大程度地增加夹持表面46和抛光杆18之间的摩擦力并通过匹配器42实现对抛光杆18的夹持。在图5的示例中，示出带斜纹图案的夹持表面46。

夹持表面46也可具有构造成与抛光杆18的外径表面相匹配的轮廓形状48。如可在图4中看到的那样，轮廓形状48可为弯曲的表面以使夹持表面46和抛光杆18之间的接触最大化。可根据具体开采的抛光杆直径、公差、扭矩和悬挂需求，选择轮廓形状48。在某些实施例中，单个夹持表面46的轮廓形状48可适应多种抛光杆18的直径。在备选的实施例中，轮廓形状48可在形状上设计成适应一种大小的抛光杆18。夹持表面46提供足够的夹持力以支承抛光杆18和泵16二者的重量。在防喷器28中使用的夹持表面46还必须抵抗住施加到抛光杆18上的任何旋转或扭矩。

因为可用允许在匹配器42和冲头垫块33之间沿径向有一些相对移动的紧固件44使匹配器42沿轴向固定就位，所以匹配器42可移动有限的量而到达抛光杆18周围的位置以在抛光杆18上形成并保持夹持力。紧固件44将不会承担抛光杆18的负载。抛光杆18的负载将通过凹部38的支承表面40和侧壁改为从匹配器42传递至夹紧组件34。

抛光杆夹具22 也位于井10的上方并包括用于支承泵16的夹紧组件34。参看图6，抛光杆夹具22还可包括呈夹具臂50形式的可动夹紧部件。在这种实施例中，在未接合位置和接合位置之间移动夹紧组件34包括用抛光杆夹具22的夹具臂50包围抛光杆18。紧固部件52可使夹具臂50的端部保持在一起，使得夹紧组件34保持处于接合位置。

各个夹具臂50具有凹部38。凹部38位于夹具臂50的面向相对的夹具臂50的面中。各个夹具臂50可具有一个凹部或可具有另外的凹部38。在示出的示范性实施例中，各个夹具臂50具有一个凹部38。凹部38容纳匹配器42。匹配器42具有本文所论述的特征且如本文所论述的那样相对于冲头垫块33被支承在凹部38中。

在操作的一个示例中，为了用夹紧组件34紧固抛光杆18，夹紧组件34从未接合位置移动到接合位置，使得匹配器42用夹持表面46夹持抛光杆18。在使用防喷器28的夹紧组件34的示例中，操作者可期望在生产系统上进行维护，这需要抛光杆18被锁定在非旋转状态下。在使用抛光杆夹具22的夹紧组件34的示例中，操作者可使用抛光杆夹具22以在井10内悬挂并支承抛光杆18。

用于驱动泵16的抛光杆18可具有不同的直径，这取决于在井下运行的泵16的品牌、型号和大小。因此，夹持表面46将需要设置成适当的大小以充分接合并夹持在特定生产操作中使用的特定大小的抛光杆18。如果用需要不同大小的抛光杆18的新泵替换泵16，则夹持表面 46可能无法适合地夹持新的抛光杆18且防喷器28和抛光杆夹具22二者的夹持表面46将需要被重新调整大小。夹持表面46有时也可被磨损因而需要被替换。

为了移除和替换匹配器42，可移除紧固件44，可移除匹配器42，并可用紧固件44可释放地紧固新的匹配器42。凹部38在形状和大小设置成接受各种大小的匹配器42，使得匹配器42可选择成夹持所需大小的抛光杆18。这样，在抛光杆18改变大小时，整个防喷器28或抛光杆夹具22不需要被替换。而是，可使正确大小的匹配器42插入到凹部38中。

在参照包括两个或更多个限定的步骤的方法的情况下，所限定的步骤可以任何顺序或同步地被执行，除非上下文排除该可能性。用语“竖直”、“水平”、“向上”、“向下”、“上方”和“下方”和类似的空间关系术语在本文中仅为了便利而使用，因为本公开的元件可安装在各种相对位置上。

因此，在本文中描述的本公开良好地适于实现目标和获得所提及的结果和优点以及其中固有的其它结果和优点。虽然为了公开已给出了本公开的示范性实施例，但许多变化存在于用于实现期望结果的过程的具体细节中。这些和其他类似的更改本身将容易地被本领域的技术人员想到，且意图被涵盖在本文所公开的本公开的本质以及所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种用于夹持延伸到烃生产井中的抛光杆的系统，所述系统包括：

夹紧组件，其可在其中所述夹紧组件与所述抛光杆间隔开的未接合位置和其中所述夹紧组件接合所述抛光杆的接合位置之间移动，所述夹紧组件包括：

位于可动夹紧部件中的凹部，所述凹部具有支承表面；和

匹配器，其在大小上设置成匹配在所述凹部内并支承在所述支承表面上，所述匹配器具有面向所述凹部外的夹持表面；且其中

当所述夹紧组件处于所述接合位置时，所述匹配器定位成用所述夹持表面夹持所述抛光杆。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括在所述匹配器和所述可动夹紧部件之间延伸的紧固件，所述紧固件可释放地将所述匹配器紧固至所述可动夹紧部件上并允许在所述匹配器和所述可动夹紧部件之间存在有限的相对移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述凹部具有与所述支承表面相对的开口端部。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可动夹紧部件为防喷器的冲头垫块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可动夹紧部件为抛光杆夹具的夹具臂。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述夹持表面具有轮廓形状，所述轮廓形状构造成与所述抛光杆的外径表面相匹配。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述夹紧组件包括至少两个可动夹紧部件。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可动夹紧部件具有另外的凹部且另外的匹配器位于所述另外的凹部中。

9.一种用于夹持延伸到烃生产井中的抛光杆的系统，所述系统包括：

防喷器的夹紧组件，其可在其中所述夹紧组件与所述抛光杆间隔开的未结合位置和其中所述夹紧组件接合所述抛光杆的接合位置之间移动，所述夹紧组件包括：

成对的活塞冲头，其可在所述夹紧组件处于所述接合位置时延伸至所述防喷器的中心孔中；

位于各个活塞冲头中的至少一个凹部，所述至少一个凹部中的各个具有支承表面；和

匹配器，其在大小上设置成匹配在所述至少一个凹部中的各个内并支承在所述支承表面上，所述匹配器具有面向所述凹部外的夹持表面；且其中

所述匹配器定位成在所述夹紧组件处于所述接合位置时用所述夹持表面夹持所述抛光杆。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括在所述匹配器中的各个和所述活塞冲头之间延伸的紧固件，所述紧固件可释放地将所述匹配器紧固至所述活塞冲头并允许在所述匹配器和所述活塞冲头之间存在有限的相对移动。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述匹配器中的各个可相对于所述活塞冲头移动。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述夹持表面具有轮廓形状，所述轮廓形状构造成与所述抛光杆的外径表面相匹配。

13.一种用于夹持延伸至烃生产井中的抛光杆的方法，所述方法包括：

提供夹紧组件，其包括：位于可动夹紧部件中的凹部，所述凹部具有支承表面；以及匹配器，其在大小上设置成匹配在所述凹部内并支承在所述支承表面上，所述匹配器具有面向所述凹部外的夹持表面；

使夹紧组件在其中所述夹紧组件与所述抛光杆间隔开的未结合位置和其中所述夹紧组件接合所述抛光杆的接合位置之间移动，使得所述匹配器用所述夹持表面夹持所述抛光杆。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括用紧固件将所述匹配器可释放地紧固至所述可动夹紧部件上，所述紧固件在所述匹配器和所述可动夹紧部件之间延伸，所述紧固件允许在所述匹配器和所述可动夹紧部件之间存在有限的相对移动。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述可动夹紧部件为防喷器的冲头垫块且使所述夹紧组件在所述未结合位置和所述接合位置之间移动包括使所述冲头垫块延伸至所述防喷器的中心孔中。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述可动夹紧部件为抛光杆夹具的夹具臂且使所述夹紧组件在所述未接合位置和所述接合位置之间移动包括用所述抛光杆夹具包围所述抛光杆。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述夹紧组件在所述未接合位置和所述接合位置之间移动进一步包括使所述夹持表面的轮廓形状与所述抛光杆的外径表面相匹配。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括形成从所述抛光杆经过所述匹配器并通过所述凹部的所述支承表面和侧壁到达所述夹紧组件的负载路径。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述适配从所述凹部移除并用替换匹配器来替换所述匹配器。