MX2008009927A - Aparato de bombeo de pozo de petroleo hidraulico. - Google Patents

Abstract

Un aparato de bombeo de pozo de petróleo hidráulico utiliza un cilindro hidráulico que tiene un pistón o varilla que se puede mover entre posiciones de pistón superiores e inferiores. Una cadena de bombeo o varilla de bombeo se extiende hacia abajo desde el pistón, la cadena de bombeo o varilla de bombeo estando configurada para extenderse hacia un pozo de petróleo para bombear petróleo desde el pozo. Una máquina motriz tal como un motor, está conectada a una bomba hidráulica de tipo de compensación, una válvula de control direccional se mueve entre posiciones de flujo abierto y de flujo cerrado y una línea de flujo hidráulico conecta la bomba y el cilindro hidráulico. Se proporcionan controles electrónicos que controlan el movimiento del pistón a medida que se mueve entre las posiciones superior e inferior.

Description

APARATO DE BOMBEO DE POZO DE PETROLEO HIDRAULICO SOLICITUD DE PATENTE INVENTORES: FESI, Michael, A . , un ciudadano de E.U.A., 3341 Bayou Black Drive, Houma, LA 70360, US; LAPEYROUSE, Willard, J., un ciudadano de E U A de 302 E. Woodlawn Ranch Road. Houma, LA 70363, E.U.A.: y VINCENT, Kenneth, H. un ciudadano de E.U.A., de 422 St. Pierre Boulevard, Carenero, LA 70520, E.U.A.

APODERADO: PETRO HYDRAULIC LIFT SYSTEM L.L.C. (Lousiana, E.U.A. una compañía de responsabilidad limitada), 5288 Highway 102, Jenmngs, LA 70546, E.U.A.

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS La Prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. Serie No. 60/764,481, presentada e! 1o de Febrero 2006, incorporada aquí por referencia, se reclama aquí La Prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de E.U.A. Serie No. 60/824,123, presentada el 31 de Agosto 2006, incorporada aquí por referencia, se reclama aquí.

DECLARACIÓN CON RESPECTO A IN ESTIGACION O DESARROLLO FEDERAL ENTE PATROCI ADO No aplicable.

REFERENCIA A UN "APENDICE DE MICROFICHA" No aplicable ANTECEDENTES DE LA INVENCION 1. Campo de la Invención La presente invención se refiere a bombas de pozo de petróleo y más particularmente a una bomba de pozo de petróleo hidráulica mejorada que se controla electrónicamente al utilizar interruptores de límite o proximidad para controlar una disposición de válvula que elimina golpe o carga en exceso de la cadena de bombeo o varilla de bombeo durante el bombeo, y especialmente cuando la dirección de la varilla de bombeo se cambia al fondo de un recorrido. 2. Antecedentes Generales de I a In ención Se han emitido varias patentes que se relacionan gene almente con el bombeo de petróleo de un pozo de petróleo. Ejemplos de esas patentes están contenidos en el siguiente cuadro, en donde el orden de listado no tiene importancia diferente a la cronológica.

CUADRO BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención proporciona un aparato de bombeo de pozo de petróleo hidráulico. El sistema de la presente invención utiliza un cilindro hidráulico que tiene un pistón o varilla que es móvil entre posiciones de pistón superiores e inferiores. Una cadena de bombeo o varilla de bombeo se extiende hacia abajo desde el pistón, la cadena de bombeo o varilla de bombeo se configura para extenderse en un pozo de petróleo para bombear aceite del pozo.

Un motor primario tal como un motor se conecta a una bomba hidráulica de tipo de compensación.

Una válvula de control direccional se mueve entre posiciones de flujo abierto y flujo cerrado. Una línea de flujo hidráulico conecta la bomba y el cilindro hidráulico.

Se proporcionan controles electrónicos que controlan el movimiento del pistón mientras se mueve entre las posiciones superiores e inferiores.

BREVE DESCRIPCION DE LAS VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento adicional de la naturaleza, objetos y ventajas de la presente invención, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada, leída en conjunto con los siguientes dibujos, en donde números de referencia similares denotan elementos similares y en donde: La Figura 1 , e s una vista en explosión, en elevación de la modalidad preferida del aparato de la presente invención; La Figura 2/es una vista en elevación de la modalidad preferida del aparato de la presente in ención; La Figura 2A/es una vista en elevación parcial de la modalidad preferida del aparato de la presente invención; La Figura 37es una vista en sección de la modalidad preferida del aparato de la presente invención, tomada a lo largo de las lineas 3-3 de la Figura 2; Las Figuras 4A, 4B y 4C son vistas en fragmentos, en elevación de la modalidad preferida del aparato de la presente invención que ilustra operación del aparato; La Figura 5 es una vista en perspectiva parcial de la modalidad preferida del aparato de la presente invención; Las Figuras ,6-7/ "son diagramas esquemáticos de la modalidad preferida del aparato de la presente invención; La Figura 8, es una vista en perspectiva parcial de una modalidad alterna del aparato de la presente in ención; La Figura 9 es una vista superior en f agmentos de la modalidad alterna del aparato de la presente invención; La Figura 10 es una vista en elevación parcial de la modalidad alterna del aparato de la presente invención; La Figura 11 es una vista extrema parcial de la modalidad alterna del aparato de la presente invención; La Figura 12 es otra vista en elevación en fragmentos de la modalidad alterna del aparato de la presente invención; La Figura 13..és una vista lateral en fragmentos de la modalidad alterna del aparato de la presente invención; La Figura 14 es un diagrama de flujo que ilustra la modalidad alterna del aparato de la presente invención; Las Figuras 15-1 e^son diagramas esquemáticos que muestran la modalidad alterna del aparato de la presente invención; La Figura 17 es una vista en fragmentos de la modalidad alterna del aparato de la presente invención que muestra el múltiple en una condición de desvío; La Figura 1-8 es una vista en fragmentos de la modalidad alterna del aparato del aparato de la presente invención que muestra el múltiple en una posición de carrera hacia arriba; La Figura 19 es una ista en fragmentos de la modalidad alterna del aparato de la presente invención que muestra el múltiple en una posición de carrera hacia abajo; La Figura 20'"" es una vista en perspectiva parcial de la modalidad preferida del aparato de la presente invención que muestra una construcción de múltiple alterna; La Figura 21 es un diagrama esquemático de la modalidad preferida del aparato de la presente invención que muestra la distribución de múltiple alterna; La Figura 22/ es un diag ama esquemático de la modalidad preferida del aparato de la presente invención que muestra la disposición de múltiple alterna; La Fi gura 23 s una vista en fragmentos del múltiple de las Figuras 21 y 22; / La Fi gura 24·' es una ista en fragmentos del múltiple de las Figuras 21 y 22; La Fi gura 25, es una vista en fragmentos de! múltiple de las Figuras 21 y 22; La Fi gura 26.- es una vista en fragmentos del múltiple de las / Figuras 21 y 22; La Fi gura 27.- es una vista en fragmentos del múltiple de las Figuras 21 y 22; La Fi gura iy e s una vista en fragmentos del múltiple de las Figuras 21 y 22; La Fi gura 29. es un diagrama esquemático de otra modalidad alterna de I aparato de la presente invención e n la posición de carrera hacia arriba; La Figura 30' es un diagrama esquemático de otra modalidad alterna del aparato de la presente invención en la posició de carrera hacia abajo; La Figura 31 es un diagrama en fragmentos de otra modalidad alterna del aparato de la presente in ención en la posición de carrera hacia arriba; La Figura 32 es un diag ama en fragmentos de otra modalidad alterna del aparato de la presente invención en la posición de carrera hacia abajo; La Figura 33 es un diagrama en fragmentos de otra modalidad alterna del aparato de la presente in ención en la posición de carrera hacia arriba; La Figura 34 -e s un diagrama en fragmentos de otra modalidad alterna del aparato de la presente invención en la posición de carrera hacia abajo; La Figura 35 es una vista en fragmentos superior de una porción de múltiple del sistema de las Figuras 29-34, mostrado en el modo o posición de carrera hacia abajo; La Figura 3'6 es una vista en sección tomada a lo largo de las líneas 36-36 de la Figura 35; La Figura 37 es una vista en sección tomada a lo largo de las líneas 37-37 de la Figura 35; La Figura 3.8 es una vista en sección tomada a lo largo de las líneas 38-38 de la Figura 35; La Figura 39 es una vista en planta superior del múltiple de la Figura 35 mostrada en el modo o posición de carrera hacia arriba; /' La Figura 4J3 es una vista en sección tomada lo largo de las líneas 40-40 de la Figura 39; La Figura 41 es una vista en sección tomada lo largo de las líneas 41-41 de la Figura 39; y La Figura 42 es una vista en sección tomada a lo largo de las líneas 42-42 de la Figura 39.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las Figuras 1-7 muestran generalmente la modalidad preferida del aparato de la presente invención designado generalmente por el número 10.

La bomba de pozo de petróleo 10 proporciona un depósito 11 para contener fluido hidráulico. Un motor primario 12 tal como un motor se proporciona para controlar una bomba de compensación 13. La bomba 13 se utiliza para transmitir presión hidráulica, fluido hidráulico presurizado recibido del depósito 11 a través de la linea de flujo 33 a un cilindro hidráulico o cilindro de elevación de petróleo 14. El cilindro de elevación 14 puede ser un Parker (www.parker.com) modelo GG699076A0. El cilindro de elevación hidráulico 14 incluye un cuerpo de cilindro 15 que tiene un interior hueco 16.

Una varilla de cilindro 17 se monta en forma deslizante o de telescopio al cuerpo de cilindro 15 que se extiende en el interior 16 del cuerpo de cilindro 15. La varilla de cilindro 17 tiene una porción de extremo superior 18 y una porción de extremo inferior 19. Durante uso, la porción de extremo inferior 19 se extiende por abajo del cuerpo de cilindro 15 como se muestra en las Figuras 1-4C y 6-7.

En la Figura 1 , la porción de extre m o inferior 19 de la varilla de cilindro 17 se une con el acoplamiento 20 a una cadena de bombeo o varilla de bombeo 21. La cadena de bombeo o la varilla de bombeo 21 está compuesta de un número de uniones, conectadas extremo a 1 o extremo. Una parte de bombeo de la varilla de bombeo 21 generalmente se coloca después de una zona perforaba del pozo. Dicha cadena de bombeo 21 ó varilla de bombeo 21 se conoce en la técnica y se utiliza para bombear petróleo de un pozo de petróleo mientras la varilla de bombeo 21 se mueve hacia arriba y hacia abajo.

El cilindro de elevación 14 se monta en el árbol de Navidad 22. El árbol de Navidad 22 se monta en la cabeza de pozo de. un pozo de petróleo en la porción de extremo superior de la tubería de pozo 23. Un marco estructural adecuado 38 puede utilizarse para soportar el cilindro hidráulico 14 y su varilla de cilindro 17 sobre el árbol de Navidad 22 como se muestra en las Figura 1-4C y 6-7.

Se proporciona una pluralidad de interruptores de proximidad o límite 24, 25, 26. Los interruptores 24, 25, 26 por ejemplo pueden ser aquellos fabricados por Turck Company, modelo número N120-C P40AP6X2/510. Como se muestran en las Figuras 2-2A, estos interruptores de proximidad o límite 24, 25, 26 pueden montarse al marco 38. Durante uso, estos interruptores de proximidad o límite 24. 25, 26 pueden utilizarse para percibir la posición de la porción de extremo inferior 19 de la varilla de cilindro 17 y entonces enviar una señal electrónica al controlador 39 (comercialmente disponible) después el controlador 39 envía una señal al múltiple 35 que incluye una válvula direccional 28, válvula 31 dosificante, y válvula de liberación con ventilación 37 (por ejemplo, Parker Sterling Modelo no. A04H3HZN).

Las lineas de flujo de fluido hidráulica se proporcionan para transmitir fluido hidráulico bajo presión al cilindro de elevación hidráulico 14 a través de líneas de flujo 27, 29. La válvula direccional 28 recibe flujo de la línea de flujo 29. La línea de flujo 27 se extiende entre la válvula direccional 28 y el cilindro 14. Para iniciar la operación, la bomba 13 transmite flujo de fluido a través de la válvula de liberación manualmente ventilada 37 lo que de esa forma remueve presión de! sistema previo al arranque. Cuando se inicia un motor o el motor primario 12, activa la bomba hidráulica 13, el flujo que inicialmente a un viaja a través de la válvula de liberación 37 y línea de flujo 34 al depósito 11.

El ciclo de operación comienza por el cierre de ventilación de la válvula 37 para que el petróleo fluya en la linea de flujo 29 y ahora recorrido a la válvula direccional 28. Aproximadamente al mismo tiempo, la válvula direccional 28 se energíza para que el petróleo bajo presión se dirija a través de la línea de flujo 27 al cilindro de elevación hidráulico 14, cuerpo 15 y su interior hueco 16. La varilla cilindrica 17 entonces se elevará, lo que eleva la cadena de bombeo 21 ó varilla de bombeo 21 con ésta (ver Figura 2).

El marco 38 transporta la pluralidad de interruptores de proximidad o límite 24, 25, 26. Cuando la varilla de cilindro 17 alcanza la parte superior de su curso, el interruptor de proximidad 24 (el cual es un interruptor de proximidad más superior) percibe la posición del acoplamiento 20 y energiza la válvula direccional 28 para que cierre la linea de flujo 29 y fluya a través de la válvula dosificante 31. La válvula 31 es una válvula dosificante manual con revisión de flujo para flujo restringido en regreso de petróleo hidráulico al depósito, lo que de esa forma permite , a un flujo restringido controlar la velocidad de descenso de la barra de la varilla cilindrica 17. Debido a que la bomba 13 es una bomba de compensación, continúa corriendo pero no continúa bombeando el fluido. Se puede establecer para detener el flujo de fluido a cierto valor de presión (por ejemplo 3000 psi: ó 210.92 kgf/cm2) que puede establecerse por diseño dependiendo del peso de la varilla de bombeo 21. En otras palabras, la bomba 13 compensa volumen y sensible a la presión. Dicha bomba de compensación se fabrica por Parker tal como su modelo no. P1100PS01 SRM5AC00E1000000.

Cuando se utiliza la válvula direccional 28 para cerrar la linea de flujo 29, la bomba de compensación 13 continúa girando con el motor 12 pero ya no bombea fluido en la linea de flujo 29. La válvula direccional 28 abre la línea de drenaje 30 aproximadamente al mismo tiempo que se cierra la línea 29. El fluido en el cilindro hidráulico 14 ahora drena a través de las líneas de flujo 27 y 30 a través de la válvula dosificante 31 y la varilla de cilindro 17 desciende con relación al cuerpo de cilindro 15. El fluido hidráulico que drena del cuerpo cilindrico 15 interior 16 continúa fluyendo a través de las líneas de flujo 27 y 30 a través de la válvula dosificante 31 y el enfriador 36 y entonces en la línea de flujo 32 que es una línea de drenaje para el depósito 11. La linea de flujo 32 puede proporcionarse con el enfriador de petróleo 36 (por ejemplo Thermal Transfer modelo BOL-8-1-9) y un filtro de petróleo (por ejemplo Parker modelo no. RF2210QUP35Y9991 ) si se desea.

Ya que la presión ya no fuerza a la varilla de cilindro 17 hacia arriba, comienza a caer {ver Figuras 4A y 7). Mientras cae con relación al cuerpo de cilindro de elevación 15, el acoplamiento 20 encontrará una segunda proximidad o interruptor de límite 27 que está bajo el interruptor del límite 24 (ver Figura 2, 4A, 4B, 4C). El interruptor de límite 25 está más cerca de la porción de extremo inferior (por ejemplo, un pie, o 0.30 metros) del cuerpo de cilindro 15 que es su porción de extremo superior del cuerpo 15. Cuando el acoplamiento 20 alcanza el interruptor de proximidad o límite 25, en una modalidad (Figura 2A) señala a la válvula direccional 28 que debe cambiar para permitir que el flujo de fluido recorrido a través de la válvula dosificante 31 a través de las líneas de flujo 27, 30.

La válvula dosificante 31 es una válvula dosificante manual con la revisión de flujo para el flujo restringido en el regreso del petróleo hidráulico al depósito. Cuando el acoplamiento 20 alcanza el interruptor de proximidad o límite 25. los interruptores de válvula direccionales para dirigir el flujo para elevar el cilindro 14. La acción de cierre o estrangulamiento que toma lugar en la válvula dosificante 31 tiene el efecto de disminuir la velocidad gradualmente de la varilla de cilindro 17 y su varilla de bombeo conectada 21. El uso de la válvula de em aredado manual de Parker no. FMDDDS Manapack localizada entre la válvula de dirección y el solenoide controla un humedecimiento de la transición de la válvula direccional de la carrera hacia arriba o carrera hacia abajo para transferencias sin bombeo de fluido al cilindro 14 y equilibra presiones. Este cierre de flujo por la válvula dosificante 31 también desciende la acción de la varilla de cilindro 17, lo que previene la tensión indebida de transmitirse a la varilla de bombeo 21 mientras se aproxima al interior del carrera hacia abajo de la varilla de cilindro 17, entonces se alcanza.

La válvula direccional 28 puede ser una válvula de Parker® modelo no. D61 VWO01 B4 N KCG . Válvula dosificante 31 puede ser una válvula de Parker© modelo no. DFZO 1 C600012.

Las Figuras 8-9 muestran una segunda modalidad de! aparato de la presente invención destinado generalmente por el número 40 en las Figuras 14-16. La modalidad alterna de las Figuras 8-19 emplea cilindro de elevación 14, varilla 17, varilla de bombeo 21 , marco 38, acoplamiento 20, interruptores de cercanía 24, 25, 26 de la modalidad preferida. En las Figuras 15, 16, el aparato de bombeo de pozo de petróleo 40 proporciona un depósito 41 para contener un fluido hidráulico para utilizarse para operar el múltiple 44 y el cilindro de elevación 14. Un motor primario tal como un motor 42 opera la bomba de compensación 43. La bomba, 43 bombea fluido hidráulico bajo presión a través de la línea de flujo 62 a la entrada 51 (ver Figura 12) del múltiple 44 del bloque de transferencia de fluido 45. Entonces el fluido sale al bloque de transferencia de fluido 45 a través de la salida 53 (ver Figura 13) para comunicarse con el cilindro de elevación 14. Se debe notar que en la Figura 16 el flujo se invierte en la linea 63 cuando el cilindro de elevación 14 se vacía del fluido hidráulico, cuando la varilla de empuje 17 cae. En la Figura 16, el fluido se descarga a través de la salida 52 (ver Figura 12) y fluye a través de la línea de flujo 65 (ver Figura 16) a la entrada del enfriador 55. El fluido hidráulico continúa en la línea de flujo 66 a través del filtro 56 hasta que se vacía en el depósito 41.

En las Figuras 8-13 y 17-19. el múltiple 44 se muestra con más detalle. La porción de extremo inferior del múltiple 44 proporciona bloque de transferencia de fluido 45 que se ajusta con válvula direccional 46, válvula dosificante 47. válvula de liberación 48, válvula de des ío 49 y control de flujo de ventilador 50. Se debe entender que la válvula direccional 46. válvula dosificante 47, válvula de liberación 48, funcionan de la misma forma que funcionan con respecto a la modalidad preferida de las Figuras 1-7 en donde se designan por la válvula direccional de número 28, válvula dosificante 31 , y válvula de liberación 37.

Las válvulas 46, 47, 48 pueden controlarse con un controlador de lógica programable o controlador de "PLC" 39. El bloque de transferencia de fluido 45 puede proporcionarse con un puerto de calibre 54 que puede utilizarse para monitorear la presión dentro del bloque transferencia de fluido 45.

Se proporcionan líneas de instrumentación 69. 70, 71 , 72 y permiten al controlador 39 comunicarse con y controlar las válvulas 46, 47, 48 y 49. La línea instrumentación 69 permite que el PLC 39 controle la válvula de desvío de control 49. La válvula 49 es una válvula de desvio que puede utilizarse para transferir fluido de la bomba 43 a través de la línea 62 para el bloque transferencia de fluidos 45 y entonces al depósito 41 a través de las líneas de flujo 65, 66. La línea de flujo 66 puede proporcionarse con un filtro 56 para filtrar cualquier material extraño del fluido hidráulico contenido en el sistema 40. La bomba 43 recibe fluido hidráulico del depósito 41 a través de la línea de flujo 60 y su válvula 61. La línea de instrumentación 70 permite al PLC 39 controlar la válvula dosificante 47. La línea de instrumentación 71 permite al PLC 39 controlar la válvula direccional 46.

El múltiple 44 elimina la fricción y mantenimiento de las mangueras o similares. La válvula de desvío 49 de la modalidad alterna es una característica que permite motor primario 42, bomba 43 y fluido hidráulico bombearse desde el depósito 41 para calentamiento durante un periodo de tiempo (por ejemplo 2-30 minutos) antes de comenzar a operar el cilindro de elevación 14. De otra forma, el cilindro de elevación 14 puede operar con tres interruptores 24, 25, 26 de la modalidad preferida de las Figuras 1-7 y de la misma forma utilizar la válvula 46, 47; 48 que pueden ser las mismas válvulas (por ejemplo marca Parker) que las válvulas 28, 31. 37 respectivamente de la modalidad preferida.

El bloque 44 se proporciona con canales (líneas fantasmas Figuras 17-19) que interconectan puertos 50, 51 , 52, 53, 54 y válvulas 47, 48, 49.

En la Figura 17, el bloque 45 se muestra en detalle en el controlador de PLC de posición de desvío 39 que se utiliza para operar la válvula de desvío 49 para que el fluido fluya de la línea 62 al puerto 51 y entonces al puerto 52 y la línea 65 a través del canal 73 del bloque 44.

En la Figura 18, el ciclo de carrera hacia arriba se muestra en donde un canal 74 en el bloque 44 conecta la entrada 51 en la línea de flujo 62 a la salida 53 y la línea de flujo 63 para que el fluido hidráulico pueda bombearse bajo presión al cilindro 14 para elevar las varillas 17, 21.

En la Figura 19, el ciclo de carrera hacia abajo se muestra en donde la entrada 51 esté cerrada y el fluido hidráulico se vacía del cilindro 14 a través de la línea de flujo 63, salida 53 y un canal 75 del bloque 44 que está en comunicación de fluido con la línea de flujo 65. En la Figura 19, la válvula dosificante 47 gradualmente mide el flujo de regreso al depósito a través de la línea de flujo 65 y canal 75.

Las Figuras 20-28 muestran una configuración alterna para el múltiple, diseñada generalmente por el número 76. Se debe entender que el múltiple 76 se utilizará en combinación con un depósito 11 , motor primario 12 (por ejemplo, motor), bomba de compensación 13, cilindro de elevación hidráu'ico 14, y cadena de bombeo/varilla de bombeo 21 de las modalidades de las Figuras 1-19 En las Figuras 20-28, se proporciona una disposición de válvula ligeramente diferente que utiliza una válvula de resortes que tiene un miembro de válvula con forma cónica.

El múltiple 76 proporciona un bloque de transferencia de fluido 77. Unido al bloque de transferencia de fluido 77 como se muestra en las Figuras 20-28 está el bloque de válvula direccional 78 y un bloque de válvula de estrangulación proporcional 80. El bloque de válvula direccional 78 transporta un ensamble de válvula direccional 79 que incluye una válvula de resortes 85 con un miembro de válvula con forma cónica 100. El bloque de válvula de estrangulación proporcional 80 transporta una válvula de estrangulación proporcional 81. El bloque de transferencia de fluido 77 soporta una válvula de liberación 82, válvula de desvío 83, válvula de control de flujo de ventilador 84, válvula de resortes 85, y válvula de transporte 86. La operación del múltiple 76 mostrada en las Figuras 20-24 es similar a la operación de la modalidad alterna de las Figuras 8-19 en donde el múltiple 76 y sus varias válvulas preferiblemente pueden controlarse con un controlador de lógica programable o PLC y el instrumento mostrado en las Figuras 21 -22.

Las Figuras 21 , 23 y 28 ilustran una orientación de carrera hacia arriba para el múltiple 76, como cuando se elevan el cilindro de elevación hidráulico 14 y la cadena de bombeo/varilla de bombeo 21. En las Figuras 21 y 23, el bloque 77 proporciona un ajuste de entrada 88 ajustado con una línea de flujo 87. La línea de flujo 89 conecta el ajuste de entrada 88 con el ajuste de salida 93 como se muestra en la Figura 21. En la Figura 21 , la válvula de resortes 85 de esa forma se abre lo que permite que el flujo de fluido del ajuste de entrada 88 a través de la línea de flujo 89 a la válvula 85 y después al ajuste de salida 93 a través de la línea de flujo 91. En la Figura 21 , la válvula de estrangulación proporcional 81 se cierra. De esa forma, la línea de flujo 94 también es cerrada.

En las Figuras 22, 25, 26, 27 se muestra una condición de carrera hacia abajo. La válvula de resortes 85 se cierra al utilizar un PLC o controlado r de lógica programable. La válvula de estrangulación proporcional 81 se abre al utilizar el controlador de PLC. La válvula 81 puede proporcionar un miembro de válvula con forma cónica 101. La válvula 81 trabaja en combinación con los interruptores de límite 24, 25, 26. Cuando el motor primario 12 opera la bomba de compensación 13. se genera presión en la línea de flujo 87 que se une al bloque 77 en el ajuste de entrada 88. Este fluido hidráulico presurizado viaja través de las líneas de flujo 89, 81 al ajuste de salida 93 y entonces a través de la línea de flujo 98 al cilindro de elevación hidr ulico 14.

Cuando el cilindro de elevación hidráulico 14 alcanza una posición superior, el acoplamiento 20 viaja al interruptor de límite superior 24. El interruptor de límite 24 activa el controlador de lógica programable para ser la válvula de cierre 85 y la válvula de abertura 81. La válvula 81 es una válvula de estrangulación proporcional que abre un porcentaje deseado de abertura como se controló por el controlador de lógica programable. En la Figura 22, la válvula 85 se cerró. La válvula 81 se abrió al permitir que el fluido hidráulico en el cilindro 14 viajará a través de una línea de flujo de regreso al ajuste de bloque 93 y después a las líneas de flujo 91 , 94 como se muestra en la Figura 22 del ajuste de salida 97. Este fluido hidráulico entonces viaja a través de la línea de flujo como se indicó por la flecha 96 en la Figura 22 al depósito 11.

Cuando la cadena de bombeo/varilla de bombeo 21 en caída desciende para que el acoplamiento 20 alcance el segundo interruptor de límite inferior 25, la válvula 81 de nuevo puede estrangularse o cerrar para que la velocidad de caída de la cadena de bombeo/varilla de bombeo 21 descienda de velocidad. Cuando el acoplamiento 20 alcanza la proximidad inferior o interruptor de límite 26, la válvula 81 se cierra y la válvula 85 se abre para que el ciclo se repita.

La válvula 85 proporciona un miembro de válvula con forma cónica o estrechada 100. De esa forma, e! recorrido de fluido de la bomba 13, línea de flujo 87 y ajuste de entrada 88 alcance el bloque 77 y entonces viaja a través de la línea de flujo 89 a la entrada 98. La salida 99 permite que el fluido recorrido a través de la válvula 85 a la línea de flujo 91. La forma estrechada del miembro de válvula 100 elimina cualquier surgimiento mientras el miembro de válvula que se estrecha gradualmente 100 se mueve con relación a la entrada 98 mientras se abre.

La válvula de liberación 82 puede utilizarse para proteger al sistema de sobrepresión. La válvula 98 puede utilizarse para controlar el enfriamiento de motor. La válvula de transportador 86 puede utilizarse para controlar flujo de fluido de instrumento a la válvula direccional 79 (ver Figuras 21. 22).

La válvula de resortes 85 por ejemplo puede ser una válvula de Parker Hannifin (número de parte D1 VW020HNKCG). La válvula de cierre proporcional puede ser una válvula de Parker Hannifin (número de parte TDA025EW09B2NLW).

Las Figuras 29-34 muestran otra modalidad alterna del aparato de la presente invención, designado generalmente por el número 102. Como con la modalidad preferida, la bomba de pozo de petróleo 102 emplea un depósito 11 , bomba de compensación, motor primario a la bomba de energía 103 (por ejemplo motor), cilindro de elevación hidráulica 14, varilla de cilindro 17, acoplamiento 20, varilla de bombeo o cadena de bombeo 21 , marco 28, interruptores de límite 24, 25, 26 y un controlador (tal como por ejemplo un controlador de lógica programable 39). En la modalidad de las Figuras 29-34, un controlador 39 tal como un controlador de lógica programable o 1! PLC" puede utilizarse para controlar el carrera hacia arriba y carrera hacia abajo del cilindro hidráulico 14 varilla de cilindro 17. El marco 38 puede proporcionarse para soportar interruptores de límite 24, 25, 26 y cilindro de elevación 14, como con las modalidades de las Figuras 1-28.

En las Figuras 29-34 una bomba 103 es una bomba de compensación, tal como una bomba de volumen variable como se observa por ejemplo en la Patente de E.U.A. No. 3,726,093 titulada "Sistema de Control de Bomba" y asignada al Parker Hannifin Corporation que se incorpora aquí por referencia. La bomba 103 por ejemplo puede ser una bomba de pistón hidráulico modelo de Parker modelo P A VC 100 B2 R422. La bomba 103 tiene una placa de leva o placa de chorro 110 que puede colocarse en las diferentes posiciones para controlar flujo como se describió en la patente '093 (ver Figura 1 de la Patente de E.U.A. No. 3,726,093 y texto acompañante. La válvula de control direccional de la patente '093 es del tipo de centro cerrado en cuatro direcciones para controlar el accionamiento de un motor de fluido de accionamiento doble y comprende el alojamiento que tiene un orificio interceptado axialmente a través de este por el puerto de entrada, por un par de puertos de motor y por un par de puertos de regreso. Los puertos de motor se comunican con los puertos del motor de fluido a manera de válvulas de revisión una de las cuales abre cuando el puerto del motor asociado se presuriza y el otro de los cuales se abre por leva cuando el puerto de motor asociado se comunica con el puerto de regreso adyacente.

Todo el control se logra por la colocación apropiada de la placa de chorro 110. Esto se logra mediante un servo-pistón 119 que actúa en un extremo de la placa de chorro 110 que trabaja contra el efecto combinado de las fuerzas de accionamiento parado de los pistones 120 y un resorte de centro en el otro extremo. La bobina de control 123 actúa como una válvula de medición que varía la presión detrás del servo-pistón 119.

La cantidad de flujo producida por la bomba 103 depende de la longitud de curso de los pistones de bombeo 120. Esta longitud de curso, a su vez, se determina por el pistón de la placa de chorro 110.

El flujo máximo se logra a un ángulo de aproximadamente 17 grados.

El barril de pistón giratorio 121 , dirigido por el motor primario y el motor 109, mueve los pistones 120 en una ruta circular y deslizantes de pistón se soportan hidrostáticamente contra la cara de la placa de chorro 110. Cuando la placa de chorro 110 está en una posición vertical (Figura 34), perpendicular a la linea central del barril de pistón 121 , no hay un curso de pistón y en consecuencia no hay desplazamiento de fluido. Cuando la placa de chorro 110 se coloca en un ángulo (Figura 33), los pistones 120 se fuerzan dentro y fuera del barril 121 y toma lugar el desplaza iento de fluido. Entre mayor sea el ángulo de la placa de chorro 110, mayor será el curso de pistón 120.

La línea central del ensamble de pistón de bombeo se desplaza de la íínea central de la placa de chorro 110 como se muestra en las Figuras 33-34. Por lo tanto, ios pistones 120 de fuerza de suma efectiva tienden a eliminar la carrera de la placa de chorro 110 a una posición vertical (neutra). Esta fuerza de eliminación de carrera se balancea a medida que la placa de chorro 110 se angula por la fuerza del servo-pistón 119.

En la Figura 29, previo al inicio del motor primario (motor eléctrico, motor de gas natural o motor de diesel), una válvula de control (por ejemplo válvula solenoide) 105 se energiza para descargar la señal de control de bomba, llevando a la bomba 103 a una posición de presión mínima (en pausa) que se muestra en las Figuras 32 y 34 (ver flecha 104, Figura 34). Cualquier flujo descargado de la bomba 103 viaja a través de la línea de flujo 114 al depósito 11. El fluido hidráulico no fluye en la línea de descarga de bomba 114 debido a que la válvula direccional 106 se cierra (Figura 30). La línea de flujo 114 puede proporcionarse con la válvula de revisión 115 para prevenir el flujo de regreso desde la válvula 106 a la bomba 103. Cuando se inicia el motor primario, hace girar al motor 108 y la bomba hidráulica 103 gira a una velocidad seleccionada tal como 1800 RPM con la presión aún en pausa (Figuras 32, 34) mientras la placa de chorro 110 está en la posición de presión baja de las Figuras 30 y 32. La bomba 103 ingresa fluido hidráulico del depósito 11 a través de la línea de flujo 140. El exceso de presión de bomba puede aliviarse al utilizar la válvula de liberación 143 que descarga presión en exceso al depósito 11 a través de la línea de flujo 141 ó línea de flujo 141 puede vaciarse en la línea de flujo 119 que después se vacía en el depósito 11.

Un ciclo de carrera hacia arriba (ver Figuras 31 y 33) comienza al des-energizar la válvula solenoide de posición 105, cerrar la línea de flujo 113, permitir que l a placa de chorro 110 se mueva a la posición en las Figuras 29 y 31 y per m itir que ía bomba 103 de compresión aumente. El controlador 39 energiza la válvula direccional 106 (ver Figura 29). Cuando la válvula direccional 106 se energiza, se dirige el fluido hidráulico a través de las líneas de flujo 114, 116 hacia el extremo de varilla 105 del cilindro hidráulico 14 en 117 (ver Figura 29).

La varilla 17 se elevará o se retraerá (ver flechas 111 , Figura 29) hasta que un interruptor de cercanía superior 24 se acciona por el acoplamiento 20 en la varilla 17. El interruptor de proximidad 24 entonces señala al controlador 29 para des-e ne rg iza r la válvula direccional 106 que de esa forma detiene el flujo de fluido hidráulico en lineas de flujo 114, 116 al cilindro 14. El interruptor de proximidad 24 envía una señal al controlador 39 que señala la válvula de control de flujo de proporción 107 para abrir a un punto en el cual el fluido hidráulico se descarga a través de las líneas 118, 119 en el depósito 12.

La varilla de cilindro 17 descenderá o extenderá a una velocidad deseada y hasta que el acoplamiento 20 alcance al segundo interruptor de proximidad 25 colocado a una distancia seleccionada (por ejemplo aproximadamente un pie, o 0.30 metros) desde el recorrido inferior de la varilla 17. La señal actual a la válvula dosificante 107 después disminuirá y además se cerrará, lo que fuerza la varilla de cilindro 17 y cadena de bombeo unida y varilla de bombeo 21 a desacelerar, hasta que el acoplamiento 20 baja y además alcanza el tercer interruptor de proximidad 26. En ese punto, la señal actual se removerá de la válvula dosificante 107, lo que la cierra y detiene el flujo de fluido hidráulico del cilindro 14 al depósito 11 a través de líneas de flujo 118, 119, con una señal de voltaje de nuevo enviada a la válvula direccional 106, comenzando de nuevo el ciclo (ver Figuras 29 y 31).

Se debe entender que la bomba de compensación 103 es una bomba comercial mente disponible conocida tal como Parker modelo número PAVC100B 2R422, descrita en la publicación de Parker titulada "Bombas de Pistón de Desplazamiento Variable PAVC en Serie". El control y movimiento de la placa de chorro 110 entre una posición de presión inferior o mínima de la Figura 32 y una posición de presión superior de la Figura 31 también se conoce. La publicación de Parker titulada "Bombas de Pistón de Desplazamiento Variable de PAVC en Serie" en la página 6 describe una opción de control "M" que puede utilizarse como parte del método de la presente invención para controlar la bomba 103 y mover la placa de chorro 110 entre ias posiciones mostradas en las Figura 29-34.

En la posición inferior o mínima de la Figura 32. el servo-pistón 119 movió la placa de chorro 110 a una posición interior (la flecha 104), en donde los pistones de bomba 120 mueven la cantidad más pequeña mientras el barril de cilindro 121 gira. En la Figura 32, el resorte 141 solo aplica presión mínima contra la placa de chorro 110. Una placa o placas de desgaste (por ejemplo, latón) 122 forman una interfase entre los pistones de bomba 120 y la placa de chorro 110.

La bomba 103 puede proporcionar bobina de control y manguito 123 que se desplaza entre diferentes posiciones (Figuras 31 , 32). En la Figura 32, la bomba mininamente presionada 103 transmite fluido hidráulico mínimo a través de canales 125, 126, 124, 127, 139 y después al depósito 11. El flujo en el canal 129 se estrangula utilizando el orificio 128.

El ángulo de la placa de chorro 110 controla el flujo de salida de la bomba 103. El ángulo de placa de chorro 110 se controla por la fuerza generada contra la placa de chorro 110 a través de los pistones de bombeo 120 y por la fuerza del servo-pistón 119. La fuerza del servo-pistón 119 es mayor que la fuerza de los pistones de bombeo 120 cuando ambos están a la misma presión.

En las Figuras 29-34. el control de la bomba 103 puede emplear un dispositivo de control de presión proporcionalmente controlada instalado en la línea de flujo que está entre la bomba 103 de descarga y el depósito 11. La bomba 103 después puede mantener presión aproximadamente igual a la presión en la descarga de bomba en la ubicación 142 más la configuración diferencial de bomba.

Por medio de puerto interno (Figuras 31 , 32), la presión se conecta del canal de salida 125 al servo-pistón 119 a través del orificio o canal 124 y a la bobina de control 123 a través del pasaje 126. Mientras las presiones en ambos extremos de la bobina de control 123 permanecen iguales, la bobina 123 permanecerá desplazada hacia arriba, debido a la fuerza agregada del resorte 137.

Cuando la presión alcanza la configuración del control de compensador de presión 138, la bobina 123 la deja asentada lo que causa que la presión en la cámara de bobina se reduzca. La bobina 123 ahora se mueve hacia abajo lo que causa que la presión en la cavidad de servo-pistón 119 se ventile a través del canal 139. La presión reducida en el servo-pistón 119 permite que el servo-pistón 119 se mueva a la derecha. Este movimiento reduce el ángulo de la placa de chorro 110 y con ello reduce el flujo de salida de las bombas 103.

Mientras la presión de bomba en la bobina de control 123 cae bajo presión y fuerza de resorte en la cámara de bobina, la bobina de control 123 se mueve hacia arriba para mantener un equilibrio en ambos lados de la bobina 123. Si la presión de bomba cae bajo la configuración de control de compensador, la bobina de control se mueve hacia arriba, lo que lleva a la bomba 103 a un máximo desplazamiento.

En la Figura 31 , la posición de carrera hacia arriba del aparato 102 coloca la bomba 103 en una posición de presión alta, la placa de chorro 110 formando un ángulo mayor con la dirección 130 del flujo influyente lo que de esa forma aumenta el volumen de fluido bombeado por cada pistón de bomba durante bombeado. En la Figura 31 , la válvula 106 se abre. El flujo de fluido en el canal 128 se estrangula por el orificio 128. Sin embargo, la presión recorre el canal 127 en la dirección de las flechas 131. 132 al controlador 133 y después al pistón 119. El pistón 119 opera para aumentar el ángulo de placa de chorro 110 a la posición de la Figura 31 por fluido presurizado transmitido al pistón 119 a través de los canales 125, 126, 124.

Un ventilador de enfriamiento u otro intercambiador de calor 134 puede utilizarse para enfriar el fluido hidráulico que fluye en línea de flujo 119. La línea de flujo 135 y la válvula 136 pueden utilizarse para proporcionar flujo para operar el ventilador de enfriamiento 134. La línea de flujo 145 suministra petróleo desde la línea 114 para operar el ventilador 134- La línea de flujo 145 descarga del ventilador 135 y se vacia al depósito 11.

Con la modalidad de la bomba de pozo de petróleo de las Figuras 29-34, la placa de chorro 110 de la bomba 103 de esa forma se ajusta entre posiciones de bombeo de alto volumen (Figuras 31 y 33) y bajo o de bombeo sin volumen (Figuras 32 y 34). La válvula de control 105 de esa forma opera para controlar la presión en la bomba 103 en 142 (Figura 32) para iniciar el ciclo de carrera hacia abajo y para iniciar el aparato como cuando comienza en una posición de bomba no cargada 103 (Figuras 32, 34).

En las Figuras 35-42, se muestra un múltiple 144 que puede utilizarse para canalizar fluidos a los varios componentes mostrados en las Figuras 29-30. El múltiple 144 se muestra en la posición de carrera hacía abajo en las Figuras 35-38. El múltiple 145 se muestra en la posición de carrera hacía arriba en las Figuras 39-42.

Lo siguiente es una lista de partes y materiales adecuados para usarse en la presente in ención.

LISTA DE PARTES Número de parte Descripción 10 bomba de pozo de petróleo 11 depósito 12 motor primario 13 bomba de compensación 14 cilindro de elevación hidráulico 15 cuerpo de cilindro 16 interior hueco 17 varilla de cilindro 18 porción de extremo superior 19 porción extremo inferior 20 acoplamiento 21 cadena de bombeo/varilla de bombeo 22 árbol de Navidad de pozo de petróleo 23 tubería de pozo 24 interruptor de proximidad o límite 25 interruptor de proximidad o límite 26 interruptor de proximidad o límite 27 línea de flujo hidráulico 28 válvula direccional 29 línea de flujo hidráulico 30 línea de drenaje 31 válvula dosificante 32 línea de drenaje 33 línea de flujo 34 línea de flujo 35 múltiple 36 enfriador 37 válvula de liberación ventilable 38 marco 39 controlador de lógica programable 40 bomba de pozo de petróleo 41 depósito 42 motor primario 43 bomba de compensación 44 múltiple 45 bloque de transferencia de fluido 46 válvula direccional 47 válvula dosificante 48 válvula de liberación 49 válvula de desvio 50 control de flujo de ventilador 51 entrada 52 salida al enfriador y depósito 53 salida al cilindro de elevación hidráulico 54 puerto de calibre 55 enfriador 56 fi Itro 57 motor de ventilador 58 múltiple 51 múltiple 60 línea de flujo 61 vál ula 62 línea de flujo 63 linea de flujo 64 li ea de flujo 65 línea de flujo 66 línea de flujo 67 línea de flujo 68 línea de flujo 69 línea de instru mentación 70 línea de instru mentación 71 línea de instrumentación 72 línea de instrumentación 73 canal 74 canal 75 canal 76 múltiple 77 bloque de transferencia de fluido 78 bloque de válvula direccional 79 bloque de válvula direccional 80 bloque de válvula de cierre proporcional 81 bloque de válvula de cierre proporcional 82 válvula de liberación 83 válvula de desvió 84 válvula de control de flujo de ventilador 85 válvula de resortes 86 válvula de transportador 87 línea de flujo 86 ajuste de entrada 89 linea de flujo 90 flecha 91 línea de flujo 92 flecha 93 ajuste de salida 94 línea de flujo 95 flecha 96 flecha 97 ajuste de salida al depósito 98 entrada 99 salida 100 miembro de válvula cónica 101 miembro de válvula cónica 102 bomba de pozo de petróleo 103 bomba de compensación 104 flecha 105 válvula 106 válvula di reccíonal 107 válvula de control proporcional 108 motor 109 extremo de varilla 110 placa de chorro 111 flecha 112 línea de flujo 113 línea de succión 114 línea de flujo 115 válvula de revisión 116 línea de flujo 117 posición 118 línea de flujo 119 servo-pistón 120 pistón de bomba 121 barril de pistón 122 placa de desgaste 123 bobina de control 124 canal 125 canal 126 canal 127 canal 128 orificio 129 canal 130 dirección 131 fecha 132 flecha 133 canal 134 ventilador de enfriamiento 135 línea de fl ujo 136 ál ula 137 resorte 138 control de compensador 139 canal 140 línea de succió n 141 resorte 142 ubicación 143 válvula de liberación 144 múltiple 145 línea de flujo de enfriamiento Todas las medidas aquí descritas están a la temperatura y presión estándar a nivel del mar en la tierra, a menos que se indique de otra forma.

Las modalidades anteriores se presentan a manera de ejemplo solamente; al alcance de la presente invención se va a limitar solamente por las reivindicaciones anexas.