基于rssr及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管，含有采油篩管、上油腔套筒、泵筒和柱塞；在端板上設(shè)置雙列定心滾子軸承和轉(zhuǎn)動軸座，在轉(zhuǎn)動軸座上設(shè)置圓球和棘爪；在雙列定心滾子軸承中間設(shè)置開口朝上的彎管；在端板周邊設(shè)置棘輪、動輾棍和靜輾棍，使棘爪與棘輪構(gòu)成嚙合的棘輪機(jī)構(gòu)；在旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有偏心軸；用一根空間擺動連桿將旋轉(zhuǎn)軸的偏心軸與轉(zhuǎn)動軸座的圓球連接；當(dāng)柱塞在泵筒內(nèi)上行運動時，上油腔套筒內(nèi)的壓力差使地下石油向上涌出，經(jīng)彎管進(jìn)入上油腔套筒沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)，形成動力，既能保證動過濾，又能減少功耗；本發(fā)明將RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)應(yīng)用于采油篩管，在實現(xiàn)動過濾的同時增加了采油篩管的穩(wěn)定性、可靠性并延長了采油篩管的使用壽命。
【專利說明】基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油開采設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及抽油泵和采油篩管，具體的是一種基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管。

【背景技術(shù)】
[0002]油田上的抽油機(jī)是用磕頭機(jī)通過抽油桿與井底的抽油泵連接并通過抽油桿的往復(fù)運動將地下的石油抽上來，然后通過埋在地下的管道將石油輸送走。抽油泵和采油篩管是油田普遍使用的采油工具，其主要的形式為割縫式篩管，即將采油篩管割出0.25?2mm豎式短縫，再外包不銹鋼網(wǎng)，通過控制網(wǎng)孔與縫隙的尺寸來控制進(jìn)入抽油泵內(nèi)砂粒的大小。有豎式短縫的采油篩管為靜過濾采油篩管，其工作四個月左右就會出現(xiàn)砂堵現(xiàn)象，使采油達(dá)不到預(yù)期效果。
[0003]后來有人設(shè)計了動過濾采油篩管。動過濾采油篩管的驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用了葉輪，傳動機(jī)構(gòu)為齒輪系，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是齒輪結(jié)構(gòu)。因此，動過濾采油篩管在一定程度上改善了采油效率，其通常在一個使用周期(一般為一年)之后才需要進(jìn)行設(shè)備清理或維修，此時，其齒輪結(jié)構(gòu)會有磨損、變形、有的甚至不能工作。但是，所述動過濾采油篩管相對于靜過濾采油篩管4個月就會出現(xiàn)砂堵現(xiàn)象已經(jīng)顯現(xiàn)了其再動過濾齒輪傳動結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢。
[0004]用更高要求看的話，所述動過濾采油篩管的也是存在不足的:⑴因為是在狹小的空間設(shè)計齒輪傳動結(jié)構(gòu)，不僅模數(shù)要小、而且相關(guān)的齒輪參數(shù)都要小，這就導(dǎo)致齒輪制造難度的加大。⑵齒輪小容易導(dǎo)致齒輪的強(qiáng)度不足，易變形，磨損和斷齒現(xiàn)象會時有發(fā)生。⑶油井底下工況惡劣，沙粒、雜質(zhì)等容易嵌入齒輪嚙合的間隙而導(dǎo)致卡死現(xiàn)象。
[0005]本發(fā)明所述的“RSSR”，是空間連桿機(jī)構(gòu)的組成類型之一?？臻g連桿機(jī)構(gòu)由若干剛性構(gòu)件通過低副(轉(zhuǎn)動副、移動副)聯(lián)接，而各構(gòu)件上各點的運動平面為相互不平行的機(jī)構(gòu)，又稱空間低副機(jī)構(gòu)?？臻g連桿機(jī)構(gòu)中采用多自由度的運動副，如球面副或圓柱副時，所含構(gòu)件數(shù)即可減少而形成簡單穩(wěn)定的空間四桿機(jī)構(gòu)或三桿機(jī)構(gòu)。為了表明空間連桿機(jī)構(gòu)的組成類型，人們常用R、P、C、S、H分別表示轉(zhuǎn)動副、移動副、圓柱副、球面副、螺旋副。常用空間四桿機(jī)構(gòu)的組成類型有RSSR、RRSS、RSSP和RSCS機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)因含有兩個球面副，結(jié)構(gòu)比較簡單，但繞兩球心連線自由轉(zhuǎn)動的局部自由度影響高速性能。目前，將空間連桿機(jī)構(gòu)RSSR應(yīng)用于采油篩管上的技術(shù)或產(chǎn)品都還沒有見到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服以上不足，提供一種基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管，它應(yīng)用了空間連桿機(jī)構(gòu)并將RSSR結(jié)合棘輪機(jī)構(gòu)一起用于采油篩管，能克服采油篩管的齒輪系在狹小空間強(qiáng)度不足、易阻塞、易磨損的缺點，實現(xiàn)動過濾，增加采油篩管的穩(wěn)定性、可靠性并能延長采油篩管的使用壽命；在采油篩管的制造上也相對容易，成本較低，便于推廣應(yīng)用。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。
[0008]一種基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管，含有采油篩管、上油腔套筒和泵筒，在所述泵筒內(nèi)設(shè)有柱塞、抽油桿、游動凡爾、第一中心通孔、固定凡爾和第二中心通孔，在所述泵筒的下上端設(shè)有下死點和上死點；在所述采油篩管I的上端設(shè)有端板；在所述上油腔套筒的上端設(shè)有軸承座、旋轉(zhuǎn)軸和葉輪；其特征是，在所述端板的中心位置設(shè)有雙列定心滾子軸承和轉(zhuǎn)動軸座，在所述轉(zhuǎn)動軸座上端設(shè)有一圓球結(jié)構(gòu)，在所述轉(zhuǎn)動軸座外面的兩側(cè)設(shè)有棘爪，所述轉(zhuǎn)動軸座能水平擺動；在所述雙列定心滾子軸承中間的上端設(shè)有彎管，所述彎管的開口朝上，所述彎管的下端與所述采油篩管連接；在所述端板的周邊設(shè)有棘輪、動輾棍和靜輾棍:所述棘輪設(shè)置在所述棘爪的對應(yīng)面，套接在兩根所述的動輾棍上，使所述棘輪與所述棘爪嚙合，構(gòu)成棘輪機(jī)構(gòu)；所述靜輾棍設(shè)置在所述兩根動輾棍之間；在所述旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有由偏心軸與圓球構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)副R ;在所述旋轉(zhuǎn)軸與所述轉(zhuǎn)動軸座之間設(shè)有一根空間擺動連桿，所述空間擺動連桿的上端通過球瓦結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸偏心軸上的圓球連接，形成球面副S ;所述空間擺動連桿的下端通過球瓦結(jié)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)動軸座上的圓球連接，形成球面副S ;由所述水平擺動的轉(zhuǎn)動軸座與所述雙列定心滾子軸承組成旋轉(zhuǎn)副R ;當(dāng)所述柱塞在泵筒內(nèi)由下死點往上死點運動時，上油腔套筒的壓強(qiáng)變小，而下油腔的壓力不變，從而形成壓力差；在所述壓力差的作用下，地下石油經(jīng)由采油篩管下端進(jìn)入下油腔，向上經(jīng)所述彎管進(jìn)入上油腔套筒,在流動石油的沖擊下,所述葉輪開始旋轉(zhuǎn)，形成動力結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步，在所述端板的周邊設(shè)有六根靜輾棍。
[0010]本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管的積極效果是:
(I)將空間連桿機(jī)構(gòu)RSSR結(jié)合棘輪機(jī)構(gòu)最先應(yīng)用于采油篩管，在研究階段未發(fā)現(xiàn)有類似結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
[0011](2)本發(fā)明的間歇擺動機(jī)構(gòu)在抽油桿及柱塞第一個周期上行時推動動輾棍旋轉(zhuǎn)，在第二個周期上行時回擺，即兩個上行周期推動一次動輾棍旋轉(zhuǎn)，而齒輪系在每個周期上行時都會旋轉(zhuǎn)；既能保證動過濾，又能減少功耗。
[0012](3)克服了齒輪系在狹小空間強(qiáng)度不足、易阻塞、易磨損等缺點，在實現(xiàn)了動過濾的同時，增加了采油篩管的穩(wěn)定性、可靠性并延長了采油篩管的使用壽命。
[0013](4)本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管克服了動過濾采油篩管的不足，而且在制造上也相對容易，成本較低，便于推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管(含上油腔套筒)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管(不含上油腔套筒)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管空間連桿機(jī)構(gòu)的工作原理示意圖。
[0017]圖中的標(biāo)號分別為:
1、采油篩管；2、上油腔套筒；3、泵筒；
4、柱塞；401、下死點；402、上死點；
5、抽油桿；6、游動凡爾；7、第一中心通孔； 8、固定凡爾；9、弟_■中心通孔；10、端板；
11、軸承座；12、旋轉(zhuǎn)軸；13、葉輪；
14、空間擺動連桿；15、彎管；16、雙列定心滾子軸承；
17、轉(zhuǎn)動軸座；18、棘爪；19、棘輪；
20、動輾棍；21、靜輾棍。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管的【具體實施方式】，但是需要說明的是，本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。
[0019]參見圖1。一種基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管，含有采油篩管1、上油腔套筒2和泵筒3，在所述泵筒3內(nèi)設(shè)有柱塞4、抽油桿5、游動凡爾6、第一中心通孔7、固定凡爾8和第二中心通孔9，在所述泵筒3的下上端設(shè)有下死點401和上死點402。以上結(jié)構(gòu)基本為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)或參照現(xiàn)有結(jié)構(gòu)制造和安裝。
[0020]續(xù)見圖2。在所述采油篩管I的上端設(shè)置一塊端板10。在所述上油腔套筒2的上端設(shè)置軸承座11、旋轉(zhuǎn)軸12和葉輪13:將兩個軸承座11嵌置在所述上油腔套筒2上端的內(nèi)壁上(參見圖1)，在兩個軸承座11之間設(shè)置所述旋轉(zhuǎn)軸12并在所述旋轉(zhuǎn)軸12的中間位置安裝所述葉輪13。需要注意的是:在所述旋轉(zhuǎn)軸12上設(shè)置偏心軸與圓球，構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副R結(jié)構(gòu)(參見圖3)。
[0021]續(xù)見圖2。在所述端板10的中心位置設(shè)置雙列定心滾子軸承16和轉(zhuǎn)動軸座17，所述轉(zhuǎn)動軸座17能水平擺動，由所述轉(zhuǎn)動軸座17與所述雙列定心滾子軸承16構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副R0在所述轉(zhuǎn)動軸座17上端周邊的設(shè)置一個圓球結(jié)構(gòu)，在所述轉(zhuǎn)動軸座17外面的兩側(cè)各設(shè)置一個棘爪18。在所述雙列定心滾子軸承16中間的上端設(shè)置一個彎管15，將所述彎管15的下端與所述采油篩管I連接。
[0022]在所述端板10的周邊設(shè)置棘輪19、動輾棍20和靜輾棍21:將所述棘輪19設(shè)置在所述棘爪18的對應(yīng)面，套接在兩根所述的動輾棍20上，使所述棘輪19與所述棘爪18嚙合，構(gòu)成棘輪機(jī)構(gòu)。
[0023]將所述靜輾棍21設(shè)置在所述兩根動輾棍20之間，共設(shè)置六根靜輾棍21:每一側(cè)三根。
[0024]在所述旋轉(zhuǎn)軸12與所述轉(zhuǎn)動軸座17之間，既在所述上油腔套筒2的空間結(jié)構(gòu)里設(shè)置一根空間擺動連桿14:所述空間擺動連桿14的上下端都設(shè)有球瓦結(jié)構(gòu)。將所述空間擺動連桿14的上端通過球瓦結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸12偏心軸上的圓球連接，構(gòu)成球面副S ;將所述空間擺動連桿14的下端通過球瓦結(jié)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)動軸座17上的圓球連接，構(gòu)成球面副S。
[0025]這樣:由所述旋轉(zhuǎn)軸12上設(shè)置的偏心軸與圓球構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副R(參見圖3中的I);由所述空間擺動連桿14上端通過球瓦結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸12偏心軸的圓球連接構(gòu)成球面副S (參見圖3中的II);由所述空間擺動連桿14下端通過球瓦結(jié)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)動軸座17的圓球連接構(gòu)成球面副S (參見圖3中的III);由所述轉(zhuǎn)動軸座17與所述雙列定心滾子軸承16構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副R (參見圖3中的IV);構(gòu)成本發(fā)明的空間連桿機(jī)構(gòu)(RSSR)。由轉(zhuǎn)動軸座17外面的棘爪18與固定在動輾棍20上的棘輪19嚙合構(gòu)成本發(fā)明的棘輪機(jī)構(gòu)(參見圖3中的V)。當(dāng)所述柱塞4在泵筒3內(nèi)由下死點401往上死點402運動時，上油腔套筒2的壓強(qiáng)變小，而下油腔的壓力不變，從而形成了壓力差；在所述壓力差的作用下，地下石油經(jīng)由采油篩管I下端進(jìn)入下油腔，向上經(jīng)所述彎管15進(jìn)入上油腔套筒2，在流動石油的沖擊和驅(qū)動下，所述葉輪13開始旋轉(zhuǎn)，形成動力結(jié)構(gòu)(參見圖3中的VI);成為本發(fā)明所說的動過濾采油篩管。
[0026]本發(fā)明基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管的基本工作方式為:
(I)工作動力
當(dāng)所述抽油桿5拉動所述柱塞4在泵筒3內(nèi)由下死點401往上死點402運動時，上油腔套筒2的壓強(qiáng)變小，而下油腔的壓力不變，從而形成了壓力差；在所述壓力差的作用下，地下石油經(jīng)由采油篩管I下端進(jìn)入下油腔，向上經(jīng)過所述彎管15進(jìn)入上油腔套筒2并沖擊所述葉輪13 (參見圖3中的VI)，形成本發(fā)明的動過濾采油篩管的工作動力。
[0027](2)所述葉輪13的旋轉(zhuǎn)帶動旋轉(zhuǎn)軸12旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)軸12上的偏心軸即通過其圓球與空間擺動連桿14上端球瓦的連接驅(qū)動空間擺動連桿14在上油腔套筒2的空間內(nèi)擺動；空間擺動連桿14通過其下端的球瓦與轉(zhuǎn)動軸座17上圓球的連接驅(qū)動所述擺動軸座17在水平方向擺動，此即空間連桿機(jī)構(gòu)(RSSR)傳動過程。
[0028](3)固定在轉(zhuǎn)動軸座17側(cè)面的棘爪18推動套接在動輾棍20上的棘輪19做間歇旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)動輾棍20的間歇轉(zhuǎn)動，棘輪機(jī)構(gòu)即為執(zhí)行裝置。
[0029]即:本發(fā)明空間連桿機(jī)構(gòu)(RSSR)的擺動為間歇式擺動:當(dāng)所述抽油桿5拉動所述柱塞4上行的第一個周期時，空間擺動連桿14通過所述棘輪機(jī)構(gòu)推動動輾棍20旋轉(zhuǎn)，在上行的第二個周期時空間擺動連桿14回擺，即所述柱塞4的兩個上行周期推動一次動輾棍20旋轉(zhuǎn)；而齒輪系在每個上行周期時都會旋轉(zhuǎn)，既能保證動過濾，又能減少功耗。
[0030](4 )通過圖3可以看出，隨著兩根動輾棍20的轉(zhuǎn)動，與兩根動輾棍20左右相鄰的四根靜輾棍21之間也有相對運動，它們的相對運動又帶動另外兩根靜輾棍21的相對運動，從而實現(xiàn)六根靜輾棍21之間間隙的清淤。此運動可將長時間采油后堆積在采油篩管I靜輾棍21間隙的砂石及其他堵塞物分解、剔除，清理油縫，達(dá)到防止砂堵的效果，提高采油篩管I單位時間的采油效率。
【權(quán)利要求】
1.一種基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管,含有采油篩管(I)、上油腔套筒(2)和泵筒(3)，在所述泵筒(3)內(nèi)設(shè)有柱塞(4)、抽油桿(5)、游動凡爾(6)、第一中心通孔(7)、固定凡爾(8)和第二中心通孔(9)，在所述泵筒(3)的下上端設(shè)有下死點(401)和上死點(402);在所述采油篩管(I)的上端設(shè)有端板(10);在所述上油腔套筒(2)的上端設(shè)有軸承座(11)、旋轉(zhuǎn)軸(12)和葉輪(13);其特征在于，在所述端板(10)的中心位置設(shè)有雙列定心滾子軸承(16)和轉(zhuǎn)動軸座(17)，在所述轉(zhuǎn)動軸座(17)上端設(shè)有一圓球結(jié)構(gòu)，在所述轉(zhuǎn)動軸座(17)外面的兩側(cè)設(shè)有棘爪(18)，所述轉(zhuǎn)動軸座(17)能水平擺動；在所述雙列定心滾子軸承(16)中間的上端設(shè)有彎管(15)，所述彎管(15)的開口朝上，所述彎管(15)的下端與所述采油篩管(I)連接；在所述端板(10)的周邊設(shè)有棘輪(19)、動輾棍(20)和靜輾棍(21):所述棘輪(19 )設(shè)置在所述棘爪(18 )的對應(yīng)面，套接在兩根所述的動輾棍(20 )上，使所述棘輪(19)與所述棘爪(18)嚙合，構(gòu)成棘輪機(jī)構(gòu)；所述靜輾棍(21)設(shè)置在所述兩根動輾棍(20)之間；在所述旋轉(zhuǎn)軸(12)上設(shè)有由偏心軸與圓球構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)副R ;在所述旋轉(zhuǎn)軸(12)與所述轉(zhuǎn)動軸座(17)之間設(shè)有一根空間擺動連桿(14)，所述空間擺動連桿(14)的上端通過球瓦結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸(12)偏心軸上的圓球連接，形成球面副S ;所述空間擺動連桿(14)的下端通過球瓦結(jié)構(gòu)與所述轉(zhuǎn)動軸座(17)上的圓球連接，形成球面副S ;由所述水平擺動的轉(zhuǎn)動軸座(17)與所述雙列定心滾子軸承(16)組成旋轉(zhuǎn)副R ;當(dāng)所述柱塞(4)在泵筒(3)內(nèi)由下死點(401)往上死點(402)運動時，上油腔套筒(2)的壓強(qiáng)變小，而下油腔的壓力不變，從而形成壓力差；在所述壓力差的作用下，地下石油經(jīng)由采油篩管(I)下端進(jìn)入下油腔，向上經(jīng)所述彎管(15)進(jìn)入上油腔套筒(2)，在流動石油的沖擊下，所述葉輪(13)開始旋轉(zhuǎn)，形成動力結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RSSR及棘輪機(jī)構(gòu)的動過濾采油篩管，其特征在于，在所述端板(10)的周邊設(shè)有六根靜輾棍(21)。
【文檔編號】E21B37/08GK104389561SQ201410511265
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】李慶齡, 王慶明, 辛紹杰, 于忠海, 劉加亮 申請人:華東理工大學(xué), 上海電機(jī)學(xué)院