用于阻止井的采油管柱转动的扭矩锚及装备有这种扭矩锚的泵装置 |
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| 申请号 | CN201410395287.2 | 申请日 | 2014-08-12 | 公开(公告)号 | CN104373067A | 公开(公告)日 | 2015-02-25 |
| 申请人 | PCM公司; | 发明人 | F·米勒; S·布劳斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 扭矩 锚(2)，用来阻止采油管柱相对于井的 套管 旋转；该扭矩锚包括本体(4)和锚盒(12、14)，锚盒(12、14)包括轮(20、22)，轮(20、22)具有圆周和 支撑 所述轮(20、22)的轮轴；轮(20、22)的圆周的 接触 点(401、402)用来与套管(15)接触，对置点(371、372)被布置为与该接触点在直径上对置。对于每个锚盒(12、14)，所述轮(20、22)被安装在所述轮轴的所述端部； 定位 角 (β)被定义在第一直线(d1)与第二直线(d2)之间，包含在30°与180°之间，第一直线(d1)穿过该套管的中心和接触点(401、402)，第二直线(d2)穿过该套管的中心和所述对置点(371、372)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种扭矩锚(2、95、100、102、105、107、138)，用来阻止采油管柱相对于具有纵轴线的井的套管(15)旋转；所述扭矩锚(2、95、100、102、105、107、138)包括： |
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| 说明书全文 | 用于阻止井的采油管柱转动的扭矩锚及装备有这种扭矩锚的泵装置 技术领域背景技术[0002] 在它最普遍的结构中，泵装置包括装备有表面轴承驱动的井头，表面轴承驱动安装在“防喷器”上，表面轴承驱动远程驱动安装在采油管柱的基座处或插入到该采油管柱中的螺杆泵。该泵被安装在井底。该轴承驱动在井头处支撑且驱动被称作“光杆”的驱动轴的旋转。该光杆驱动钻杆柱(或连续管道)，钻杆柱位于该采油管柱内部并贯通该采油管柱的长度。该钻杆柱继而驱动位于井下的螺杆泵的转子旋转。位于井下的流体通过该泵传递并输送到该采油管柱中并上升到井头，在井头它被分配管排出。该扭矩锚以这样的方式保持该泵的定子，使得它本身不在井下旋转，因而防止形成采油管柱的管道分离。 [0003] 扭矩锚是已知的，特别地可从文献US 6,155,346中得知，其用于泵装置，包括安装在凸轮上的齿，被固定到油管柱。该齿适于经由该凸轮在该扭矩锚内的收回位置与阻挡位置之间移动，在阻挡位置中该齿径向延伸出该扭矩锚的本体之外并夹持该套管。 [0004] 这样的扭矩锚具有许多的缺点。 [0005] 第一，它们基于干涉技术，并且在生产期间由于由该螺杆泵产生的强烈振动而可能离开原位。该移位可导致油管柱变得拧松并落入井底，致使生产操作完全关停并且进行捞出操作的很大代价。 [0008] 此外，在正常操作中，原则上齿的干涉在所述齿和套管之间导致非常高的接触压力。因而，考虑到在泵送期间高水平的振动，由于该齿的形式需要是侵犯性的以便于开始干涉，所以强烈怀疑该齿“加工”该套管。 [0009] 此外，在生产期间某些井在温度方面经历了显著变化。这些温度变化使油管柱膨胀，油管柱可能延长上至6米的长度，但是由于该套管由水泥形成，所以不会膨胀或仅会稍微膨胀。在这些温度变化期间，由于该采油管柱的膨胀被挤压，从而该扭矩锚相对于该套管沿着该井的纵轴线移位。由于扭矩锚的齿仍然锚定在该套管中，怀疑该套管的内壁的凹口引起了一定的损害，但是到目前为止没有量化该损害。 [0010] 最后，为了确保扭矩锚的齿被该套管稳固夹持，在该扭矩锚下降到井底之前，齿可以被驱动进入在该井的表面上的阻挡位置。在该情况下，在该扭矩锚下降到井底的期间，该套管组件被切割和损坏。 [0011] 文献EP 1371810描述了用于钻机的防旋转装置，该钻机类型包括可旋转的轴和容纳该可旋转的轴的外壳。该防旋转装置适于阻止外壳在该井眼中旋转。它包括设置有安装在垂直于该外壳的纵轴线的轴上的滚柱的托架。滚柱的边缘是锥形的，从而接合该井眼的岩石并且通过该接合来防止该钻机的任何旋转。 [0012] 然而，由于该滚柱的锥形表面具有切割和损害套管的风险，所以该防旋转装置不适于使用在套管中。此外，当该转子被驱动旋转时，该装置相对于由该采油管柱的定子施加的扭转应力而言大小过小。这样的装置只能通过增加它的大小来对抗这样的应力，而以这样的方式使得它不再能被插入到采油管柱中。 发明内容[0013] 本发明的目的在于提供一种扭矩锚，能沿着井的纵轴线移动，在仍然抵抗高扭矩的同时使对套管的损坏最小。 [0014] 这样的高扭矩出现在泵送重质烃类(存在沙子、石油芳烃、高粘性)或水的井中，TM特别地当使用金属定子(PCM Vulcain 类型的金属/金属泵的定子)、高吞吐量的螺杆泵时，或者当泵送在特定的工作条件下进行时，其中振动应力很大或在可达到350℃的温度。 [0015] 为此，本发明的主题是一种扭矩锚，用来阻止采油管柱相对于具有纵轴线的井的套管旋转；该扭矩锚包括： [0016] -本体； [0017] -由本体支承的锚盒；每个锚盒包括轮，该轮具有圆周和支撑所述轮的轮轴，所述轮轴具有端部； [0018] 该轮的圆周的接触点用来与该套管接触，对置点被布置为在直径上与该接触点对置，其中对于每个锚盒，所述轮被安装在所述轮轴的所述端部上；定位角度被定义在第一直线与第二直线之间，包含在30°和180°之间，并且有利地在60°与90°之间，所述第一直线穿过套管的中心和接触点，所述第二直线穿过套管的中心和所述对置点。 [0019] 有利地，随着轴将轮支承在该位置，当降低所述扭矩锚用于完成时或者当套管的长度因为膨胀而变化时，切向力在轮的单个接触点处被施加到该轮。该力驱动轮旋转因而使得可能将扭矩锚沿着套管移动同时最小化由此带来的损害(循环形变硬化并且不剥夺现有产品的套管中的材料)。当该切向力不被施加到轮时，即当扭矩锚不沿着套管移动时，由定子施加的扭矩存在于包含轮轴的平面之内，使得轮不被驱动旋转。 [0020] 根据特定的实施例，该扭矩锚包括一个或多个下列特征： [0021] -在每个锚盒中，所述轮子在平行于轮轴的移动方向上移动并且其中每个锚盒包括适合用于在所述移动方向上施加力到所述轮上以便于将所述轮锚定在所述套管中的加载设备； [0022] 有利地，轮结合加载设备施力方向的定位使得能够获得高于本领域的装置中的阻力矩，本领域中限制装置的施力方向垂直于轮的轴线。因此，具有较小大小的加载设备可被用于根据本发明的扭矩锚中。这使得产生很紧凑的扭矩锚成为可能。 [0023] 此外，有利地，该加载设备就它允许每个轮作为或者与形成套管的井壁管的直径的变化或者与管的局部变形或管的局部腐蚀关联的不规则性的函数径向移动这个意义上而言，起到了悬架的作用。它也使得能够在不同的泵井中使用扭矩锚，其中套管并不是都具有相同的内径或壁厚。 [0024] -所述加载设备包括绕着轮轴均匀地分布的N个弹簧，N为大于或等于一的自然整数； [0026] 有利地，两个同心弹簧的使用使得能够对轮施加很大的力。推力垫圈使得能够确保通过弹簧施加到轮的力是均匀分布的。 [0027] -所述锚盒包括轴承，适于支持所述轮，并且其中每个轴承包括限定内腔的突出部，该内腔包含所述N个弹簧，所述突出部适于引导所述N个弹簧在所述突出部中平移同时绕着轮轴旋转； [0028] 有利地，突出部使得能够将弹簧保持在合适的位置，仅仅轮的一侧受到很大的负荷，该负荷源自由定子施加的扭矩和源自与套管的接触。 [0029] -扭矩锚在本体与所述内腔之间包括至少一个液体开口； [0030] 有利地，该流体开口允许根据内腔的体积变化而吸入或释放流体，内腔的体积变化与弹簧的压缩和伸展关联。通过减少该开口的大小，有可能通过使流体穿过狭窄/缩小的开口(阻气门)增大轮移动的阻尼。 [0031] 同时有利地，泵送的流体可以穿过这些开口并润滑弹簧，因而增加弹簧的使用寿命，特别地当流体之前被过滤过时。 [0032] -本体包括外壳，该外壳形成向着外侧的滑孔；每个外壳适于容纳锚盒； [0033] 因而有利地，包含在锚盒中的所有部件均可以在扭矩锚维护操作期间自由地及容易地从外壳移除及改变。 [0034] -所述轴承适于在所述外壳中滑动，所述轴承通过添加油脂到它们的交界而粘附到所述外壳； [0035] 由于轴承包含轮轴、所述N个弹簧以及如果适当的话还包含推力垫圈，所有这些部件都可易于从外壳移除。 [0036] 以油脂粘附使得能够润滑外壳与轴承之间的接触、同时在套管外部维护扭矩锚期间产生轻微的阻力来移除锚盒。 [0037] -每个锚盒均包括推力轴承，该推力轴承适于支承所述轮轴，所述推力轴承包括至少一个形成用于所述加载设备的支承面的肩部； [0038] -轮轴紧配合(flush fit)到所述轮，并且优选为收缩配合(shrink fit)到所述轮； [0039] 因而，有利地，轮被附接到轮轴而没有附接零件，因而改善系统的可靠性，并因而避免在井中遗失任何部件的风险，如果接触的材料的膨胀系数相同或充分接近到可以忽略不均匀膨胀的话。 [0040] -所述轮轴的一个端部设置有轴衬并且其中所述推力轴承包括适于接收所述轴衬以便于使加载设备预加压的内圆形凹部； [0041] 有利地，轴衬使得能够预加载形成单个子组件的盒；由此在维护操作期间从外壳移除推力轴承。 [0042] -扭矩锚包括储藏处，该储藏处具有开口，该开口在基本上平行于包含轮轴的平面的平面上延伸； [0043] 有利地，该储藏处使得能够收集源自采油管柱的碎屑，因而避免使用一般被称作“管塞”的碎屑收集器。 [0044] 有利地，该储藏处也形成一般称作“标记棒”或“止动衬套”的转子定位止动器，其使得能够知道转子已经下降足够距离、深到足以在定子组件中正确定位。 [0045] 轮的直径包含在套管的内径值的20％与80％之间； [0046] 有利地，该较大的直径减少了轮抵靠套管的接触压力。因而，尽管在套管的周期性胀缩和维护操作期间反复通过该扭矩锚，套管较少受到损害并且较少受到磨损。 [0048] 轮具有外圆面，该外圆面的周边边缘设置有用来当扭矩锚被安装在套管中时与套管接触的凸缘； [0049] -所述轮适于施加给所述套管根据赫兹公式计算的理论接触压力，该理论接触压力包含在套管的弹性极限的2倍与20倍之间，并且优选为包含在套管的弹性极限的4倍与10倍之间； [0050] -轴承和/或推力轴承由陶瓷材料制成； [0051] -本体包括定义正交矩阵的第一方向、第二方向和第三方向；当扭矩锚被布置在所述套管中时，第一方向平行于井的所述纵轴线延伸；本体还包括包含第二方向和第三方向的径向平面、包含第一方向和第二方向的第一轴向平面以及包含第一方向和第三方向的第二轴向平面，第一轴向平面和第二轴向平面穿过套管的中心； [0052] 并且其中所述锚盒包括布置在第一径向平面的第一锚盒和第二锚盒，被称作第一级；第一锚盒包括第一轮轴，并且第二锚盒包括第二轮轴；第一轮轴和第二轮轴彼此平行，并且被布置在第二轴向平面的两侧；第一轮轴和第二轮轴相对于套管的中心在第三方向上偏移相同的偏移值； [0053] -扭矩锚包括布置在第二径向平面的第三锚盒和第四锚盒，被称作第二级；第二级相对于第一级在第一方向上偏移；并且其中第三锚盒和第四锚盒根据几何变换相对于第一锚盒和第二锚盒定位，该几何变换包括相对于第一轴线的至少一个轴对称，该第一轴线平行于第二方向并且穿过套管的中心；所述轴包含在径向平面中，该径向平面与包含第一轮轴和第二轮轴的平面相距预定的距离； [0054] 有利地，扭矩锚在它沿着套管的轴线平移期间并不绕着本体的中心旋转。该结构也改进套管内部的扭矩锚的定心，并且也改进了扭矩锚在两个方向旋转的抗转矩。 [0055] -扭矩锚包括布置在第二径向平面的第三锚盒和第四锚盒，被称作第二级；该第二级相对于第一级在第一方向上偏移；并且其中第三锚盒和第四锚盒根据几何变换相对于第一锚盒和第二锚盒被定位，该几何变换包括关于轴线旋转例如90°的角度，该轴线平行于第一方向并且穿过本体的中心； [0056] -本体包括定义正交矩阵的第一方向、第二方向和第三方向；当扭矩锚被布置在所述套管中时，第一方向平行于井的所述纵轴线延伸；本体还包括包含第二方向和第三方向的径向平面、包含第一方向和第二方向的第一轴向平面以及包含第一方向和第三方向的第二轴向平面，第一轴向平面和第二轴向平面穿过套管的中心； [0057] 并且其中所述锚盒包括布置在一个且相同的径向平面的第一锚盒、第二锚盒、第三锚盒以及第四锚盒，每个锚盒的轮轴彼此平行；第一锚盒和第三锚盒被布置在第二轴向平面的一侧；第二锚盒和第四锚盒被布置在第二轴向平面的另一侧；第一锚盒和第二锚盒被布置在第一轴向平面的一侧，第三锚盒和第四锚盒被布置在第一轴向平面的另一侧。 [0058] 有利地，根据该实施例的扭矩锚正好位于套管的中心并提供每单位长度显著的抗转矩。在该实施例中，轮的直径是较小的，当穿过套管接头时这可能导致更大的损坏并且有可能难以穿过套管接头。 [0059] 本发明的主题还为泵装置，包括根据上述特征中任一个特征的扭矩锚； [0060] 优选地，所述扭矩锚在所述泵装置的端部被固定于井下。 [0061] 有利地，在该结构中，定子与扭矩锚存在距离使得扭矩锚受到较弱的振动。有利地，若干米长的多孔管被固定在定子和扭矩锚的底端部，使得振动被进一步衰减。 [0062] 作为变体，该装置包括设置有定子和布置在该定子中的螺线转子的螺杆泵，该扭矩锚被直接固定到定子。 [0064] 通过阅读下列描述，本发明将得到更好理解，下列描述仅以举例的方式并参考附图给出，在附图中： [0065] 图1是根据本发明第一实施例的扭矩锚的剖开透视图； [0066] 图2是在与图1示出的扭矩锚的套管的轴线垂直的平面上的横截面视图； [0067] 图3是示出第一直线和第二直线的与图2相同的视图； [0068] 图4是图1示出的扭矩锚的第一变体的透视图； [0069] 图5是图4中示出的扭矩锚的顶视图； [0070] 图6是图1示出的扭矩锚的第二变体的透视图； [0071] 图7是图6中示出的扭矩锚的顶视图； [0072] 图8是图1示出的扭矩锚的第三变体的透视图； [0073] 图9是在与根据本发明第二实施例的扭矩锚的套管的轴线垂直的平面上的横截面视图； [0074] 图10是在与根据本发明第三实施例的扭矩锚的套管的轴线垂直的平面上的横截面视图； [0075] 图11是根据该本发明的油、水或气体泵装置的地下设备的侧视图； [0076] 图12是根据本发明第一实施例的变体的扭矩锚的剖开透视图；以及 [0077] 图13是根据该本发明的油、水或气体泵装置的地下设备的侧视图。 具体实施方式[0078] 在下面的描述中，相同或类似的要素由相同的附图标记标识，并且仅描述一次。本发明被相对图1示出的正交矩阵R(X、Y、Z)定义。矢量X、Y和Z的方向被定义为正方向。相反的方向被定义为反方向。按照惯例，矩阵R(X、Y、Z)的方向Z被称作“第一方向”、矩阵的方向X被称作“第二方向”，并且矩阵的方向Y被称作“第三方向”。当根据本发明的扭矩锚被设置为如图1所示时，定义了术语“顶”、“底”、“下”、“上”、“右”，但这并不是限制性的。 [0079] 根据本发明的扭矩锚主要用来安装在碳氢化合物、水或气体泵装置的套管上。按照惯例，第一方向Z平行于套管的纵轴线延伸，扭矩锚旨在被安装在套管中。第二方向X和第三方向Y在套管的径向平面上延伸。同样按照惯例，包含第二方向X和第三方向Y的平面被称作径向平面(X、Y)，包含第一方向Z和第二方向X并穿过套管15的中心O的平面被称作第一轴向平面(Z、X)，并且最后，包含第一方向Z和第三方向Y的平面并穿过套管15的中心O的平面被称作第二轴向平面(Y、Z)。套管15是圆柱体的形状。根据本发明，套管的15中心O被定义为位于该圆柱体的轴线上的任意点。 [0080] 参照图1和2，根据本发明第一实施例的扭矩锚2包括本体4，本体4具有平行于径向平面(X、Y)延伸的两个端部表面5、6。端部表面旨在例如被螺旋、钉或焊接而被固定到螺杆泵的定子或穿孔的过滤设备，该穿孔的过滤设备通常被称为多孔管或多孔管道、缝筛或砂筛，或者也固定到另一个本体以便于形成具有更大数量锚盒的扭矩锚，解释如下。 [0081] 本体4包括第一圆柱外壳8和第二圆柱外壳10、一个圆柱外壳包含第一锚盒12并且另一个包含第二锚盒14。 [0082] 如图2所示，在一个和同样的径向平面(X、Y)，第一外壳8和第二外壳10在第二方向X上延伸。按照惯例，该扭矩锚被描述为单级。第一外壳8和第二外壳10被布置在第二轴向平面(Y、Z)的两侧上，并在第三方向Y上相对于套管15的中心O偏移，有利的是两者偏移量具有相同的值，其中一个在正方向偏移，另一个在反方向偏移。 [0083] 第一外壳8和第二外壳10分别朝向平面16、18开放，平面16、18中的一个接收第一锚盒12的第一轮20的一部分并且另一个接收第二锚盒14的第二轮22的一部分。 [0084] 第一锚盒12和第二锚盒14类似。为了简化描述，仅对第一锚盒12进行详细描述。将仅描述每个锚盒的元件在定位上的差异。 [0085] 第一锚盒12包括第一轮20、支撑第一轮20的第一轮轴26、以及能经由适当的中间零件在所述轮20的轴向施加力到第一轮20的加载设备28。 [0086] 第一轮20具有圆周30和中心孔32。第一轮轴的一个端部36紧配合在第一轮的中心孔32中。 [0087] 第一轮轴26在垂直于直线D1的方向上偏移，该直线D1大体上穿过套管15的中心O并与第一轮轴26平行。特别地，第一轮轴26被定位在第三方向Y的正方向偏移。因此，第一轮20在正方向Y上延伸出本体4之外。 [0088] 第二轮22由第二轮轴38支撑，第二轮轴38相对于套管15的中心O在第三方向Y的反方向偏移。第二轮22在反方向Y上延伸出本体4之外。 [0089] 在图示的实施例中，第一轮的第一轮轴26和第二轮的第二轮轴3相对于本体4的中心偏移。但是该定位决不是限制性的。 [0090] 第一轮轴26在第三方向Y上的偏移δ具有包含在该套管的内径的0.1％与10％之间、并且有利地包含在3％与5％之间的长度。 [0091] 因而，当扭矩锚2被布置在所述套管15中时，第一轮的圆周30的一部分仅在一个接触点401接合套管15，第一轮的其余的圆周与所述套管15之间具有距离。 [0092] 该结构允许第一轮20在平行于第一方向Z的力被施加到本体4时自由旋转并且在扭矩负载被施加到它、诸如扭矩由转子的旋转在定子中感应出时变为锚定在套管15中。 [0093] 特别地，参考图3，当扭矩锚2被布置在所述套管15中时，第一轮的圆周30在每个时刻于接触点401处与套管15接触。此时，该轮的圆周上与该接触点401直径上对置的点371此后将按照惯例称为相反点371。 [0094] 第一轮20被布置在套管15的内部并且在与套管15相切的方向上延伸，使得非零定位角β被定义在穿过套管15的中心O和接触点401的第一直线d1和穿过该套管和所述相反点371的第二直线d2之间。优选地，该定位角β是包含在30°和180°之间，并且有利地在60°和90°之间。 [0095] 同样地，第一直线d1也穿过第二轮22的接触点402，并且第二直线d2穿过接触点402的相反点372。相同的定位角β存在于第一直线d1与第二直线d2之间。 [0096] 优选地，第一轮轴26的端部36被收缩适配在第一轮的中心孔32中。因而，第一轮子20和第一轮轴26被牢固地彼此固定，并且当扭矩锚2沿着套管的纵轴线移动时一起转动。 [0097] 第一轮20具有恒定直径，包含在套管15的内径的值的20％与80％之间，并且最好在50％与70之间。该大小有利地使得对套管和到轮的损坏最小、穿过套管连接而不会导致局部过载、并且在第一轮20沿着套管前进时轴向过载最小成为可能。 [0098] 参照图2，第一轮20具有旨在面对套管15的外圆面42、与外圆面42相对的内圆面44，以及将外圆面42连接到内圆面44的圆柱部46。 [0099] 第一轮的外圆面42包括由环形面50围绕的平坦中央部48，该环形面50具有大致为截顶锥的形状。环形面50的围缘设置有凸缘52，形成开放环面部，旨在沿着套管15前进并由受控的缺口变为锚定在那里。其设置有增加它的耐磨性的涂层。该涂层的摩擦系数使得套管15的粘附特性最佳。该涂层例如由碳化钨或人工合成金刚石制成。 [0100] 当扭矩锚2被安装在套管15中时，仅有第一轮20的凸缘52的一部分和第二轮22的凸缘52的一部分与套管15接触，这两部分以关于套管15的直径对置的方式分别在接触点401和接触点402处定位。因而，至少一部分由套管15施加到该扭矩锚上的力在相反的方向施加并且至少部分地彼此补偿。 [0101] 内圆面44设置有第一中心肩部54和第二肩部56，第一中心肩部54形成用于加载设备28的支承面，第二肩部56绕着第一肩部54延伸。 [0102] 优选地，加载设备28包括内螺旋弹簧58和外螺旋弹簧60，一个安装在另一个内部并且与第一轮轴26同轴，以及推力垫圈62，适于确保由内弹簧58和外弹簧60施加的应力的方向与第一轮轴26平行。 [0103] 有利地，内弹簧58和外弹簧60卷绕的方向相反。优选地，内弹簧58和外弹簧60为复式盘簧。 [0104] 作为变体，内弹簧58和外弹簧60为盘绕的波状弹簧。 [0105] 如此确定弹簧的总刚度常数，使得第一轮的凸缘52在接触点401处作用于套管15的内面上的、根据由海因里希·鲁道夫·赫兹建立的公式计算出来的理论压力，被包含在套管15的内径变化的范围内的(所述变化与套管的膨胀、制造公差和腐蚀情况关联)套管15的弹性极限的2与20倍之间，并且最好在套管15的弹性极限的4与10倍之间，从而使得在仍然提供足够附着的同时由硬化加工对套管15造成的损害最小。该弹性极限被定义为这样的应力：在达到该应力时材料停止弹性和可逆形变并且由此开始塑性和不可逆形变。 [0106] 参照图3，第一轮20相对于套管15的定位，第一轮20的直径和由加载设备28施加的力F的施力方向特别有利，这是因为扭矩锚2的阻力矩与1/cosα成比例；角度α被定义为由加载设备28施加的力F和垂直于套管15的接触面的力Fc之间的角度。角度α越大，抗转矩越大。有利地，根据本发明，该角度被包括在20°和45°之间。 [0107] 根据附图中示出的最有利的实施例，由加载设备28施加的力Fc具有与第一轮轴26相同的方向，但是可以设想加载设备28具有不同的施力方向。 [0108] 参照图1，推力垫圈62阻止内弹簧58和外弹簧60与旋转的第一轮20接触，然而这些弹簧并不旋转。它具有上表面64和下表面68，上表面64具有中心部66，在下表面68上内弹簧和外弹簧被支撑。 [0109] 中心部66被打磨以限制与第一轮20的摩擦，并且在扭矩锚处于套管15中纵向移动期间促进该轮的旋转。 [0110] 有利地，推力垫圈的下表面68设置有中心肩部70，内弹簧58被支撑在中心肩部70上。第一轮20也被放置在环形轴承72上，环形轴承72被定位为抵靠第一轮的第二肩部 56并且位于其中心。 [0111] 轴承72包括平行于第一轮轴26延伸的突出部76。该突出部76形成限定内腔78的套筒，内腔78包含内弹簧58和外弹簧60。该内腔78在内弹簧58和外弹簧60伸展和压缩期间引导它们。 [0112] 轴承72包括支撑面77和环形线性面79，支撑面77与推力垫圈62的边缘部分74相对地布置，并且环形线性面79垂直于支撑面77延伸。支撑面77将弹簧的推力传递到第一轮。环形线性面79引导第一轮旋转。 [0113] 第一外壳8的内壁80是光滑的和连续不断的，使得第一外壳8形成向外的滑孔。因而，轴承72在第一外壳8中在第二方向X上自由地滑动。因而，第一轮20、第一轮轴26、内弹簧58、外弹簧60和轴承72可以在扭矩锚维护操作期间容易地从第一外壳8移除。 [0114] 有利地，轴承72具有与第一外壳8的形状互补的形状。有利地，轴承72在插入到第一外壳8之前被油脂覆盖。因而，轴承72粘附第一外壳8以便于在现场操作扭矩锚期间限制暂时它的运动。 [0115] 第一轮20可在平行于第一轮轴26的移动方向上移动。内弹簧58和外弹簧60在该移动方向施加力F在推力垫圈64和轴承72上，该移动方向倾向于使第一轮20产生以受控的点载荷(赫兹压力)与套管15的接触。 [0116] 第二外壳10类似于第一外壳8。 [0117] 参照图2，第一轮轴的一个端部82与支撑第一轮20的端部36相对，并由环形的推力轴承84支承。该推力轴承84包括内环形线性面85，该内环形线性面85引导第一轮轴26旋转。该推力轴承84也是用于加载设备28的止动件。为此，它包括中心肩部86和周边肩部88，内弹簧58和外弹簧60分别与中心肩部86和周边肩部88邻接。 [0118] 轴承72和推力轴承84有利地由陶瓷材料制成以避免卡住(seizing)引导第一轮旋转的元件的任何风险。该材料也使包含任何厌氧腐蚀的风险成为可能。该实施例对于要求长寿命或在高温下的应用来说是理想的。 [0119] 第一轮轴的端部82设置有轴衬90，该轴衬90容纳在推力轴承84的内凹部92中。推力轴承84使在工厂中能够分别将内弹簧58和外弹簧60预加压以促进扭矩锚的维护和促进其进入套管。 [0120] 在操作期间，当扭矩锚2被插入套管15中时，轴衬90不与中心肩部86的下表面、也不与凹部92、也不与本体处于第一轮轴26之下的面接触。 [0121] 有利地，该轴衬90使在第一轮轴26的收回期间将推力轴承84从第一外壳8移除成为可能。因而，在维护操作期间，推力轴承84可以被替换。 [0122] 本体4还包括在内腔78和本体外部之间延伸的流体开口94。该流体开口94使在内弹簧58和外弹簧60的压缩和伸展期间补偿内腔78中的压力变动成为可能。 [0123] 作为变体，加载设备28包括均匀地绕着该轮轴分布的若干弹簧。例如，这些弹簧与第一轮轴26同轴地布置。根据另一个示例，这些弹簧被沿着穿过第一轮轴26的直线布置在第一轮轴26的两侧。 [0124] 作为变体，内弹簧58和外弹簧60被N个弹簧替代，该N个弹簧绕着第一轮轴26以360°/N分布。 [0125] 根据在图4和图5中示出的第一实施例变体，扭矩锚95包括第一级96和第二级97。在第一径向平面(X、Y)中，第一级96包含第一锚盒12和第二锚盒14。在第二径向平面中，第二级97包含第三锚盒98和第四锚盒99，第二径向平面在第一方向Z相对第一径向平面偏移。 [0126] 第一级96和第二级97的锚盒12、14、98、99的轮轴在第二方向X上延伸。 [0127] 正如对于第一实施例，在第一级96，第一锚盒12的第一轮20的轮轴定位为在第三方向Y的正方向以值δ偏移，并且第二锚盒14的第二轮22的轮轴定位为在相同方向Y的反方向以值δ偏移。 [0128] 有利地，根据该第一变体，第二级97的锚盒98、99的定位为第一级96的锚盒12、14的定位的几何变换。该几何变换是关于第一轴线A-A的轴对称。第一轴A-A平行于第二方向X并穿过套管的中心O。特别地，第一轴A-A均包含在径向平面(X、Y)中，径向平面(X、Y)与包含第一轮轴和第二轮轴的平面相距预定距离。所述预定距离是大于或等于第一轮20的半径和第二轮22的半径中较长的半径。 [0129] 因此，对于第二级97，偏移量δ的方向和值相等但是这些偏移的方向相反。因而，第三锚盒98的第三轮101的轮轴定位为在反的第三方向Y以值δ偏移，并且第四锚盒98的第四轮103的轮轴定位为在正的第三方向Y以值δ偏移。 [0130] 因而，在第一级96的第一轮20的接触力Fcy的第三方向Y上的部件和在第二级97的第三轮101的接触力Fcy的第三方向Y上的部件彼此互补，因而限制了本体4在其沿着套管的纵轴线的移动期间绕轴旋转的风险。旋转的该剩余风险与扭矩锚和套管组件的不同部件的几何的和空间的缺陷关联。 [0131] 有利地，根据该变体的扭矩锚95在它沿着套管15的纵轴线平移期间并不绕着本体4的中心C旋转。这些结构也改进了套管15内部的扭矩锚95的定心。扭矩锚95在两个方向旋转的抗转矩变得相同。 [0132] 根据在图6和图7中图示的第二实施例变体，扭矩锚105包括第一级96和第二级97，类似于在图4和图5中图示的扭矩锚95的第一级和第二级。然而，此外，在该实施例中，在被固定到第一级96之前，第二级97相对于平行于该套管的纵轴线在顺时针方向转动 90°的角度。 [0133] 因而，依据该第二变体，将第二级97的锚盒98、99的定位连接到第一级96的锚盒12、14的定位的几何变换为相对于第一轴线A-A的轴对称并相对于第二轴线B-B旋转90°的角度，第一轴线A-A平行于第二方向X并穿过该套管的中心O，第二轴线B-B平行于第一方向Z并且穿过本体4的中心C。 [0134] 第一轴线A-A包含在径向平面(X、Y)中，径向平面(X、Y)与包含第一轮轴和第二轮轴的平面相距预定距离。所述预定距离是大于或等于第一轮20的半径和第二轮22的半径中较长的半径。 [0135] 本体4的中心C为位于直线上的点，该直线被布置为与本体4的外表面等间距并且平行于第一方向Z延伸。当扭矩锚位于套管15内的中心的位置上时，本体的中心C与套管15的中心重合。 [0136] 特别地，参照图7，第一级96的锚盒12、14的轮轴在第二方向X上延伸并且第二级97的锚盒98、99在第三方向Y上延伸。 [0137] 在第一级96中，第一轮20的轮轴和第二轮22的轮轴的位置在第三方向Y上以值δ偏移，前者在正方向而后者在反方向。 [0138] 在第二级97，第一轮101的轮轴和第二轮103的轮轴的位置在第二方向X上以值δ偏移，前者在反方向而后者在正方向。 [0139] 正如对于第一两级变体一样，该第二两级变体105使得补偿由套管15施加到轮的扭矩的某些部分、并且因而限制本体4在它的沿着套管15平移运动期间的旋转同时增加扭矩锚的定心和其抗转矩成为可能。 [0140] 作为变体，根据第一和/或第二变体的若干两级扭矩锚95、105被彼此固定以便于增加抗转矩，同时通过有利地改变它们的角度偏移来保持与扭矩锚在套管15中的较好均衡性关联的优点，以便于使定心效果最大化且对该套管的损害最小化。 [0141] 根据在图8中图示的第三实施例变体，扭矩锚100包括九级。每级包括两个锚盒12、14。锚盒包含在两个相邻级中，并且相对于彼此偏移60°的角度。 [0142] 根据一个变体(未示出)，根据本发明的扭矩锚包括N级，每级包含若干锚盒。级的数目N优选为偶数。 [0143] 锚盒沿着套管15的圆周并纵向地沿着套管15相对于彼此定向，使得在轮轴之间定义的角度之和等于360°。优选地，锚盒包含在两个相邻级中，并且相对于彼此偏移90°的角度。 [0144] 优选地，每个偶数级的锚盒的定位由至少一个相对于轴线A-A的轴对称产生，轴线A-A平行于第二方向X并且穿过套管的中心O，并且锚盒的定位位于每个奇数级。 [0145] 根据在图9中图示的第二实施例，扭矩锚107包括位于相同级的第一锚盒12、第二锚盒14、第三锚盒98和第四锚盒99，即，在一个相同的径向平面(X、Y)中。这些锚盒12、14、98、99类似于在第一实施例中描述的锚盒并且不会再次详细描述。 [0146] 四个锚盒12、14、98、99的轮轴26、38、112、114在第二方向X上延伸。第一锚盒12和第三锚盒98被布置在第二轴向平面(Y、Z)的一侧；特别地，在第二方向X的正侧。第二锚盒14和第四锚盒99被对称地布置在第二轴向平面(Y、Z)的另一侧；特别地，在第二方向X的反侧。 [0147] 然后，第一锚盒12和第二锚盒14被布置在第一轴向平面(Z、X)的一侧；特别地，在第三方向Y的正侧。第三锚盒98和第四锚盒99被对称地布置在第一轴向平面(Z、X)的另一侧；特别地，在第二方向X的反侧。 [0148] 根据该实施例，第一轮轴26和第二轮轴38彼此前后对齐。第一轮20的接触力Fcy在第三方向Y的分量由第三轮101的接触力Fcy在第三方向Y的分量补偿。 [0149] 同样地，第三轮轴112和第四轮轴114彼此前后对齐。扭矩锚107在四个点401、402、403、404接触到该套管。该结构确保扭矩锚107在该套管中定心，限制扭矩锚在它本身旋转的风险并与偶数或奇数级同样良好地使用。 [0150] 根据在图10中图示的扭矩锚102的第三实施例，本体4包括三个外壳8、10、104，每个外壳包含锚盒12、14、98，锚盒98类似于在第一实施例中描述的锚盒12、14。如同对于第一实施例一样，轮轴26、38、112每个均具有在一方向上的偏移量，该方向垂直于穿过该套管的中心O的直线D1、D2、D3，并且平行于每个轮轴的中心孔，使得仅有每个轮20、22、101的一部分在一个接触点401、402、403接合套管15，每个轮子20、22、101剩余的圆周30与该套管相距一距离。这些偏移已经在相同的旋转方向上前进的方向实现。因而，轮轴26、38、112被布置为彼此大致成120°，并且这些轮的接触点401、402、403相对于套管15的中心O以基本相同的角度分布。 [0151] 有利地，该实施例还使本体4在该套管中更好定心成为可能。因而，如果多级扭矩锚从扭矩锚102开始生产，扭矩锚102包括三个位于一个和相同的级也就是在一个和相同的径向平面(X、Y)中的锚盒，那么没有必要在两个相邻级的锚盒中产生角度偏移。 [0152] 根据一个变体，可以设想，为了产生轮轴的偏移，通过相对于在径向平面中任何位置布置的中心与偏移量结合或不结合而转动轮轴，以确保仅有每个轮的圆周30的一部分接合套管15，每个轮的圆周30的其余与套管15相距一距离。 [0153] 本发明还涉及泵装置，包括根据本发明的扭矩锚2、95、100、102、105、107。在这样的泵装置中，该扭矩锚有利地布置在泵送柱的底部，位于流体开口部的外部且位于所述采油管柱的内部。 [0154] 特别地，参考附图11，根据本发明的油、水或气体泵装置116从井表面开始并下降到井下，包括： [0155] -桥118，一般被称作“跨接”，该桥使得能够在油管柱中分配泵送的流体，[0156] -管道部件120，固定到桥118，其可达到若干千米的长度， [0157] -一个或多个防振动设备122，固定到管道元件120，这些防振动设备122使得能够对源自于螺杆泵中的定子内的转子的旋转的振动进行衰减， [0159] -螺杆泵126，定位在穿孔之上或之下，具有固定到螺纹连接件124的定子127，螺杆泵126使得能够将待泵送的流体从井的底部输送到井的表面， [0160] -定位止动件128，允许螺杆泵126的转子的定位，一般被称作“止动衬套”或“标志棒”；定位止动件128被固定到螺杆泵126的定子127， [0161] -螺纹连接件130，固定到定位止动件128， [0162] -过滤设备132，一般为多孔管的形式，一般被称为多孔管道、缝筛或沙筛，固定到管道130，允许对采油管柱内泵送的流体的过滤，过滤设备132被固定到螺纹连接件130，[0163] -螺纹连接件134，固定到过滤设备132， [0164] -根据本发明的扭矩锚2、95、100、102、105、107，固定到螺纹连接件134，并且最终[0165] -碎屑收集器136，一般被称作“管塞”，固定到根据本发明的扭矩锚。 [0166] 由于它是固体，所以扭矩锚被设置在泵装置的地下设备的下端部。有利地，该定位使得能够减少来自泵送设备的振动，并且因而使扭矩锚的反旋转和反振动功能分离。 [0167] 参照图12，根据第一实施例的变体，扭矩锚138包括具有开口141的储藏处140，开口141在该本体的端面的延长部分之内延伸。该储藏处140在径向平面(X、Y)开放。它具有在第一方向Z延伸的深度。该储藏处的边缘143旨在被固定到螺杆泵126的定子127。 [0168] 该储藏处140同时实现功能止动件128的功能和碎屑收集器136的功能。尽管在图12中图示的本体包括两个锚盒12、14，但是该储藏处140还可以设置在具有两个或更多锚盒的若干级的本体中。 [0169] 参照图13，本发明还涉及一种油、水或气体泵装置142，包括根据本发明的扭矩锚138、2、2的组件，该组件直接固定到生产线中的螺杆泵的定子127。 [0170] 有利地，该扭矩锚组件包括如在图9中图示的那样包括储藏处的扭矩锚138和根据本发明第一实施例、如在图1和2中图示的两个扭矩锚2。 [0171] 因而，装置142包括根据第二实施例的扭矩锚138，其不再包括位置止动件138和碎屑收集器136。 [0172] 有可能改变扭矩锚组件的抗转矩，或者通过倍增扭矩锚的级数，或者通过将若干单级扭矩锚固定在一起。因而，在泵送操作期间，有可能作为该扭矩的函数调适扭矩锚或扭矩锚组件的抗转矩，该扭矩由井下水力产生。在这种情况下，每个级的锚盒有利地有绕着套管15的中心有角度地偏移来促进扭矩锚在该套管内的定心，并且通过循环硬化将对套管的损坏减到最小。 [0173] 根据描述的该实施例，外壳在与轮轴相同的方向延伸。作为变体，有可能生产一种扭矩锚，其中包含锚盒的外壳具有不同的形状，例如当这些外壳也容纳其他元件时。 [0174] 作为变体，本体4包括两个流体开口94，将内腔78连接到本体4的外侧。 [0175] 作为变体，轮并不包括凸缘52，并且当扭矩锚安装在套管15中时，是该轮的圆柱部分46接触套管15。 [0176] 有利地，这些扭矩锚容易制造、维护，并且在地面上测试时对操作者来说没有风险。 [0177] 作为变体，该轮与该套管接触的圆周30并不布置在外圆面42上，但是布置在圆柱部分46上。 [0178] 作为变体，轴衬90由簧环或锁环代替，使得有可能拆卸该锚盒用于维护、主要零件的再循环并且一般为了限制部件的报废。 [0179] 作为变体，第一轮子20通过螺纹或通过第一轮轴上的安装锁环固定到第一轮轴26。该变体也使得拆卸该锚盒用于维护成为可能。 |
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