Демпфер скважинный штанговой колонны

 

ДЕМПФЕР СКВАЖИННЫЙ ШТАНГО-ВОЙ КОЛОННЫ, включающий корпус, установленный в нем шток. Образующий с корпусом кольцевую долость для размещения упругого элемента, заполненную жидкостью и гидравлически связанную с затрубным пространством, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения ударных и динамических нагрузок, продольный колебаний штанг и повышения срока службы упругих элементов, он снабжен установленным в кольцевой полости дифференциальным поршнем с калиброванными осаналами для связи полости с упругим элементом с подпоршневой полостыо и установлен HiiM в последней кольцевым подпружиненньм клапаном для перекрытия каналов большей ступени поршня, причем упругий элемент выполнен в виде плавающей втулки,

I (19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3459 E 21 В 17 07 с !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ Й ОТНРЫТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3289528/22-03 .(22) 12.05.81 (46) 23.03.83. Бюл. 9 11 (72) Б.З..Султанов, Т.А.Утемисов, A.Н.Бабенков и A.A.Êèðoâ (71) Уфимский нефтяной институт, (53) 622.24.05 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9-301424, кл. Е 21 B 17/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 395561, кл. Е-21 В 17/00, 1971 (прототип) ° . (54)(57) ДЕМПФЕР СКВАЖИННЫЙ IIlTAHFO

ВОЙ КОЛОННЫ, включающий корпус, ус тановленный в нем шток,.образующий с корпусом кольцевую полость для размещения упругого элемента, заполненную жидкостью и гидравлически связанную с затрубным пространством, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности гашения ударных и динамических -нагрузок, продольных колебаний штанг и повышения срока службы упругих элементов, он снабжен установленным в кольцевой полости дифференциальным поршнем с калиброванными сканалами для связи полости с упругим элементом с подпоршневой полостью и установленным s последней кольцевым подпружиненньик клапаном для перекрытия каналов большей ступени поршня, причем упругий элемент выполнен в виде плавающей втулки. -е

1006700

Изобретение относится к штанговой насосной эксплуатации скважин, в частности к штанговым колоннам, предназначенным для передачи возвратно-поступательного движения от балансира станка-качалки к плунжеру скважинного насоса.

Известно устройство для гашения пиковых динамических нагрузок в колонне и создания нормальных условий работы пары плунжер — цилиндр, а так- о же исключения скручивания штанго" вой колонны, самопроизвольного отворота ее в соединениях, .снижения обры.вов штанг и увеличения межремонтного периода работы, скважины, состоящее 15 из корпуса, внутри которого размещены упругие элементы, установленные на тягах, концы которых соединяются с муфтами штанг колонны f1).

К недостаткам данного устройства относится то, что возможен выход из. строя упругих элементов с последующим обрывом штанговой колонны.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является дем- р5 пфер скважинный штанговой колонны, включающий. корпус, установленный в нем шток, образующий с корпусом кольцевую полость для размещения упругого элемента, выполненного в виде тарельчатых пружин, заполненную жидкостью, гидравлически связанную с эатрубным пространством f 2).

Недостаток конструкции заключается в том, что она имеет низкую эф- 35 фективность гашений при требуемых .уровнях снижения нагрузок в штангах и габаритных размерах из-за низкой амортизационной способности демпфера, обусловленной большой жесткостью 4П упругих элементов (тарельчатых пружин) .

Кроме того, при ходе штанг вверх и жестко связанных с ними штоков с упругими элементами в промежуточной камере образуется раэряжение, кото. рое при обратном ходе штанг приводит под воздействием давления рабочей среды и сжимающих усилий к ударному взаимодействию торцов штоков с соприкасающим ся с ними опорными дисками, чтн снижает срок службы упругих элементов и эффективность гашения колебаний. На месте устачовки демпфера в колонне штанг соз аются большие гидравлические потей, что осложняет работу установки, собенно при откачке высоковязких жидкостей.

Цель изобретения - повышение эффективности гашения ударных и дина- 60 мических нагрузок, продольных колебаний штанг и повышение срока службы упругих элементов.

Указанная цель достигается тем, что демпфер скважинный штанговой 65 колонны, включающий корпус, установленный в нем шток, образующий с корпусом кольцевую полость для размещения упругого элемента, заполненную жидкостью и гидравлически связанную с затрубным пространством, снабжен установленным в кольцевой полости дифференциальным поршнем с калиброванными каналами для связи полости с упругим элементом С подпоршневой полостью и установленным в последней кольцевым подпружиненным клапаном для перекрытия каналов большей ступени поршня, причем упругий элемент выполнен.в виде плавающей втулки.

На чертеже показан демпфер скважинный штанговой колонны.

Демпфер состоит из корпуса 1, внутри которого размещается дифференциальный проходной поршень 2, плоский кольцевой клапан 3 и полый шток 4.

Кольцевой клапан. 3 самодействующий с калиброванными сквозными отверсти ями 5, выполненными в осевом направлении, открывается и закрывается при изменении разности давлений по обе стороны проходного поршня 2 и служит для демпфирования не-. которой части энергии сжатой жидкости в нижней рабочей камере при обратном ходе (при распрямлении пружины). Фиксация клапана 3 в рабочем положении и уменьшение его запаздывания при посадке осуществляется цилиндрической пружиной сжатия б, которая упирается верхним концом:. в торец клапана, а нижним — на опорное кольцо 7. Проходной поршень 2 дифференциальный с калиброванными дросселирующими сквозными каналами

8, служащими для демпфирования некоторой части энергии сжатой жидкости в рабочих полостях. Поршень 2 установлен в кольцевой полости корпуса

1 малой ступенью вверху, а большей внизу для взаимодействия с клапаном

3, поршень 2 образует рабочие камеры Б и В,которые сообщаются между собой через отверстия . 5 и 8 соответственно в дросселирующем клапане

3 и в нижней ступени поршня 2, а с нагнетательной линией — через отверстия 9 в верхней ступени последнего. На верхней ступени поршня 2 свободно с большим радиальным зазором размещен упругий элемент 10, выполненный в виде плавающего резинового кольца, который частично прикрывает сечения отверстия 8 поршня, благодаря чему осуществляется дросселирование сжатой жидкости в верхней рабочей камере Б при прямом ходе (при сжатии пружины).

Поршень 2 наворачивается на ступенчатый полый шток 4, заканчивающийся с нижней. стороны резьбой для присоединения либо к штанге, либо непосред1006700 ственно к плунжеру насоса при помощи муфтового переводника 11. Корпус 1 на обоих концах имеет резьбу, при помощи которой к нижней части присоединяется герметиэирующаяся втулка 12, а к верхней части — через переводник 13 прилегающая штанга °

Переводник 13 имеет -цилиндрическое углубление для размещения верхнего конца малой ступени поршня. Герметизация рабочих полостей достигается. манжетами 14 и уплотнительными кольцами круглого сечения 15 - 17.

Демпфер скважинный штанговой колонны работает следующим образом.

3а цикл работы насосной установки при переходных процессах .на штанго, вую колонну действуют большие пиковые динамические нагрузки и, как следствие этого возникают продольные .колебания, которые являются одной из основных причин .обрывов штанг.

Демпфер продольных колебаний устанавливается в нижйей части штанго-. вой колонны, например, над плунжером.

При ходе штанговой колонны вниз поршень 2 идет вверх, отверстие 9 в верхней ступени поршня перекрывается цилиндрической поверхностью переводника 13, и тем самым нагнетательная полость отсекается, давлениЕ жидкости, заключенной в верхней рабочей камере Б повышается, открывается кольцевой клапан 3, и жидкость через малые калиброванные отверстия 8 .в нижней ступени поршня 2 продавливается в камеру В. При этом демпфирование достигается за счет дросселирования перетока жидкости через калиброванные отверстия 8 в нижней ступени поршня 2 при помощи частично прикрываемого его сечения .плавающим упругим .элементом 10 и

° сжатием последнего с иомента соприкосновения торцом переводника 13.

Этот процесс-происходит с постепенным открытием проходного сечения отверстия 8 в поршне 2 с ростом давления жидкости в верхней камере

Б, достигающимся. эа счет упругости плавающего элемента 10.По достижении давления жидкости в упомянутой камере определенной величины проходное сечение отверстия 8 в поршне 2 полностью открывается, и далее гашение продольных колебаниЯ осуществляется сжатием упругого элемента 10 °

Такая конструктивная особенность обеспечивает большой ход обжатия, более упругую характеристику демпфера и повышение эффективности гашения пиковых ударных нагрузок, возникающих зачастую на максимальной скорости движения плунжера насоса вниз от. удара о жидкость в цилиндре

25 чалки, осуществляется.дифференциро ванно ступенчатым поршнем 2, снаб.,женным снизу подпружиненным клапа30

45 чивает дополнительный отвод тепла

5П в окружающую среду. К тому ме в боль55

5

20 и от частичного заедания его в .пути в искривленных, а также смещенными втулками в цилиндре. В то ме время

В нижней рабочей камере В проис ходит накопление сжимающейся жидкостью энергии.

При обратном ходе (при распрямлении пружины7 под действием давления сжимаемой жидкости в нижней камере В и пружины б кольцевой клапан

3 закрывает проходные калиброванные отверстия 8 в поршне 2, в результате чего осуществляется дросселирование вытесняемой жидкости из нижней рабочей камеры В в верховою Б через отверстия малого сечения в клапане

3, при протекании через которые некоторая часть энергии сжатой жидкости преобразуется в тепло, и тем самым достигается демпфирование.

Следовательно, гашение пиковых. динамических нагрузок, разных по экстремальной величине, возникающих в штанговой колонне при Модах вверх

i è вниз головки балансира станка-каном 3, а сверху упругим элементом

10 за счет дросселирования вытекающей жидкости через калиброванные отверстия -8 в поршне 2, н соответственно этому изменяется месткостная характеристика демпфера (при обжатий и распрямлении жидкостной пружины).

Обеспечение постоянства заданной характеристики и требуемой жесткости демпфера в процессе работы осуществляется тем, что энергия сжатой жидкости, преобразованная в тепло при дросселированиях, отводится через стенки как корпуса 1, так и штока 4 и поршня 2 посредством охлаждения при помощи откачиваемой пластовой жидкости, для чего последние выполнены полыми. Кроме того, рабочая жидкость в камерах Б и В гидравлически связана с откачиваемой жидкостью через отверстии 9 в верхней ступени поршня 2, что обеспешинстве случаях откачиваемая жидкость содержит газ, который, попадая через гидравлический канал связи в рабочие камеры, улучшает упругую характеристику и степень обжатия демпфера.

Технико-экономическая эффективность заключается в увеличении эксплуатационной надежности штанговой колонны, кроме того, устройство позволяет сократить расходы на подземные ремонты, уменьшить простой сква. мины и повысить производительность насосной установки.

1006700

Составитель В. Родина

Редактор P.Öèöèêà Техред A.éàáèíåö Корректор И.Шулла

Заказ 2077/52 Тираж б01 Подписное .ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.. Проектная, 4 а,}