Гидравлический динамометр

 

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДИНАМОМЕТР по авт. св. № 825874, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности измерений путем исключения одновременного открытия золотником цродольных каналов в поршне, золотник снабжен запорным элементом , расположенным в его верхней части с возможностью перекрытия полости поршня , и упором, установленным на запорном элепенте с возможностью взаимодействия с поршнем, причем расстояние от запорного элемента до упора меньше длины хода золотника и больше расстояния от нижнего торца золотника до отверстия продольного канала в поршне, сообшающего измерительную полость с полостью под поршнем. 2. Динамометр по п. 1, отличающийся тем, что в запорном элементе золотника выполнен распределительный продольный канал.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1071868 A у5д F 21 В 43/00; F 04 В 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СР 4

< Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 825874 (21) 3495580/25-06 (22) 22.09.82 (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) В. Д. Бахвалов, В. Д. Нагула и Е. А. Паненко (71) Производственное ордена Трудового

Красного Знамени объединение «Пермнефтьэ (53) 531.781 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 825874, кл. Е 21 В 43/00, 1979. (54) (57) 1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДИНАМОМЕТР по авт. св. № 825874, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и точности измерений путем исключения одновременного открытия золотником продольных каналов в поршне, золотник снабжен запорным элементом, расположенным в его верхней части с возможностью перекрытия полости поршня, и упором, установленным на запорном эле енте с возможностью взаимодействия с поршнем, причем расстояние от запорного элемента до упора меньше длины хода золотника и больше расстояния от нижнего торца золотника до отверстия продольного канала в поршне, сообщаюшего измерительную полость с полостью под поршнем.

2. Динамометр по п. 1, отличающийся тем, что в запорном элементе золотника выполнен распределительный продольный канал.

10718б8

Изобретение касается устройств для нефтедобычи, в частности средств для исследования работы скважинных штанговых глубиннонасосных установок.

По основному авт. св. Хо 825874 известен гидравлический динамометр, содержащий корпус с поршнем, измерительную полость, в которой установлен датчик давления, регистрирующий узел, и снабженный золотником, причем поршень выполнен полым с двумя продольными каналами, один из которых сообщает измерительную полость с полостью над поршнем, а другой с полостью под поршнем, при этом золотник установлен в полости поршня с возможностью поочередного перекрытия продольных каналов (1).

Однако конструкция золотникового узв известном устройстве не исключает

;:. повременного открытия продольных ка алов при перемещении золотника из одного крайнего (рабочего) положения в другое (рабочее) крайнее положение. При этом полость под поршнем посредством открытых продольных каналов и измерительной полости сообщается с полостью над поршнем. . Вследствие того, что усилия при растяжении колонны насосных штанг значительно превышают (порядка в 2 -5 раз) усилия при сжатии колонны насосных штанг при одновременно открытых продольных каналах в процессе работы рабочая жидкость (масло) будет постепенно перетекать из

IJ3 IïîðøíåBoé полости в подпоршневую полость. Через определенное время (зависягцее от конкретных размеров динамометра и режима отбора пластовой жидкости), как правило, через 25 — 30 ч после начала работы, вся рабочая жидкость (масло) полностью перетечет в полость под поршнем (в полости над поршнем рабочая жидкость отсутствует) .

При этом динамометр позволяет регистрировать только сжимающие усилия, действующие на колонну насосных штанг, т. е. динамометр не будет соответствовать своему основному .функциональному назначению — измерению знакопеременных нагрузок, действующих на колонну насосных штан г.

Кроме того, в связи с тем, что золотник перемещается в крайнее нижнее положение только под действием собственного веса, скорость срабатывания золотникового узла низкая, что увеличивает время работы устройства с одновременно открытыми продольными каналами, а также приводит к запаздываник> перекрытия продольного канала, связывающего измерительну10 полость с полостью под поршнем. Это существенно снижает точность замера растягивающих усилий, действующих на колонну насосных птанг, в частности занижает значение измеряемого параметра до 25Р/р.

Поэтому такая конструкция золотникового узла не обеспечивает нормального функционирования известного гидравлического динамометра в течение длительного периода эксплуатации в скважине. Это, в свою очередь, снижает надежность его в работе.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности и точности измерений путем исключения одновременного открытия золотником продольных каналов в поршне.

Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом динамометре золотник снабжен запорным элементом, расположенным в его верхней части с возможностью перекрытия полости поршня, и упс1ром, установленным на запорном элементе с возможностью взаимодействия с поршнем, причем расстояние от запорного элемента до упора меньше длины хода золотника и больше расстояния от нижнего торца золотника до отверстия продольного канала в поршне, сообщающего измерительную полость с полостью под поршнем.

Кроме того, в запорном элементе золотника выполнен распределительный продольный канал.

На фиг. I представлен гидравлический динамометр, продольный разрез; на фиг. 2— то же, с продольным каналом в запорном элементе золотника, вариант: на фиг. 3—

11 — золотник, варианты выполнения.

Гидравлический динамометр содержит корпус 1 с уплотнительной крышкой 2, внутри корпуса 1 размещены полый поршень 3, измерительная полость 4 с датчиком 5 давления, который посредством кабеля б соединен с измерительным прибором (не показан). Полый поршень 3 выполнен с продольными каналами 7, 8 и имеет надпоршневую 9 и подпоршневую 10 полости.

В полости 11 поршня 3 размещен золотник 12, который снабжен запорным элементом 13, расположенным в его верхней части с возможностью перекрытия полости 11 поршня 3 и упором 14, установленным на запорном элементе 13 с возможностью взаимодействия с поршнем 3.

Полость 11 поршня 3, в которой перемещается золотник 12, разделена на полость

15 под золотником и полость 16 над золотником.

Упор 14, предназначенный для фиксации крайнего верхнего положения запорного элемента 13 перекрывающего полость

I I поршня 3 в его верхней части, установлен таким образом, что расстояние от запорного элемента 13 до упора 14 меньше длины хода золотника 12 и больше расстояния от нижнего торца золотника 12 до отверстия продольного канала 8 в поршне

3, сообщающего измерительную полость 4 с полостью 10 под поршнем.

1071868

15

h (L(Н

L ц

Измерительная полость 4 через полость

11 в поршне 3, полость 16 над золотником

12 и продольный канал 7 в поршне 3 сообщена с надпоршневой полостью 9, а через продольный канал 8 в поршне 3, полость 15 под золотником 12 и полость 11 поршня 3 сообщена с подпорш невой полостью 10.

Полости 4, 9, 10, 15, 16 и каналы 7, 8 и 11 заполняют нейтральной жидкостью, например маслом.

В собранном виде гидравлический динамометр устанавливают между штангами 17 скважинного насоса. Присоединение динамометра к штангам 17 осуществляется посредством переводника 18 и муфты 19, при этом в верхний конец переводника 18 ввертывают датчик 5 давления.

В гидравлическом динамометре выполнен в запорном элементе 13 золотника 12 распределительный продольный канал 20 (фиг 2)

При этом запорный элемент 13 золотника

12 (при крайнем нижнем положении золотника) не выходит из контакта с поверхностью канала в поршне 3, а упор 14 установлен на запорном элементе 13 с возможностью взаимодействия с поршнем 3 на определенном расстоянии от распределительного продольного канала 20, причем это расстояние меньше длины хода золотника

12 и больше расстояния от нижнего торца золотника 12 до отверстия продольного канала 8 в поршне 3, сообщающего измерительную полость 4 с полостью 10 под поршнем 3.

Гидравлический динамометр работает следующим образом.

При движении колонны насосных штанг

17 вниз, на штанги, находящиеся ниже динамометра, действуют сжимающие нагрузки благодаря которым давление в подпоршневой полости 10 повышается, а в надпоршневой полости 9 снижается.

Под действием перепада давления в полостях 9 и 10 корпуса 1 золотник 12 перемещается вверх до касания упором 14 внутреннего торца поршня 3 и перекрывает запорным элементом 13 полость 11 в поршне 3.

При этом давление в подпоршневой полости 10 через полость 11 в поршне 3, полость 15 под золотником 12 и продольный канал 8 в поршне 3 передается в измерительную полость 4 под датчиком 5 давления, и далее воздействует на датчик 5 давления и по кабелю 6 передается на измерительный (регистрирующий) прибор на дневной поверхности.

При движении колонны насосных штанг

1? вверх на них действует растягивающая нагрузка, в результате действия которой давление в подпоршневой полости !О, канале 8, полости 15 и полости 11 в поршне

3 и полости 4 под датчиком 5 давления понижается, а в полости 9 над поршнем 3 возрастает. При этом давление в надпоршне25

55 вой полости 9 через продольный канал 7 н полость 16 над золотником 12 воздействует на золотник 12.

Под действием перепада давлений в полостях 10 и 9 корпуса 1 и собственным весом золотник 12 перемещается вниз, перекрывая канал 8 и полость 11, а запорный элемент 13, выходя из полости 11 в поршне

3, открывает полость 11 в верхней его части.

При этом давление в надпоршневой полости

9 через продольный канал 7, полость 16 и полость 11 в поршне 3 передается в полость 4 под датчиком 5 давления, на датчик 5 давления и далее по кабелю 6 на измерительный прибор на дневной поверхности.

При последующем движении колонны штанг 17 вниз, а затем вверх цикл повторяется.

Следует отметить, что динамометр (фиг. 1) нормально функционирует только в том случае, если при конструктивном еl0 исполнении выполняется следующее условие где 1. — расстояние от торца запорного элемента 13 золотника 12 (без продольных каналов, фиг. 1) до упора 14;

11 — расстояние от торца золотника

12 (в крайнем верхнем положении) до отверстия продольного канала 8 в поршне 3;

H — расстояние от торца золотника

12 (в крайнем верхнем положении) до нижней торцовой поверхности в полости 15 поршня 3 (длина хода золотника).

Только соблюдение этого условия (h с

L (Н) исключает одновременное открытие продольных каналов 7 и 8 в поршне 3 и сообщение посредством последних надпоршневой полости 9 в корпусе 1 с подпоршневой полостью 10.

На фиг. 3 — 11 представлены возможные варианты исполнения запорного элемента

13 золотника 12 и упора !4.

Распределительный продольный канал

20 в запорном элементе 13 золотника 12 может быть выполнен (фиг. 2 и 3), или на его поверхности (фиг. 4, 9 и 1).

Канал 20 может быть выполнен в виде шпоночных пазов (фиг. 9, 10 и 11), или в виде одной или нескольких лысок (фиг. 4 — 8

Упор 14 может быть выполнен, например в виде штифта или шплинта (фиг. 1, 2, 11) либо в виде цилиндрического уступа с диаметром, отличным от диаметров запорных элементов 13 и золотника 12 (фиг. 3. 4 9).

Однако при всем многообразии форм выполнения золотников и упоров, упор устанавливается между верхней и нижней ступенями золотника на расстоянии, выбираемом в соответствии с неравенством

l 071868 где 1 — расстояние от торца запорного элемента 13 золотника 12 до упора 14, мм;

}1 — расстояние от торца золотника

12 до продольных каналов 7 или 8 в зависимости от хода золотника 12 вверх или вниз мм;

Н-длина хода золотника, мм.

Использование изооретения позволяет повысить надежность работы гидравлического динамометра и точность измерения знакопеременных нагрузок, действующих на колонну насосных штанг в любом сечении, в течение всего межремонтного периода работы скважины.

Это позволяет иметь информацию о нагрузках, действующих на колонну штанг в любой момент времени, прогнозировать надежность колонны и насосного оборудования, а также путем корректировки режимов отбора жидкости обеспечивать оптимальные условия работы колонны насосных штанг и насосного оборудования и за счет этого сократить количество обрывов колонны штанг и тем самым повысить межремонтный период работы скважины.

1071868

g-В

Фиг. t0

pg(g //

Составитель 3. Гинзбург

Редактор П. Коссей Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ 1157! /32 Тираж 489 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4