Демпфер скважинный штанговой колонны Советский патент 1983 года по МПК E21B17/07 

о: Изобретение относится к штанговой насосной эксплуатации скважин, в частности к штанговым колоннам, предназначенным для передачи возвратно-поступателвного 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 та же исключения скручивания штанго вой колонны, -самопроизвольного отво рота ее в соединениях, .снижения обр вов штанг и увеличения межремонтног периода работы, скважины, состоящее из корпуса, внутри которого размещену упругие элементы, установленны на тягах, концы которых соединяются с муфтами штанг колонны . 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 демпфер скважинный штанговой колонны, включающий, корпус, установленный в нем шток, образующий с корпусом кольцевую полость для размещения уп ругого элемента, выполненного в вид тарельчатых пружин, заполненную жид костью, гидравлически связанную с затрубным пространством Сз}. Недостаток конструкции заключает ся в том, что она имеет низкую эффективноЬть при требуемых уровнях снижения нагрузок в штангах и габаритных размерах из-за низкой амортизационной способности демпфера, обусловленной большой жесткость упругих элементов (тарельчатых пружин) . Кроме того, при ходе штанг вверх и жестко связанных с ними штоков с упругими элементами в промежуточной камере образуется разряжение, которое при обратном ходе штанг приводит под воздействием давления рабочей среды и сжимающих усилий к удар ному взаимодействию торцов штоков с соприкасающим ся с ними опорными дисками, чти снижает срок службы упругих элементов и эффективность Гсшения колебаний. На месте установки демпфера в колонне штанг созаются большие гидравлические потеи, что осложняет работу установки, jCoCeHHo при откачке высоковязких жидкостей. Цель изобретения - повышение эффективности гашения ударных и динамических нагрузок, продольных колебаний штанг и повышение срока службы упругих элементов. Указанная цель достигается тем, что демпфер скважинный штанговой колонны, включающей корпус, установленный в нем иток, 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 калиброванньоми каналами для связи полости с упругим элементом р 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 которо: о размещается дифференциальный проходной поршень 2, плоский кольцевой клапан 3 и полый шток 4. Кольцевой клапан. 3 самодействующий с калиброванными сквозными отверстиями 5, выполненными в осевом направлении, открывается и закрывается при изменении разности давлений по обе Стороны проходного поршня 2 и служит для демпфирования некоторой 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 Мсшой 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 клапане3 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 сечейия отверстия 8 поршня, благодаря чему осуществляется дросселирование сжатое жидкости в верхней рабочей камере Б при прямом ходе (при сжатии пружиньJ. Поршень 2 наворачивается на ступенчатый полый шток 4, заканчивающийся с нижней стороны резьбой для присоединения либо к штанге, либо непосредственно к плунжеру нассмза 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 штангаt Переводник 13 имеет -цилиндрическое углубление для размещения верхйего конца малой ступени поршня. Герметизация рабочих полостей достигаетсяманжетами 14 и уплотнительными кольцами круглого-сечения 15 - 17.

Демпфер скважинный штанговой колонны работает следующим образом. : За цикл работы насосной установки при. переходных процессах на штанговую колонну действуют больши-е пиковые динамическиенагрузки и, как следствие этого возникают продольные .колебания, которые являются одной из основных причин обрывов -штанг.

Демпфер продольных: колебаний устанавливается в нижней части штанговой 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, давлени$ жидкости, заключенной в верхней рабочей камере Б повышается, откры.ваётся кольцевой клапан 3, и жидкость череэ малые калиброванные отверстия 8 в нижней ступени поршня 2 продавливается в камеру В,- Дри этом демпфированиедостигается за счет дросселирования перетока жидкости через калиброванные отверстия 8 в нижней ступени поршня 2 при помощи частичноприкрываемого 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, за счет упругостиплавающего элемента 10.По достижении давления жидкости в упомянутой камере определенной величины проходное сеченир отверстия 8 в поршне 2 полностью открывается, и далее гашение продольных колебаний 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

и от частичного заедания его в.пути в искривленных, а также смещенными втулками в цилиндре. В то же время и нижней рабочей камере В проис- ходи накопл- ние сжимающейся жид костью энергии.Приобратном ходе ( при распрямлении пружины;) под действием -давления сжимаемой жидкости в нижней камере В и пружины 6 кольцевой клапан 3 закрывает проходные калиброванные отверстия 8 в поршне 2, в результате чего осуществляется дросселироваиие вытесняемой жидкости из нижней рабочей камеры В в верхш о Б через отверстия малого сечения в клапане 3, при Т ротекании 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 :Содах вверх 1и вниз головки балансира станка-качалки , осуществляется дифференциро ванно ступенчатым поршнем 2, снаблсенным снизу подпружиненным клапаном 3, а сверху упругим элементом 10 за счет дросселирования вытекающей жидкости череэ калнброванные отверстия -8 в поршне 2, и соответственно этому изменяется жесткостная характеристика демпфера fпри обжати и распрямлении жидкостной пружины7.

Обеспечение постоянства заданной характеристики и требуемой жесткост 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 В н В гидравлически связана с откачиваемой жидкостью через отверстия 9 в верхней ступени поршня 2, что обеспчивает дополнительный отвод тепла в окружающую среду. К тому же в болшинстве случаях откачиваемая жидкос содержит газ, который, попадая чере гидравлический канал связи в рабочи камеры, улучшает упругую характеристику и степень обжатия демпфера,

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

i

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,