Установка для исследования сил сопротивления движению колонны штанг в стволе скважины Советский патент 1986 года по МПК E21B43/00 F04B47/02 

1

Изобретение относится к добыче нефти, в частности к лабораторной измерительной технике для определения сил трения, возникающих между колонной штанг и колонной насосно-комп рессорных труб, а также для определения оптимального профиля скважины и исследования колебательных процессов в колонне пкганг и др.

Цель изобретения - обеспечение возможности исследования колонны штанг, оборудованной штанговым насосом.

На чертеже схематично представлена установка дли исследования сил сопротивления движению колонны штанг в стволе скважины.

Установка д.пя исследования сил сопротивления движению колонны штанг в стволе скважины смонтирована на монтажном 1ците 1 . Механизм 2 возвратно-поступательного движения связан со штоком 3 с помощью имитатора колонны штанг, выполненного в виде гибкой пружинной подвески, состоящей из грузов 4, npyTiCHH 5 и связи в ви- |Де проволоки б, проходящей внутри имитатора 7 скважины. На имитаторе колонны штанг расположены тензодат- чики 8, показания которых регистрируются с помощью самопишущего прибора 9.

Установка имеет два груза 10 и 11. Груз 10 связан штоком 3 с нижней частью гибкой пр5гжинной подвески, а груз 11 через направляющие ролики 12 связан со штифтом 13, установленным с возможностью горизонтального перемещения, причем свободный конец штифта 13 нагружает шток 3.

Имитация веса жидкости на плунжере насоса производится с помощью грузов 10 и 11, штифта 13 и штока 3. При ходе штока 3 вверх на шток действует вес груза 10 и сила трения штифта 13, прижатого к штоку 3 с помощью груза 11, т.е. эти силы при коде вверх складьшаются. При ходе штоке 3 вниз вес груза 10 способствует перемещению штока 3, а сила трения штифта 13 о шток 3 препятствует ему, поэтому сила трения штифта о шток вычитается из веса груза 10. Грузы 10 и 11 подбираются таким образом что сила трения штифта 13 о шток .3 равна весу груза 10, поэтому при ходе штока вниз сила трения штифта 13 о шток 3 компенсируется весом

098322

груза 10, тем самым обеспечивается разгрузка штанг от веса жидкости, как это происходит в реальных насосах после открывания нагнетательного

5 клапана в начале движения плунжера вниз. При ходе вверх сила, препятствующая движению штока, равна удвоенному весу груза 10. Вес груза 10 рассчитывается с учетом критерия подо- fO бия в зависимости от глубины моделируемой скважины и диаметра моделируемого насоса. Подбор груза Т1 производится по грузу 10 непосредственно на установке. 5 Скважинный штанговый насос в- реальных условиях создает определенное сопротивление F движению штанговой колонны, обусловленное весом столба откачиваемой жидкости и ди- 20 аметром насоса. Дпя хода вверх штанговой колоннЬ величина этого сопротивления

F(-p„)

25

а для хода вниз

с

a-Mf-f,,),

где

- давление веса столба жидкости. Па;

0

р„ i

i.rдавление на приеме насоса.

Па;

площадь сечения плунжера

насоса, см ,

площадь сечения штанг, см

5

i

Отношение к

F,

может служить

характеристикой насоса с точки зрения определения сопротивления движению колонны штанг при моделировании.

При использовании предложенной модели скважинного штангового насоса, подобные условия работы могут быть достигнуты при

50

гМ г с

г грн у

F г силы сопротивления движению штанговой колонны на модели при. движении ее соот - ветственно вверх

и вниз;

ртр коэффициент трения штифта 13 о шток 3.

Исходя из этого,

Vpio

г с. Ill

Гр(0 грН Гтр

Зная К

, выбирают соотношения грузов 10 и 11, удовлетворяющих этому условию.

Определение сил сопротивления движению имитатора колонны штанг в имитаторе 7 скважины производится с помощью графоаналитического вычитания показаний среднего датчика из показаний верхнего тензодатчика, которые непрерывно фиксируются самописцем 9. Перемещение штока 3 непрерывно записывается карандашом 14 на бумажной ленте 15 лентопротяжного механизма 16, это позволяет определять

209832, 4

отставание перемещения штока 3 от перемещения йозвратно-поступательно- го механизма 2, а также.потерю длины хода штока из-за колебательных про- 5 цессов, происходящих в имитаторе колонны штанг. Имитатор скважины выполнен в виде упругодеформируемой трубы, что позволяет придавать ему различную форму, моделируя искривленные

10 скважины. Достижение необходимой формы скважины обеспечивается перемещением модели насоса и лентопротяжного механизма.

Установка позволяет исследовать

15 влияние искривления оси ствола скважины и колебательных процессов на параметры работы в цепом и переносить полученные результаты на реальные. условия.

1г