Динамометр для регистрации усилий в колонне штанг Советский патент 1980 года по МПК E21B43/00 

i

Изобретение относится к технике исследования работы штанговых глубинно-насосных установок в процессе их эксплуатации.

Известны гидравлические дина.мографы, которые включаются в узлы канатной подвески колонны штанг. Указанные динамографы включают в себя силоизмерительное устройство и самописец. Силоизмерительное устройство включается между траверсами узла канатной подвески штанг и состоит из двух рычагов, в верхнийиз которых встроена гидравлическая .мессдоза. Усилия, деист вующие в полированном штоке колонны штанг, воспринимаются мессдозо.ч, преобразуются в ней в давление жидкости, которое передается на самописец, где записывается в виде динамограммы 1.

Однако гидравлические динамографы могут быть установлены для регистрации усилий только в наземной части колонны штанг (в районе канатной подвески и полированнаго штока), в то вре.мя как для правильного подбора колонны штанг необходимо знать величину и характер осевых нагрузок (растя1-иваюшие или сжимающие).

действующих на всей длине колонны штанг.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является динамограф для регистрации усилий в колонне штанг, содержащий корпус, жестко связанный с колонной штанг, измерительный поршень, расположенный в измерительной полости, рабочий поршень, жестко связанный с тягой и регистрирующий блок 2 .

Однако известный динамограф позволяет фиксировать усилия в колонне штанг только в течение очень короткого, периода времени, иока ведется запись диаграммы. Диаграмма записывается за один двойной ход колонны штанг, что но времени составляет не более полминуты. С учетом того, что для контроля записывают несколько диаграмм, не более 5 штук (они накладываются при записи одна на другую), время регистрации усилий в колонне штанг известным дина.мографом составляет всего 2-3 мин.

После этого колонна штанг должна разбираться для подъема динамографа на поверхность. Это приводит к непроизводитепьным затратам времени на монтаж и демонтаж колонны штанг. Кроме того, нескольку срок непрерывной эксплуатации колонны штанг значительно больше времени исследований, не исключена возможность воздействия на колонну штанг нагрузок, значительно гфевышающих нагрузки, зафиксированные динамографом.

Цель изобретения - повышение точности из.мерения за счет увеличения нериода регистрации усилий в колонне штанг.

Поставленная цель достигается тем, что динамометр снабжен приспособлением для фиксации тяги, пружиной и обратноьм клаианом установленным в измерительной полости, причем тяга подпружинена и размещена внутри корпуса, а фиксируюидее припособление выполнено в виде входящих в зацепление друг с другом колец со скошенными контактирующими поверхностями, которые закреплены на тяге и корпусе.

Благодаря тому, что любое осевое уси;1ие в колонне штанг, превьнпаюпхее величину предыдугцей нагрузки, через упругие элсMCHTtii и тягу передается в регистрирующий блок заявляемого устройства, где фиксируется положением пустотелого щтока сдвоенного поршня, а при отсутствии такого усилия взаимодействие разрезных тружинных колец тяги и фиксирующих колец корпуса обеспечивает работу динамометра в колонне идентично жесткой штанг-е, достигается совмещение непрерывной эксплуатации колонны штанг в течение дл;ггельного периода времени с одновременной регистрацией максимального усилия в коло}П1е нгтанг за этот же период.

На фиг. I изображен предлагаемь-ш динамометр, продольный разрез; на фиг. 2 и 3 - узел 1 фиг. 1.

Динамометр включает, сборный корпус 1, жестко связанный однк.м концо.м с колонной штанг, тягу 2, один конец которой кестко связан с колонной О1танг, а другой введен концентрич-но внутрь корпуса 1 и динамометра со свободного его конца. Динамометр содержит также упругие элементы 3, расположенные между выступами корпуса 1 и выступами тяги 2. Комплект упругих эле.ментов 3 с обоих торцов снабжен опорными кольцами 4. На введенном в корпус конце тяги 2 установлены фиксированные в осевом направлении разрезные пружинные кольца 5, которые взаимодействуют с фиксирующими кольцами 6, жестко связанными с корпусом 1 динамометра. Кольца 5 и 6 имеют скощенные контактирующие поверхности. Динамометр содержит также поршень 7 и измерительный сдвоенный норшень 8, взаимодействующие между собой через жидкость полости А. Диаметр едвоенного норпгня 8 выполняется меньше диаметра поршня 7, жестко связан с тягой 2.

Сдвоенный поршень 8 расположен в двух полостях Б и В, соединенных между собой через пустотелый шток 9, снабженный обратным клапаном 10. На поверхности пустотелого штока 9 нанесена измерительная шкала. Снятие отсчета осуществляется через визирное окно I1.

Динамометр работает следующи.м образом.

При появлении в колонне штанг, например, сжимающих усилий (с.м. фиг. 1 и 2) тяга 2 перемещается внутрь корпуса 1 динамометра. Эта нагрузка полностью воспринимается упругими элементами 3. При этом разрезные пружинные кольца 5 тяги проскальзывают косыми срезами в данном направлении по скощенным поверхностям фиксирующих колец 6 корпуса, а порщень 7, жестко связанный с тягой 2, через жидкость полости . перемещает в этом же направлении сдвоеш1ый порщень 8. Так как диаметр сдвоенного поршня 8 меньше диа.метра основного nopHJHH 7, то величина перемещения сдвоенного норгння 8 больше величины перемещения тяги 2, что обеспечивает достаточную точность измерения усилий. При перемещении сдвоенного поршня 8 жидкость из полости Б через пустотелый шток 9 и обратный клапан 10 вытесняется в полость В.

При уменьшении внепшей нагрузки упругие элементы 3 перемещают тягу 2 в обратном направлении до тех пор, пока торцы разрезных пружинных колец 5 и ближайших к 15им фиксирующих колец 6 не вступят в соприкосновение, после чего т.яга 2 жестко фиксируется в осевом направлении. Величина такого перемещения не превыщает толпгину одного кольца 5 или 6. Благодаря наличию обратного клапана 0 положение сдвоенного поршня 8 нри этом не изменится. С этого момента динамометр работает в колонне плтанг идентично жесткой штанге до тех пор, пока внешняя нагрузка на колонну щтанг не превысит по ве тичине ранее приложенную. В этих елучаях рабочий цикл дина.мометра повторяется, т. е. происходит дальнейщее перемещение тяги 2 и соответственно сдвоенного 8 внутрь корпуса 1. Таким образо.м, положение сдвоенного поршня 8 соответствует величине максимального усилия, действовавшего на колонну цгганг за все время ее работы. Снятие отсчета производят через визирное окно И при подъеме колонны штанг на поверхность, напри.мер, во время проведения планово-нредупредит льного ремонта щтанговых насосов.

В динамометре, предназначенном для регистрации растягивающих усилий (см. фиг. 1 и 3), при появлении нагрузки тяга 2 пере.мешается не внутрь корпуса, а наоборот. Кольца 5 и 6 при этом устанавливаются

косыми срезами в соответствующую сторону. Поршень 7 размещен в полости Г, жидкость из которой вытесняется в полость А через отверстие штока 12 и трубку 13, перемещая сдвоенный поршень 8. В остальном работа динамометра данной конструкции аналогична работе динамометра, предназначенного для регистрации сжимающих усилий.

По сравнению с известным в настоящее время динамографом для регистрации усилий в колонне щтанг предлагаемый динамометр позволяет увеличить период регистрации усилий в колонне штанг не менее, чем в 100 тысяч раз (200 суток вместо 2 мин).

Увеличение периода регистрации усилий позволяет в свою очередь выявить фактически действующие на колонну штанг максимальные усилия, избежать затрат на монтаж и демонтаж колонны для проведения исследований и исключить непроизводительные простои скважины во время проведения исследований, которые при использовании известных глубинных устройств составляют в среднем одни сутки.

Положительный эффект и его экономическая значимость при использовании заявляемого динамометра будут складываться из следующих показателей:

Установление величины фактически действующих на колонну штанг максимальных нагрузок позволяет более точно выбрать оптимальные параметры колонны штанг, что только за этот счет даст возможность снизить обрывность штанг в 2-2,5 раза. При обрывности щтанг 2 раза в год на скважинах глубиной до 1000 м экономия на одну скважину в год может составить не менее одной тысячи рублей.

Исключение затрат на монтаж и демонтаж колонны штанг для проведения исследований по определению усилий в колонне штанг и ликвидация непроизводительных простоев скважины на эти цели позволяет сэкономить в год на одну скважину порядка 400 рублей.

10

Формула изобретения

Динамометр для регистрации усилий в колонне штанг, содержащий корпус, жестко связанный с колонной штанг, измерительный поршень, расположенный в измерительной полости, рабочий поршень, жестко связанный с тягой и регистрирующий блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет увеличения периода регистрации усилий в колонне штанг,

он снабжен приспособлением для фиксации тяги, пружиной и обратным клапаном, установленным в измерительной полости, причем тяга подпружинена и размещена внутри корпуса, а фиксирующее приспособление

вьшолнено в виде входящих в зацепление друг с другом колец со скошенными контактирующими поверхностями, которые закреплены на тяге и корпусе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Справочник по добыче нефти. Т.И.М., Гостоптехиздат, 1959, с. 325-329.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 499397, кл. E2I В 19/08, 1972 (прототип).

В

. 2