Амортизатор штанговый, штанговая глубинная насосная установка с амортизатором и штанговая колонна насосной установки с амортизатором
Полезная модель относится к нефтяной промышленности. Штанговая глубинная насосная установка содержит привод глубинного плунжерного насоса, выполненный в виде станка-качалки, преобразующего вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение подвески, к которой прикреплена колонна соединенных между собой штанг, в которую встроен амортизатор, содержащий шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания со свободным концом штанги или подвески и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия указанных пружин. 3 ил.
Полезная модель относится к нефтяной промышленности, а именно к конструкциям соединений насосных штанг скважинных штанговых насосов, предназначенных для откачивания жидкости из нефтяных скважин.
Наиболее распространенный способ добычи нефти - применение штанговых скважинных насосных установок (ШГН). Дебит скважин, оборудованных ШГН, составляет от нескольких сотен килограммов до нескольких десятков тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких сотен метров до 2000 метров (в отдельных случаях до 3000 м).
В скважине, оборудованной ШГН, подача жидкости осуществляется глубинным плунжерным насосом, который приводится в действие с помощью специального привода (станка-качалки) посредством колонны штанг. Станок-качалка преобразует вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение подвески штанг.
Известна колонна штанг, состоящая из штанг конечной длины, соединенных между собой с помощью муфт [ГОСТ 13877-96 «Штанги насосные и муфты штанговые», Глава 4 «Конструкция, основные параметры и размеры», стр.3, 4, 5, рис.2, 3, копия прилагается].
Данное техническое решение принято в качестве прототипа для всех заявленных объектов.
Недостатками такой колонны являются ненадежность и недолговечность работы из-за разрушений муфт и штанг вследствие воздействия циклических нагрузок при возвратно поступательном движении колонны. Цикличность нагрузок обусловлена тем, что при движении вниз штанги воспринимают сжимающие нагрузки, вызванные сопротивлением перемещению в скважине, а при подъеме - растягивающие нагрузки. При этом при подъеме создается ситуация, когда привод качалки (штангового глубинного насоса) начинает поднимать штанги, а сами штанги в скважине на большой глубине еще находятся в режиме перемещения внутрь - вниз.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по ведению в колонну штанг амортизирующего устройства, гасящего за счет работы тарельчатых пружин пиковые нагрузки, что приводит к повышению долговечности и надежности насосной установки за счет снижения растягивающих напряжений в штанговой колонне при циклическом нагружении.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности работы глубинно-насосного оборудования, эксплуатационной надежности и долговечности штанг и муфт за счет снижения величины циклических напряжений, воздействующих на штанговую колонну, и снижения частоты обрыва штанг в наклонных и спиралевидных скважинах.
Указанный технический результат для первого объекта достигается тем, что амортизатор штанговый, установленный между двумя штангами, характеризуется тем, что содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания муфтой, связанной со свободным концом одной штанги и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, собранные в отдельные пакеты, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия пакетов тарельчатых пружин. При этом полость между корпусом и штоком может быть заполнена рабочей жидкостью, а шток может быть выполнен с поршнем, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть.
Указанный технический результат для второго объекта достигается тем, что штанговая глубинная насосная установка, содержащая привод глубинного плунжерного насоса, выполненный в виде станка-качалки, преобразующего вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение подвески, к которой прикреплена колонна соединенных между собой штанг, часть из которых расположена над землей, снабжена амортизатором, установленным между размещенными над землей двумя штангами или первой штангой и подвеской, который содержит шток, выполненный на одном конце с
возможностью свинчивания со свободным концом штанги или подвески и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия указанных пружин.
Указанный технический результат для третьего объекта достигается тем, что в штанговой колонне насосной установки, состоящей из штанг, связанных между собой муфтами и погруженных в скважину, между штангами по длине части колонны, расположенной в скважине, установлены дистантно расположенные относительно друг друга пружинные амортизаторы.
Для этого объекта пружинный амортизатор содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания муфтой, связанной со свободным концом одной штанги и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, собранные в отдельные пакеты, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия пакетов тарельчатых пружин.
В этом пружинном амортизаторе полость между корпусом и штоком может быть заполнена рабочей жидкостью, а шток может быть выполнен с поршнем, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - штанговый амортизатор, поперечный разрез;
фиг.2 - штанговая глубинная насосная установка;
фиг.3 - колонна штанг в скважине с амортизаторами.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается решение по замене жесткой штанговой колонны на упругую за счет установки нескольких амортизаторов по длине всей колонны.
Дополнительная ударная растягивающая нагрузка, (возникающая при изменении направления движения колонны) на жесткую штанговую колонну передается по всей длине колонны и воспринимается вся полностью всеми деталями. Дополнительная ударная растягивающая нагрузка при воздействии на упругую штанговую колонну, также передается по длине штанговой колонны, но, проходя через штанговые амортизаторы, уменьшается по величине и далее воспринимается штанговой колонной. Иначе говоря, дополнительная ударная растягивающая нагрузка, воздействующая на упругую штанговую колонну, уменьшается, проходя через амортизаторы, за счет снятия в последних пиковых моментов этой нагрузки.
Для решения поставленной задачи используется штанговый амортизатор 1 (фиг.1), который конструктивно состоит из пакетов тарельчатых пружин 2, закрепленных на теле штока 3, выполненном на одном конце с винтовой головкой 4 для возможности свинчивания с муфтой 5, связанной со свободным концом одной штанги 6. Шток 3 размещен в полости цилиндрообразного корпуса 7, выполненного с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги 8. Таким образом, шток размещен в полости корпуса 7 с возможностью перемещения относительно него и сжатия пакетов тарельчатых пружин. Для придания упругой характеристике сжатия пружин соответствующей плавности нарастания усилия или для обеспечения гашения в конце хода ударных нагрузок в амортизаторе полость между корпусом и штоком может быть заполнена рабочей жидкостью (масло), в этом случае шток 3 выполняется с поршнем 9, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие 10 для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть. Создание дополнительного гидравлического сопротивления обеспечивает изменение темпов гашения нагрузок за счет регулирования скорости перетекания масла при передвижении штока 3.
Амортизатор соединяется одним резьбовым концом с муфтой штанговой колонны, а другим резьбовым концом с штангой штанговой колонны.
При приложении ударной растягивающей нагрузки, шток 3 перемещается в корпусе 7, пакеты тарельчатых пружин 2 сжимаются. Происходит гашение пиковых нагрузок за счет упругой деформации этих пружин.
В штанговой глубинной насосной установке (фиг.2), которая содержит привод глубинного плунжерного насоса 11. Этот привод выполнен в виде станка-качалки 12, преобразующей вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение подвески 13, к которой прикреплена колонна соединенных между собой штанг, часть из которых расположена над землей. В такой установке пружинный амортизатор может быть установлен между размещенными над землей двумя штангами или первой штангой 8 и подвеской 13. Конструкция этого пружинного амортизатора соответствует описанию штангового амортизатора по фиг.1. На фиг.3 показана штанговая колонна насосной установки по фиг.2, состоящая из штанг 6 и 8, связанных между собой муфтами 5 и погруженных в скважину, при этом между штангами по длине части колонны, расположенной в скважине, установлены дистантно расположенные относительно друг друга пружинные амортизаторы 1 конструкции, соответствующей описанию штангового амортизатора по фиг.1. Пружинные амортизаторы устанавливают над участками штанг (над интервалами глубин), в которых по статистическим данным по разрыву этих штанг, соединенных в жесткую конструкцию (без амортизаторов) в данной скважине зафиксированы поломки не оснащенных указанными амортизаторами штанг.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть изготовлена с использованием машиностроительных технологий, который обычно применяются при изготовлении штанг и муфт для ШГН. Полезная модель позволяет существенно повысить долговечность колонны за счет исключения пиковых нагрузок при циклическом нагружении.
1. Амортизатор штанговый, установленный между двумя штангами, характеризующийся тем, что он содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания муфтой, связанной со свободным концом одной штанги и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, собранные в отдельные пакеты, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия пакетов тарельчатых пружин.
2. Амортизатор по п.1, отличающийся тем, что полость между корпусом и штоком заполнена рабочей жидкостью, а шток выполнен с поршнем, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть.
3. Штанговая глубинная насосная установка, содержащая привод глубинного плунжерного насоса, выполненный в виде станка-качалки, преобразующего вращательное движение электродвигателя в возвратно-поступательное движение подвески, к которой прикреплена колонна соединенных между собой штанг, часть из которых расположена над землей, отличающаяся тем, что она снабжена амортизатором, установленным между размещенными над землей двумя штангами или первой штангой и подвеской, который содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания со свободным концом штанги или подвески и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия указанных пружин.
4. Амортизатор по п.3, отличающийся тем, что полость между корпусом и штоком заполнена рабочей жидкостью, а шток выполнен с поршнем, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть.
5. Штанговая колонна насосной установки, состоящая из штанг, связанных между собой муфтами и погруженных в скважину, отличающаяся тем, что между штангами по длине части колонны, расположенной в скважине, установлены дистантно расположенные относительно друг друга пружинные амортизаторы.
6. Колонна по п.5, отличающаяся тем, что пружинный амортизатор содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания муфтой, связанной со свободным концом одной штанги и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, собранные в отдельные пакеты, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия пакетов тарельчатых пружин.
7. Колонна по п.5, отличающаяся тем, что пружинный амортизатор содержит шток, выполненный на одном конце с возможностью свинчивания муфтой, связанной со свободным концом одной штанги и на теле которого закреплены тарельчатые пружины, собранные в отдельные пакеты, и цилиндрообразный корпус, выполненный с возможностью свинчивания со свободным концом другой штанги и в полости которого установлен указанный шток с возможностью перемещения относительно корпуса и сжатия пакетов тарельчатых пружин, при этом полость между корпусом и штоком заполнена рабочей жидкостью, а шток выполнен с поршнем, в котором выполнено по крайней мере одно отверстие для перетекания жидкости из одной части полости в другую ее часть.
8. Колонна по п.5, отличающаяся тем, что пружинные амортизаторы устанавливают над интервалами глубин, в которых по статистическим данным по разрыву штанг в данной скважине зафиксированы поломки не оснащенных указанными амортизаторами штанг.
