КОМПЕНСАТОР ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ШТАНГ

Разработка относится к технике для добычи нефти при эксплуатации скважин штанговыми глубиннонасосными установками.
Известен компенсатор динамических нагрузок штанг (аналог - см. а.с. 712490, кл. Е 21 В 43/00, СССР), содержащий размещенные в колонне насосно-компрессорных труб цилиндр с хвостовиком и плунжер со штоком, находящиеся в составе колонны насосных штанг.
Известен компенсатор динамических нагрузок штанг (аналог - см. свидетельство на полезную модель 7443, кл. Е 21 В 43/00, РФ), содержащий размещенные в колонне насосно-компрессорных труб цилиндр с хвостовиком и плунжер со штоком, находящиеся в составе колонны насосных штанг, связанной со штанговым насосом.
Известен компенсатор динамических нагрузок штанг (прототип - см. свидетельство на полезную модель 8729, кл. Е 21 В 43/00, РФ), содержащий размещенные в колонне насосно-компрессорных труб цилиндр с хвостовиком и плунжер со штоком, находящиеся в составе колонны насосных штанг, связанной со штанговым насосом.
Недостатком этих устройств является их слабая работоспособность в жидкостях с большими и малыми вязкостями, а также в связи с заклиниванием плунжерной пары при работе в скважинах с высоким содержанием мехпримесей.
Цель разработки - повышение надежности и долговечности.
Указанная цель достигается тем, что в предложенном компенсаторе динамических нагрузок штанг (фиг.1), содержащем размещенные в колонне насосно-компрессорных труб цилиндр с хвостовиком и плунжер со штоком, находящиеся в составе колонны насосных штанг, связанной со штанговым насосом, плунжер размещен в цилиндре с зазором от 7 микрон до 2 мм, а шток размещен в хвостовике с зазором от  3 микрон до 0,5 мм (фиг.2). Величины зазоров подбираются в зависимости от вязкости и степени загрязненности жидкости.
Наличие, по крайней мере, на одном из концов плунжера фаски или конуса (фиг.3) усиливает надежность компенсатора при работе в скважинах с содержанием крупных фракций в мехпримесях.
Наличие, по крайней мере, на одном из концов плунжера фаски или конуса при ответном исполнении поверхности цилиндра (фиг.4) позволяет увеличить надежность компенсатора при работе в скважинах с маловязкой жидкостью.
Наличие в теле плунжера сквозного канала, гидравлически сообщающего полости цилиндра, разделенные плунжером (фиг.5), а также наличие в нем перепускного клапана (фиг.6) усиливают демпфирующий эффект в начальных точках циклов.
Наличие кольцевой канавки на внутренней поверхности хотя бы одного из концов цилиндра (фиг.7) снижает отрицательное влияние температурных и механических деформаций устройства.
Наличие в теле цилиндра одного или нескольких сквозных отверстий (или щели), гидравлически сообщающих полость цилиндра с полостью насосно-компрессорных труб (фиг.8) позволяет повысить работоспособность устройства при работе в скважинах с повышенной вязкостью. Сечение отверстия подбирается в зависимости от вязкости жидкости.
На фиг.1 схематично изображена компоновка компенсатора динамических нагрузок штанг в скважине. Компенсатор динамических нагрузок штанг 1, в составе колонны насосных штанг 2, связанной со штанговым насосом 3 размещен в колонне насосно-компрессорных труб 4.
Собственно компенсатор динамических нагрузок штанг 1 состоит (фиг.2) из цилиндра 5 с хвостовиком 6 и плунжера 7 со штоком 8. На концах компенсатора выполнены штанговые резьбы - внутренняя и наружная - для соединения со штангами штанговой колонны.
На фиг.3 изображена модификация компенсатора с выполненной на конце плунжера фаской 9.
На фиг.4 изображена модификация компенсатора с выполненными на концах плунжера конусами 10 и ответными поверхностями 11 в цилиндре.
На фиг.5 изображена модификация компенсатора с выполненным в теле плунжера продольным сквозным каналом 12.
На фиг.6 изображена модификация компенсатора с выполненным в теле плунжера продольным сквозным каналом 12, в котором размещен перепускной клапан 13.
На фиг.7 изображена модификация компенсатора с выполненной на внутренней поверхности конца цилиндра кольцевой канавкой 14.
На фиг.8 изображена модификация компенсатора с выполненным в теле цилиндра сквозным отверстием 15.
Компенсатор работает следующим образом.
После спуска компенсатора в скважину к колонне штанг 2 прикладывают знакопеременные усилия, приводящие ее в возвратно-поступательное движение. При ходе колонны штанг 2 вверх (фиг.1) на компенсатор 1 действуют растягивающие усилия и плунжер 7 компенсатора (фиг.2) стремится в крайнее нижнее положение. Жидкость из-под плунжера 7 через зазор в плунжерной паре компенсатора ввиду высокого давления вытесняется из нижней полости цилиндра 5 в верхнюю полость. При ходе колонны штанг 2 вниз (фиг.1) на компенсатор 1 действуют сжимающие усилия и плунжер 7 компенсатора (фиг.2) стремится в крайнее верхнее положение. Жидкость ввиду высокого давления вытесняется через зазор между цилиндром 5 и плунжером 7 компенсатора из нижней полости цилиндра в верхнюю полость. Как при ходе вверх, так и при ходе вниз, в полости цилиндра 5 жидкость частично замещается через зазор между хвостовиком 6 и штоком 8, что позволяет вымывать из полости цилиндра возможные продукты износа и мехпримеси и, соответственно, продлить жизненный цикл компенсатора.
На одном из концов плунжера 7 может быть выполнена фаска 9 или конус (фиг.3), что позволяет увеличить надежность компенсатора при работе в скважинах с содержанием крупных фракций в мехпримесях благодаря исключению условий принудительного попадания мехпримесей в зазор между цилиндром 5 и плунжером 7.
На одном из концов плунжера 7 может быть выполнен конус 10 или фаска, а внутри цилиндра изготовлена ответная поверхность 11 (фиг.4). Это позволяет увеличить надежность
компенсатора при работе в скважинах с маловязкой жидкостью в связи с улучшением демпфирующих свойств компенсатора в конечных точках цикла.
В теле плунжера 7 может быть выполнен сквозной канал 12, гидравлически сообщающий полости цилиндра, разделенные плунжером (фиг.5) В канале 12 может быть размещен перепускной клапан 13 (фиг.6), что усиливает демпфирующий эффект в начальных точках циклов при работе в жидкости с повышенной вязкостью.
На внутренней поверхности хотя бы одного из концов цилиндра (фиг.7) может быть выполнена кольцевая канавка 14, обеспечивающая снижение отрицательного влияния температурных и механических деформаций и, как результат, - отсутствие заклинивания плунжера 7 в цилиндре 5 при работе устройства.
Тело цилиндра 5 может содержать одно или несколько сквозных отверстий 15 (или щели), гидравлически сообщающих полость цилиндра с полостью насосно-компрессорных труб (фиг.8), что позволяет повысить работоспособность устройства при работе в скважинах с аномально повышенной вязкостью. Сечение отверстий подбирается в зависимости от величины вязкости жидкости.
Использование полезной модели позволяет повысить эффективность эксплуатации скважин, оборудованных штанговыми глубиннонасосными установками. Результатом использования предложения является выравнивание динамических нагрузок на колонну штанг и, как следствие, увеличение ее долговечности как при обычных, так и при экстремальных условиях эксплуатации.
На день подачи заявки проводятся испытания различных модификаций предложенного компенсатора при различных условиях. Обрывов и отворотов штанг, а также отказов опытных образцов компенсаторов не было.
Максимальная потребность в таких компенсаторах для нефтяной отрасли России составляет 30 тысяч штук, средний экономический эффект от применения одного компенсатора около 25 тыс. рублей в год. Таким образом, при использовании предложенного компенсатора в нефтяной отрасли промышленности, максимальный годовой экономический эффект составляет 750 млн. рублей в год.