СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ПЛУНЖЕРНОГО ЛИФТА В ВЕРТИКАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ КОЛОННАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГАЗА

Полезная модель относится к технике для исследования работы плунжерного лифта, например, процессов добычи газа в нефтегазовой отрасли, связанной с изучением процессов движения плунжера в вертикальных и наклонных колоннах.
Из уровня техники известен плунжерный лифт, описанный в патенте РФ на изобретение №2324047, кл. Е21В 43/00, 10.05.2008. Известный плунжерный лифт содержит эксплуатационную колонну, в которой размещена лифтовая колонна труб. Внутри лифтовой колонны труб располагаются: циркуляционный клапан, пакер, хвостовик, нижний ограничитель хода плунжера. На устье скважины размещен верхний ограничитель хода плунжера, закрепленный в буферном фланце фонтанной арматуры скважины. Между верхним и нижним ограничителями хода плунжера расположен плунжер, состоящий из шара и трубчатого корпуса. Известный плунжерный лифт не обеспечивает возможность количественно оценить работу лифта, измерить ударные нагрузки в моменты ударов о нижний ограничитель при падении шара и корпуса плунжера.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является плунжерный лифт, известный из патента РФ на изобретение №2318989, кл. Е21В 43/00, 10.03.2008. В состав известного плунжерного лифта входят: лифтовая колонна, внутри которой размещены: нижний амортизатор, верхний амортизатор с консольно закрепленным штоком, крестовина или тройник, плунжер, представляющий собой трубчатый корпус с клапаном в виде шара. Наружный диаметр средней части штока больше диаметра нижней его части. Верхняя часть штока выполнена с приливом-утолщением, верхний торец которого расположен перпендикулярно оси штока. В известном плунжерном лифте не предусмотрена возможность оценки работы оборудования лифта, а именно, он не позволяет снять или измерить ударные нагрузки в моменты удара шара и корпуса плунжера о нижний ограничитель хода плунжера.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании стенда, позволяющего производить измерения ударных нагрузок плунжера для дальнейшего выбора и внесения изменения в конструкцию и его свойства.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в возможности проведения измерений ударной нагрузки во время удара элементов плунжера о нижний ограничитель хода плунжера для дальнейшего выбора и модернизации конструкции элементов плунжера и его свойств (масса, объем, эластичность и т.п.).
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в создании стенда для исследования работы плунжерного лифта в вертикальных и наклонных колоннах с использованием газа.
Технический результат предлагаемой полезной модели на стенд для исследования работы плунжерного лифта достигается за счет того, что в нем содержится лифтовая колонна труб, внутри которой размещены плунжер, представляющий собой корпус с клапаном в виде шара, верхний и нижний ограничители хода плунжера установлены соответственно в верхней и нижней частях лифтовой колонны труб. Причем лифтовая колонна труб установлена с возможностью изменения наклона ее оси. В нижней части стенда между лифтовой колонной труб и нижним ограничителем хода плунжера имеется зазор. В верхнем и нижнем ограничителях хода плунжера выполнены сквозные отверстия, предназначенные для циркуляции воздуха. В верхней части лифтовой колонны труб непосредственно над верхним ограничителем хода плунжера размещен энергоблок, предназначенный для создания условий всасывания воздуха из атмосферы внутрь лифтовой колонны труб. К нижнему ограничителю хода плунжера подсоединен измеритель ударных нагрузок, предназначенный для передачи измеренных параметров в блок обработки информации.
Дополнительно в предлагаемом стенде лифтовая колонна труб выполнена из прозрачного материала.
В скважине максимальные ударные нагрузки возникают во время удара элементов плунжера о нижний ограничитель хода плунжера (скорость падения значительно превышает скорость его подъема потоком газа). При наличии жидкости у нижнего ограничителя хода плунжера при падении элементов плунжера имеющийся столб жидкости «гасит» удар и ударная нагрузка, приходящаяся на нижний ограничитель, уменьшается, поэтому для определения предельных ударных нагрузок целесообразно производить замеры ударных нагрузок без наличия жидкости.
Стенд для исследования работы плунжерного лифта в вертикальных и наклонных колоннах с использованием газа схематично представлен на чертеже. В состав стенда входят:
- лифтовая колонна труб (1), устанавливаемая в вертикальном или наклонном положении;
- сверху и снизу лифтовой колонны труб расположены верхний (2) и нижний (3) ограничители хода плунжера с отверстиями (4) и (5) в корпусе, через которые производится циркуляция воздуха;
- в верхней части лифтовой колонны труб непосредственно над верхним ограничителем хода плунжера (2) размещен энергоблок (6), предназначенный с помощью турбины создавать условия всасывания воздуха;
- корпус (7) и шар (8) плунжера;
- в нижней части лифтовой колонны труб между корпусом нижнего ограничителя хода плунжера и лифтовой колонной труб имеется зазор (9), предназначенный для всасывания воздуха из атмосферы;
- к нижнему ограничителю хода плунжера подсоединен измеритель ударных нагрузок (10), который передает полученные данные в блок обработки информации (11).
Работа стенда осуществляется следующим образом.
В лифтовую колонну труб (1) закладывается испытуемый плунжер, состоящий из шара (8) и корпуса (7). Затем устанавливаются нижний (3) и верхний (2) ограничители хода плунжера. К нижнему ограничителю хода плунжера (3) подключается измеритель ударных нагрузок (10), который, в свою очередь, соединяется с блоком обработки информации (11). На верхний ограничитель хода плунжера (2) крепится энергоблок (6).
Затем осуществляют включение энергоблока (6) и регулируют расход воздуха, задавая необходимый режим работы плунжерного лифта, например, скорость подъема и спуска. При этом измеритель ударных нагрузок (10) обеспечивает фиксацию ударных нагрузок и передачу данных в блок обработки информации (11). После этого можно изменять расход воздуха и снова осуществлять фиксацию ударных нагрузок о поверхность нижнего ограничителя хода плунжера.
Турбина, находящаяся в энергоблоке (6), всасывает воздух, потоком которого втягивается внутрь лифтовой колонны труб корпус плунжера и шар за счет всасывающего усилия, создаваемого в колонне. Газ, поступающий из атмосферы при помощи турбины энергоблока (6) через зазор (9) между лифтовой колонной труб (1) и нижним ограничителем хода плунжера (3), и отверстие (5) в корпусе нижнего ограничителя (3) поднимает плунжер вверх. При достижении верхнего ограничителя (2) хода плунжера, корпус (7) плунжера и шар (8) разделяются и падают вниз, ударяясь о нижний ограничитель хода плунжера (3). При этом воздух выходит через отверстия (4) в верхнем ограничителе хода плунжера (2) и выбрасывается через верхнюю часть энергоблока (6). За счет большей массы под действием силы тяжести шар (8) падает вниз быстрее, чем корпус плунжера (7). На нижнем ограничителе хода плунжера (3) корпус плунжера (7) и шар (8) соединяются, и плунжер поднимается вверх к верхнему ограничителю хода плунжера (2). Таким образом, в стенде происходят циклы подъема и падения плунжеpa. При этом во время соударения шара (8) и корпуса (7) о нижний ограничитель хода плунжера (3) измеритель (10) осуществляет измерение ударных нагрузок, значения которых передаются в блок обработки информации (11). За счет зазора (9) в нижней части между лифтовой колонной труб (1) и нижним ограничителем хода плунжера (3) обеспечиваются условия, когда весь удар воспринимается измерителем ударных нагрузок (10), и часть ударной нагрузки не передается на стенку лифтовой колонны труб (1).
Для замера ударных нагрузок могут использоваться тензометрические датчики (тензодатчики). Тензодатчик - измерительный преобразователь деформации твердого тела, вызываемой механическими напряжениями, в сигнал (обычно электрический), предназначенный для последующей передачи, преобразования и регистрации.
Энергоблок приводит в действие турбину, создавая вращательное усилие. Энергоблок (6) может содержать несколько турбин, расположенных вдоль вращающегося вала на расстоянии друг от друга. При этом турбины могут быть соединены друг с другом, совершая совместное вращение или независимое вращение. Эти турбины могут быть расположены по существу симметрично по отношению друг к другу, а также могут быть выполнены в виде пары турбин.
Установленное в блоке обработки информации программное обеспечение позволяет задавать интервалы между опросами измерителя ударных нагрузок (10) и необходимое количество снимаемых измерений. Также с помощью блока обработки информации можно задать общее время опроса измерителя ударных нагрузок (10). Затем с помощью программного обеспечения блок обработки информации переводит измеритель ударных нагрузок (10) в режим измерения и производит опрос измерителя ударных нагрузок (10), осуществляя запись полученных данных в память блока обработки информации. Блок обработки информации с установленным в нем программным обеспечением позволяет в режиме реального времени осуществлять на экране монитора графические построения и наблюдения за происходящим экспериментом. Блок обработки информации может быть выполнен на базе персонального компьютера.
После проведения эксперимента энергоблок (6) выключают. Затем снимают нижний ограничитель хода плунжера (3) и вынимают корпус плунжера (7) с шаром (8). При необходимости в лифтовую колонну труб можно установить другой тип плунжера, после чего вновь необходимо установить нижний ограничитель хода плунжера (3) и повторить испытания.