демпфирующая муфта

Формула изобретения

Демпфирующая муфта для скважинного оборудования, включающая цилиндрический корпус с отверстиями на боковой поверхности и поршневую систему с уплотнениями, отличающаяся тем, что цилиндрический корпус закрыт с торцев верхней и нижней крышками с цилиндрическими отверстиями по оси и с канавками в цилиндрических отверстиях, в которых размещены уплотнения, отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса расположены вблизи верхней и нижней крышек и вблизи и симметрично от центра цилиндрического корпуса, в качестве поршневой системы с уплотнениями внутри цилиндрического корпуса размещены с возможностью осевого перемещения и вращения верхний и нижний поршни с наклонными отверстиями, соединяющими пространство под и над поршнями, и с канавками на боковой поверхности, в которых размещены уплотнения, а также цилиндрические штоки нижнего и верхнего поршней, размещенные с возможностью осевого перемещения и вращения в цилиндрических отверстиях соответственно нижней и верхней крышек, при этом наклонные отверстия имеют диаметр на порядок меньший, чем отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса, а роль канала перетока жидкости выполняет скважинное пространство.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при демпфировании нагрузок, возникающих при работе станков-качалок и скважинного оборудования.

Известно устройство для добычи нефти электроцентробежными насосами, содержащее насос с электродвигателем, обратный и сливной клапаны, при этом обратный клапан снабжен демпфером с каналами и цилиндром, поршень цилиндра связан с тарелью обратного клапана, цилиндр сообщен с демпфером, поршень имеет возможность воздействия на жидкость при его перемещении в цилиндре со скоростью, пропорциональной скорости истечения жидкости из каналов демпфера (Патент РФ № 2187624, кл. Е 21 В 43/00, опубл. 20.08.2002).

Известное устройство обеспечивает повышение эффективности эксплуатации скважин электроцентробежными насосами, однако, для применения при эксплуатации скважин штанговыми глубинными насосами требует конструктивных доработок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стабилизатор давления, состоящий из корпуса с присоединительными муфтами, охватывающего с образованием расширительной камеры установленный коаксиально корпусу центральный трубопровод, сообщенный с насосно-компрессорной трубой. В средней части центрального трубопровода расположены пояса перфорационных отверстий. На наружной поверхности центрального трубопровода коаксиально ему установлен кольцеобразный поршень с уплотнительными прокладками. В конструкции предусмотрены ограничители хода поршня. Поршень разделяет расширительную камеру на полость, сообщенную с центральным трубопроводом через перфорацию, и полость, сообщенную через отверстие в корпусе с пространством между корпусом и обсадной трубой. Упругий подвес поршня выполнен в виде витой пружины. Пространство за упругим подвесом заполнено упругодемпфирующим материалом в виде колец из пористой резины (с покрытием из бензостойкой резины), надетых на центральный трубопровод. Упругий подвес может быть выполнен в виде пружинных трущихся колец или втулок с коническими торцами, установленных коаксиально на центральном трубопроводе и прижимаемых к его наружной поверхности пружиной спиралевидного типа. При возникновении положительной волны давления происходит дополнительное перетекание рабочей среды через перфорацию в полость расширительной камеры перед поршнем. Под действием возрастающего давления поршень перемещается, сжимая пружину и резиновые кольца. Таким образом обеспечивается упругое демпфирование колебаний давления. Энергия колебаний рассеивается при прохождении рабочей среды через перфорацию, при трении уплотнительных колец поршня о стенки трубопровода и корпуса стабилизатора, при протекании рабочей среды через отверстие, при трении в зазорах колец (Заявка на изобретение № 93041967, кл. F 16 L 55/04, опубл. 20.05.1996 - прототип).

Использование заявляемого устройства позволяет улучшить демпфирующие и диссипативные свойства стабилизатора. При возникновении гидроудара, вызванного выключением глубинного скважинного насоса, и закрытии обратного клапана устройство демпфирует нагрузки и препятствует разрушению насосно-компрессорной трубы и корпуса насоса. Однако устройство не предотвращает обрыв и отворот штанг при эксплуатации штангового глубинного насоса.

В изобретении решается задача предотвращения обрыва и отворота штанг при эксплуатации штангового глубинного насоса.

Задача решается тем, что в демпфирующей муфте, включающей цилиндрический корпус с отверстиями на боковой поверхности и поршневую систему с уплотнениями, согласно изобретению цилиндрический корпус закрыт с торцев верхней и нижней крышками с цилиндрическими отверстиями по оси и с канавками в цилиндрических отверстиях, в которых размещены уплотнения, отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса расположены вблизи верхней и нижней крышек и вблизи и симметрично от центра цилиндрического корпуса, в качестве поршневой системы с уплотнениями внутри цилиндрического корпуса размещены с возможностью осевого перемещения и вращения верхний и нижний поршни с тонкими наклонными отверстиями, соединяющими пространство под и над поршнями, и с канавками на боковой поверхности, в которых размещены уплотнения, а также цилиндрические штоки нижнего и верхнего поршней, размещенные с возможностью осевого перемещения и вращения в цилиндрических отверстиях соответственно нижней и верхней крышки, при этом тонкие наклонные отверстия имеют диаметр на порядок меньший, чем отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса.

Признаками изобретения являются:

1. Цилиндрический корпус;

2. Отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса;

3. Поршневая система с уплотнениями;

4. Верхняя и нижняя крышки с цилиндрическими отверстиями по оси и с канавками в цилиндрических отверстиях, в которых размещены уплотнения;

5. Отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса вблизи верхней и нижней крышек и симметрично вблизи центра цилиндрического корпуса;

6. Внутри цилиндрического корпуса размещены с возможностью осевого перемещения и вращения верхний и нижний поршни с канавками на боковой поверхности, в которых размещены уплотнения;

7. То же с тонкими наклонными отверстиями, соединяющими пространство под и над поршнями;

8. Цилиндрические штоки нижнего и верхнего поршней, размещенные с возможностью осевого перемещения и вращения в цилиндрических отверстиях соответственно нижней и верхней крышки;

9. Тонкие наклонные отверстия имеют диаметр на порядок меньший, чем отверстия на боковой поверхности цилиндрического корпуса.

Признаки 1-3 являются общими с прототипом, признаки 4-9 являются отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения

При эксплуатации штанговых глубинных насосов нередко происходят обрывы или отвороты штанг. Основной причиной этого являются ударные знакопеременные нагрузки, возникающие в месте соединения колонны штанг и плунжера глубинного штангового насоса при перемене направления хода вверх и вниз. Известные устройства, соединяющие плунжер и колонну штанг, не позволяют в полной мере решить данную проблему. В предложенном устройстве решается задача предотвращения обрыва или отворота штанг при эксплуатации глубинного штангового насоса. Задача решается применением заявленной демпфирующей муфты.

На фиг.1 и 2 представлена демпфирующая муфта.

Демпфирующая муфта состоит из цилиндрического корпуса 1 с четырьмя отверстиями 2, 3, 4 и 5, размещенными на боковой поверхности. Цилиндрический корпус 1 закрыт с торцев верхней 6 и нижней крышками 7 с цилиндрическими отверстиями 8 по оси и с канавками 9, в которых размещены уплотнения 10. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещены верхний поршень 11 с цилиндрическим штоком 12 и нижний поршень 13 с цилиндрическим штоком 14. Верхний поршень 11 и нижний поршень 13 имеют на боковой поверхности канавки 15, в которых размещены уплотнения 16, и тонкие наклонные отверстия 17 и 18, соединяющие пространство соответственно под и над поршнями 11 и 13. Наклонные отверстия 17 и 18 имеют диаметр, на порядок меньший, чем отверстия 2, 3, 4 и 5. Отверстие 2 расположено вблизи верхней крышки 6, а отверстие 5 расположено вблизи нижней крышки 7. Отверстия 3 и 4 расположены вблизи и симметрично от центра цилиндрического корпуса 1. Штоки 12 и 14 проходят через цилиндрические отверстия 8 в верхней 6 и нижней крышке 7. Поршни 11 и 13 установлены в цилиндрическом корпусе 1 с возможностью перемещения вдоль оси цилиндрического корпуса 1 и вращения. Цилиндрические штоки 12 и 14 установлены в цилиндрических отверстиях 8 крышек 6 и 7 с возможностью перемещения вдоль оси цилиндрического корпуса 1 и вращения. К штоку 12 прикреплена колонна штанг станка-качалки (не показана), к штоку 14 прикреплен плунжер глубинного штангового насоса (не показан).

Демпфирующая муфта работает следующим образом.

Собирают демпфирующую муфту согласно фиг.1 и 2. Для предотвращения нежелательных перетоков в канавках 9 размещают уплотнения 10, в канавках 15 размещают уплотнения 16. Шток 12 соединяют с колонной штанг станка-качалки, а к штоку 14 прикрепляют плунжер глубинного штангового насоса. Глубинный штанговый насос с плунжером, демпфирующую муфту и штанги размещают в колонне насосно-компрессорных труб в нефтедобывающей скважине под уровнем жидкости. Штанги на устье скважины соединяют со станком-качалкой.

Демпфирующая муфта при верхнем положении станка-качалки показана на фиг.1, где верхний поршень 11 находятся у верхней крышки 6, а нижний поршень 13 - у нижней крышки 7. Отверстие 2 перекрыто верхним поршнем 11, отверстие 5 перекрыто нижним поршнем 13. При ходе станка-качалки вниз колонна штанг давит на шток 12 и верхний поршень 11. Жидкость из-под верхнего поршня 11 по тонкому отверстию 17 медленно поступает в пространство между верхним поршнем 11 и верхней цилиндрической крышкой 6, т.е. в пространство над верхним поршнем 11. Верхний поршень 11 начинает двигаться вниз. Поскольку отверстие 17 выполнено тонким и наклонным, то жидкость не сразу заполняет пространство над верхним поршнем 11. Над верхним поршнем 11 создается небольшое разрежение, которое заставляет двигаться вниз цилиндрический корпус 1. Цилиндрический корпус 1 начинает движение вниз с запаздыванием относительно движения верхнего поршня 11 и с меньшей скоростью. Вследствие инерционности плунжера глубинного штангового насоса шток 14 и нижний поршень 13 создают сопротивление движению вниз. При движении вниз цилиндрического корпуса 1 под нижним поршнем 13 создается небольшое разрежение, которое заставляет перетекать жидкость по отверстию 18 из пространства над нижним поршнем 13 под нижний поршень 13. Поскольку отверстие 18 выполнено тонким и наклонным, то жидкость не сразу заполняет пространство под нижним поршнем 13. Под нижним поршнем 13 создается небольшое разрежение, которое заставляет двигаться вниз нижний поршень 13, шток 14 и связанный с ним плунжер глубинного штангового насоса. Происходит первый этап демпфирования нагрузок и ликвидируются ударные нагрузки. После прохождения верхним поршнем 11 отверстия 2 и нижним поршнем 13 отверстия 5 жидкость начинает перетекать по скважинному пространству из пространства над поршнями 11 и 13 в пространство под поршнями 11 и 13. Скважинное пространство выполняет роль канала перетока жидкости. В этот момент происходит опускание в нижнее положение штока 14 и связанного с ним плунжера глубинного штангового насоса. Происходит второй этап демпфирования нагрузок. После перехода штока 14 и связанного с ним плунжера глубинного штангового насоса в нижнее положение происходит дальнейшее движение вниз поршней 11 и 13 до перекрытия отверстий 3 и 4. После перекрытия отверстий 3 и 4 скорость сближения поршней 11 и 13 снижается за счет прекращения перетока жидкости через отверстия 3 и 4 и наличия перетока только по тонким наклонным отверстиям 17 и 18. При этом происходит третий этап демпфирования. Демпфируются нагрузки, связанные с остановкой движения вниз колонны штанг, штока 12, поршней 11 и 13, штока 14 и плунжера глубинного штангового насоса. Верхний поршень 11 подходит к нижнему поршню 13.

Демпфирующая муфта при нижнем положении станка-качалки показана на фиг.2, где верхний поршень 11 находится у нижнего поршня 13. При ходе станка-качалки вверх штанги тянут вверх шток 12 и верхний поршень 11. Жидкость из пространства над верхним поршнем 11 через отверстия 2 и 5 и скважинное пространство перетекает под поршень 13. При движении поршней 11 и 13 вверх открывается отверстие 3 и скважинная жидкость заполняет пространство между поршнями 11 и 13, а при дальнейшем движении цилиндрического корпуса 1 вверх и отставании нижнего поршня 13 открывается отверстие 4. Происходит первый этап демпфирования при ходе вверх. Поршни 11 и 13 расходятся и перекрывают отверстия 2 и 5. Далее движение поршней 11 и 13 замедляется вследствие перетока жидкости по тонкому наклонному отверстию 17 верхнего поршня 11 в пространство над поршнем 11 и по тонкому наклонному отверстию 18 нижнего поршня 13 в пространство под нижним поршнем 13. Происходит второй этап демпфирования при ходе вверх. Ликвидируются ударные нагрузки при касании поршнями 11 и 13 верхней цилиндрической крышки 6 и нижней цилиндрической крышки 7.

Таким образом, демпфирующая муфта обеспечивает демпфирование ударных нагрузок, являющихся причиной обрыва штанг при эксплуатации штангового глубинного насоса.

Поскольку конструкция муфты предопределяет возможность проворота поршней 11 и 13 относительно цилиндрического корпуса 1 и штоков 12 и 14 относительно верхней 6 и нижней крышек 7, то исключается передача крутящих нагрузок от штангового глубинного насоса на штанги, т.е. исключается опасность отворота штанг при эксплуатации штангового глубинного насоса.

Предложенная демпфирующая муфта симметрична, поэтому верх и низ муфты можно менять местами без опасения за демпфирующие свойства муфты.

Применение предложенной демпфирующей муфты позволит предотвратить обрыв и отворот штанг при эксплуатации штангового глубинного насоса.