Устройство для регулирования режима работы скважины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1795 51)5 Е 21 В ТЕНИЯ сследова- нефтяной АНИ улки с осевымерхней частиирование, тох нагрузок нащим образом,а сильфон соод действиемды. При этомполости переИзоб бываЮще ехнике дго регулиИэвес пус, узел ты, сильф известном ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВ ЯРЕЖИМА РАБОТЫ СКВАЖИНЫ(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может бытьиспользовано для запуска скважин и автоматического регулирования режимов их работы. Сущность изобретения: устройствовклЮчает полый корпус с входными и выходными каналами. В нижней части корпусаустановлено седло, В полости корпуса размещен шток с затвором на нижнем конце,Со штоком жестко связан сильфон, верхнимсвоим концом жестко связанный с корпусоми образующий с ним герметичную камеру,частично заполненную вязкой жидкостью, Всильфонной камере размещен узел демпфирования. Узел демпфирования выполнен ввиде дополнительного седла, с проходным етение относится к нефтегазодопромышленности, в частности, к обычи нефти и может быть примеапуска скважин и автоматическоования их режимов работы.тно устройство, содержащее,корзарядки, уплотнительные злеменон с демпфером, шток и затвор. В устройстве демпфирующий узел отверстием, размещенного в герметичной камере, разделяющего ее на две полости, дополнительного затвора, установленного с возможностью полного перекрытия проходного отверстия в крайнем верхнем положении штока,и связанной с седлом направляющей, выполненной в виде цилиндра с боковыми отверстиями, установленного концентрично на штоке, Устройствоснабжено поршневым кольцом, установленным концентрично на штоке с возможностью осевого перемещения относительно .него и разделяющим полость корпуса подсильфоном на две гидравлически не связанные между собой части, верхняя из которых заполнена вязкой жидкостью. Отверстия в направляющей выполнены в виде продоль ных прорезей, суммарная площадь которых не больше площади сечения проходного отверстия дополнительного седла, а дополни.тельный затвор установлен на штоке с возможностью ограниченного осевого пере. мещения относительно него и выполнен ввиде плунжера, Затвор выполнен в виде поршня со сферической верхней и нижней поверхностями и каналами, гидравлически связывающими входной канал с пространством над затвором, 2 ил. сильфона выполнен в виде в каналом, установленный в внутри штока, Здесь демп есть снижение динамически сильфон, происходит следую С момента открытия клапан штоком перемещается вверх на его площадь давления ср демпфирующая жидкость иэтекает в камеру азота через осевой демпфирующий канал втулки, эа счет чего создается дополнительное сопротивление перемещению штока, вследствие чего уменьшается сила ударов на сильфон, Недостатками известного демпфирующего узла являются следующие: проходное сечение осевого демпфирующего канала постоянно, то есть его величина не изменяется в зависимости от перемещения сильфона со штоком, из-за че,го динамические нагрузки на сильфон в полйой мере неисключаются, а это особенно отрицательно сказывается на работе силь- фона при более сжатом его состоянии; при полном открытии устройства полость демпфирующей жидкости не изолируется от камеры азота, вследствие чего с увеличением давления в среде во внешней полости сильфона, прижимается его боковая поверхность и продолжает перетекать демпфирующая жидкость из полости в камеру азота, и создает дополнительную динамическую нагрузку на сильфон, а это снижает надежность его работы,Также, известно устройство, включающее полый корпус с входными и выходными каналами, седло, установленное в нижней части корпуса; шток с затвором; сильфон, верхним своим концом жестко связанный с корпусом, а нижний - со штоком, образующий с корпусом герметичную камеру для сжатого газа, частично заполненную вязкой жиДкостью; узел демпфирования, выполненный в виде дополнительного седла с проходным отверстием, размещенного в герметичной камере, разделяющего ее на две полости; дополнительного затвора в виде шара, установленного с возможностью полного перекрытия проходного отверстия в крайнем верхнем положении штока и связанной с седлом направляющей, выполненной в виде цилиндра с боковыми отверстиями, установленного, концентрично на штоке. Зто устройство имеет следующие недостатки: шар в сильфонной камере размещен свободно, что не исключает преждевременной его посадки в седло (например, при возникновении мгновенного удара на шар через шток произойдет преждевременное закрытие проходного сечения седла с подъемом шара; вследствие этого сильфонная камера, заполненная демпфирующей жидкостью герметично закроется; что и ограничит ход затвора вверх, то есть уменьшит пропускную способность клапана, а также не исключена возможность гидравлического удара, приводящего к порыву .сильфона); проходные сечения канала в сильфонной камере в зависимости от хода штока вверх не изменяется из-за чего растет динамическая нагрузка на сильфон при импульсном перемещении затвора вверх, чтов свою очередь приводит к снижению срокаслужбы сильфонного элемента,5, Известные устройства, кроме названных,имеют следующие недостатки: наружная поверхность сильфона при эксплуатациискважины находится в контакте с рабочейсредой, вследствие чего происходит ее за"0 сорение, коррозия и прне позволяет регулировать давления в потоке жидкости науровне устройства, а значит и на забое скважины при изменении давления в системескважины, поскольку его пропускное сече 15 ние не изменяется,Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства приодновременном повышении надежностиего работы. Эффект от применения устрой 20 ства при запуске и эксплуатации скважины(в частности, газлифтных) получается эасчет уменьшения общее количество канатных работ эа счет сокращения порывовсильфонов и увеличения отбора нефти из-за25. сокращения ремонтных работ и поддержания заданного оптимального (рационального) забойного давления, а также от снижениятребования к материалу сильфона, а значити уменьшения стоимости устройства, Ожи 30 даемый удельный зкономический эффектсоставит на одну скважину не менее 6 тыс.руб.Указанная цель достигается следующими техническими решениями.35 Устройство снабжено поршневым кольцом, установленным концентрично на штоке с возможностью осевого перемещенияотносительного него и разделяющим полость корпуса под сильфоном на две гидрав 40 лически не связанные между собой части,верхняя из которых заполнена вязкой жидкостью. Этот признак позволяет изолировать наружную поверхность сильфона,контактирующую с вязкой жидкостью от ра 45 бочей среды, за счет чего исключается егозагрязнение, коррозия и пр, Причем давления под и над поршневым кольцом равнымежду собой, так как оно является подвижным,50 Отверстия в направляющейвыполненыв виде продольных прорезей, суммарнаяплощадь которых, не больше площади сечения проходного отверстия дополнительногоседла, а дополнительный затвор установлен55 на штоке с возможностью ограниченногоосевого перемещения относительно него, ивыполнен в виде плунжера, при этом шток сдополнительным затвором установлены свозможностью осевого перемещения относительно направляющей и плавного пере 1795086крытия ее продольных прорезей. За счет штока 7, причем внутри направляющего 10этого штуцирование демпфирующей (вяз- имеется седло 13, которое ограничиваеткой) жидкости происходит в продольных верхнее положение плунжера 12, На шток 7прорезях при любом перемещении плунже- насажено поршневое кольцо 14 с наружнымра в цилиндре (в противном случае, штуци 15 и внутренним 16 уплотнительными кольрование жидкости при перемещении цами, которое сверху образует с корпусом 1плунжера в цилиндре без выполнения дан- полость 17, заполненная вязкой буферной)ного условия, происходило бы наоборот в жидкостью, а снизу полость 18 связанная сверхнем минимальном сечении седле, а это рабочей средой (гаэ). Основной затвор в випротиворечит принципу работы заявляемо де поршня 19 со сферическими верхней иго демпфирующего узла), В целом это реше- нижней поверхностями жестко связанныйние исключает динамические нагрузки на со штоком 7 и размещен в седле 20 с входсильфон,таккаксопротивлениеприперете- ными каналами в виде продольных прореканиидемпфирующейжидкостиизполости зей 21. Поршень имеет каналы 22,в камеру азота растет в зависимости от хода 15 соединяющие его. боковую поверхность сштока, а при крайнем верхнем положении верхним сферическим основанием, причем. штока перекрывается полностью сечение нижнее сферическое основание поршня 19, прорезей на кожухе с увеличением давле- . при закрытом состоянии устройства гермения во внешней полости сильфона. То есть, тично сидит в канале 23 седла 20, Диаметрполость демпфирующей жидкости иэолиру поршня 19 и наружный диаметр поршневоется от камеры азота, за счет чего давление, го кольца 14 равны эффективному диаметрудействующее на внутреннюю и внешнюю сильфона 6. Это исключает действие давлеповерхность сильфона, выравнивается, так ния рабочей среды (газа) на поперечнуюкак демпфирующая жидкость практически площадь сильфона через входные каналы 21является несжимаемой, 25 при любом положении поршня 19. То есть,Затвор выполнен в виде поршня со здесьнаполнуюпоперечнуюэффективную)сферическими верхней и нижней поверх- площадьсильфонадействуетдавление в понос 1 ями, и каналами, гидравлически свя- токе жидкости через поршень 19 и шток 7,зыввющими входной канал корпуса с что дает воэможность автоматически регупространством надпоршнем. Этотприэнак 30, лировать заданное оптимальное (рациопоэоляет: изготавливать поршень из шара нальное) давление в скважине.срезая его боковые сегменты, что повышает Перед спуском устройства в скважинугерметичность затвора при закрытом со- камера 9 заряжается азотом через узел застоянии устройства; исключает засорение рядки 5 до расчетного давления; Это давлемехйримесями, солями и пр.; позволяет ча ние определяется из уравнения балансастичНо открыть или перекрыть проходное сил,действующих на эффективную площадьсечеНие продольных каналов цилиндра при сильфона 6, то есть:изменении давления в скважине; обеспечи- Рл х Я = Р х Я+ Р,вает,сообщение внутренней полости корпу- где Р - давление потока ж едкости;са с внешней полостью входных каналов 40 Я - поперечная площадь поршня 21;при любом положении штока, Рс=фс) - давление азота в камере 9;На.фиг. 1 изображено устройство для Я - эффективная, то есть средняя поперегу 4 ирования режима работы скважины, речная площадь сильфона, Я;-Яз;общИй вид; на фиг,2 - изменение сопротив- Р=ф/дт), (с) - сила сопротивления, возления демпфирующего устройства при пе никающая при перемещении сильфона вверхремецении затвора вверх. (при определении давления зарядка, этоУСтройство состоит из полого корпуса 1 сила принимается равная нулю, т.е. расчетс входными 2 и выходными 3 каналами на- . ведется для закрытого устройства в статичепример, в виде продольных прорезей), уп- ском состоянии);лотнительных элементов 4 и узла зарядки 5. 50 1 - ход сильфона;Внутри корпуса 1 размещен сильфон 6, же- т - время перемещения сильфона.стко связанный со штоком 7, образующий с Сопротивление Е возникает при открыкорпуром 1 полость 8, заполненную вязкой тии клапана, причем его значение зависитдемпфирующей) жидкостью и камеру 9 для не только от величины 1, но и от темпа егосжатого азота. Сильфон 6 взаимосвязан че изменения во времени б 1/бт, то есть отрез шток 7 с узлом демпфирования, состоя- . скорости перемещения сильфона (затвора)щий из направляющего 10 с отверстиями в вверх. Другими словами эти сопротивлениявиде продольных прорезей 11 и дополни- Е(1) возникает за счет жесткости сильфонательнб затвор в виде плунжера 12, который и изменения объема газа в сильфонной канеразьемно соединен с верхним торцом мере в зависимости от хода штока, а сопро 1795086тивления Еф/дт) возникает только во время перемещения штока, за счет переменной скорости нагрузки сильфона, возникающей из-за изменения пропускного сечения прорезей 11, То есть сила Е(б 1 йт) возникает дополнительно только в период движения затвора вверх (это повышает надежность сильфонного элемента, т,к, основная нагрузка на него действует в момент мгновенного движения), причем его значение .равно нулю при статическом состоянии затвора 19,Плунжер 12 демпфирующего узла имеет возможность перемещения относительно штока 7, что позволяет обеспечить полное и герметичное закрытие камеры 8 при открытом состоянии клапана за счет перемещения плунжера 12 вверх до упора в седле 13 (без уменьшения объема камеры 8) при статическом состоянии штока 7, то есть за счет.возникновения мгновенного перепада давления в камерах 8 и 9, в случае сжатия боковой поверхности сил ьфона 6 при возникновении высокого давления за его наружной окружностью, Тем самым, полностью исключается переток жидкости с ниж.ней камеры вверхнюю; что в свою очередь обеспечивает постоянное давление на внутреннюю и наружную поверхности сильфона независимо от значения давления в рабочей среде и повышает надежность сильфонного элемента.Устройство работает следующим обра. зом,Давление потока жидкости действует снизу на эффективную площадь сильфона 6 через поперечную площадь поршня 19 затвора, А рабочая среда (например, газ) поступая в полость 18 через каналы 22 действует на площадь поршневого кольца 14, а также на площадь верхнего основания поршня 19 затвора. При этом перемещения сильфона 6 от давления рабочей среды не . происходит, поскольку силы, направленныевверх и вниз компенсируются между собой.Поэтому перемещение сильфона 6 со штоком 7 и поршня 19 затвора происходит только под действием давления потока жидкости на эффективную площадь сильфона 6. При открытии устройства рабочая среда проходя через входные 2 и выходные 3 каналы поступает в подъемник и совершает полезную работу,Это устройство в работе регулирует давление в потоке жидкости и на забое скважи ны за счет автоматического изменения пропускной способности и обеспечения штуцирования рабочей среды в продольных прорезях 21, Это происходит за счет дополнительного открытия или, наоборот, перекрытия проходного сечения продольных прорезей 21 с перемещением поршня 19 затвора в корпус 1 при изменении давления в скважине,давление в полости 8 растет и часть демпфирующей.жидкости перетекает из полости 8 в камеру 9 через продольные прорези 11,причем при любом перемещении штока 7 штуцирование демпфирующей жидкости происходит в прорезях 11, С момента движения плунжера 12 в цилиндре 10 происхо 20 дит. перекрытие сечения прорезей 11,вследствие чего растет сила сопротивления, действующая на перемещение сильфона 6, При полном открытии клапана, если увеличивается давлениерабочей среды во внешней полости сильфона 6, то плунжер 12 приподнимается и упираясь в седло 13 направляющего 10 полностью перекрывает проходные каналы прорезей 11 (здесь плунжер 12 выполняет функцию обратного кла 25 пана), При этом полость демпфирующей 30 жидкости 8 гидравлически изолируется от камеры азота 9 и давления, действующие на внешнюю и внутреннюю поверхности силь- фона 6, выравниваются. Таким образом,практически исключается динамическая нагрузка (напряжение) на сильфон, поскольку при более сжатом состоянии его сила сопротивления сильно растет, а величина механического удара при перемещении сильфона 40 наоборот резко уменьшается.На фиг, 2 приводится графическая иллюстрация зависимости Е=(бйт)для заявленного устройства (линия 1) и прототипа (линия 2). При этом площадь проходного се 45 50 чения осевого демпфирующего канала является постоянной в прототипе, для примера примем равной площадь проходного сечения в продольных прорезях 11 направляющего 10 (заявляемое решение) в нижнем состоянии плунжера 12, Как видно для заявляемого устройства сила сопротивления с момента перемещения сильфона вверх становится больше, причем при более сжатом состоянии сильфона его величина значительно больше по сравнению с прототипом,10 Здесь демпфирующий узел работаетследующим образом, При перемещении .сильфона 6 со штоком 7 и плунжером 12Формула изобретения Устройство для регулирования режима работы скважины, включающее полый корпус с входными и выходными каналами, установленное в нижней части корпуса седло, размещенный концентрично в полости корпуса шток с затвором на нижнем конце, сильфон, верхним своим концом жестко связанный с корпусом, а нижним - со штоком, образующий с корпусом герметичную камеру для сжатого газа, частично заполненную вязкой жидкостью и узел демпфирования, выполненный в виде дополнительного седла с проходным отверстием, размещенного в герметичной камере, разделяющего ее на две полости, дополнительного затвора, установленного,с возможностью полного перекрытия проходного отверстия в крайнем верхнем положении штока, и связанной с седлом направляющей, выполненной в виде цилИндра с боковыми отверстиями, установленного концЕнтрично на штоке, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности в работе устройства, оно снабжено поршневым кольцом, установленным концентрично на штоке с возможностью осевого перемещения относительно него и разделяющим полость корпуса под сильфоном на две гидравлически не связанные между собой части, верхняя из которых заполнена вязкой жидкостью, причем отверстия в направляющей выполнены в виде продольных прорезей, суммарная площадь которых не больше площади сечения проходного отверстия дополнительного седла,а дополнительный затвор установлен на штоке с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно него и выполнен в виде плунжера, при этом шток с дополнительным затвором установлен с возможностью Осевого перемещения относительно направляющей и плавного перекрытия ее продольных прорезей, а затвор выполнен в виде поршня со сферическими верхней и нижней поверхностями и каналами, гидравлически связывающими входной канал корпуса с пространством над поршнем,1795086 Фи в ректор Н. Милюкова Редак ван роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарин аказ 413 ВНИИПИ Го Составитель М. Шар Техред М,Моргентал Тираж Подписноеенного комитета по изобретениям иоткрытиям при ГКНТ ССС 13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5