НАСТРАИВАЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
ADJUSTABLE PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к области автоматического регулирования давления в области нефтедобывающей и газодобывающей промышленностях, в частности к устройствам для автоматического поддержания давления в системах скважинных приборов и техники испытаний.
Для оптимальной эксплуатации нефтяной скважины необходимо, чтобы выдерживалось во времени равенство притока жидкости из пласта и отбора ее насосом. Если такое равенство не выдерживается, то будет происходить либо недобор жидкости и, следовательно, неполное использование потенциальной возможности скважины, либо будет срыв на приеме насоса и, в конечном итоге, выход его из строя. Подобрать насос в точном соответствии с притоком жидкости из пласта практически невозможно. Для поддержания равенства притока жидкости из пласта и отбора ее насосом необходимо регулировать величину забойного давления.
Известны регуляторы давления, предназначенные для автоматического поддержания заданного давления в трубопроводах, применяемые в различных областях промышленности и содержащие корпус, регулирующий клапан и чувствительный элемент, (авт. св. СССР №324617). Однако конструктивные особенности и низкая надежность не позволяют использовать их для работы в нефтяных скважинах.
Известен устьевой регулятор давления, содержащий корпус с установленными внутри него сильфонной камерой со штоком, седлом, расположенные в корпусе входные каналы, соединенные с верхней точкой насосно-компрессорных труб, и выходные каналы, соединенные с системой нефтесбора (пат РФ 2158359).
Основным недостатком сильфонных регуляторов является трудность их эксплуатации в нефтяной промышленности, поскольку при задавливании скважины давление в месте установки регулятора достигает значения, в 5-8 раз большего, чем давление газа в рабочей камере регулятора, что приводит к разрушению чувствительного элемента (сильфона) и снижает точность регулирования.
Известен регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, связанный со стороны входной полости с исполнительным элементом, и пилотный клапан, чувствительный элемент которого образует с корпусом полость, сообщенную с выходной полостью и через пилотный клапан - с полостью управления исполнительного элемента (пат. СССР 1779291) Регулирующий орган выполнен в виде двухседельного затвора, первый запорный элемент которого поджат к первому седлу со стороны входной полости, а второй запорный элемент - ко второму седлу со стороны выходной полости. Недостаток регулятора: большие габариты, недостаточная надежность в работе, отсутствует защита от вредных внешних воздействий.
Известен регулятор давления, содержащий корпус, крышку, шток, клапан, жестко связанный со штоком, размещенные под крышкой мембрану и механизм управления, включающий стакан с отогнутым наружным краем и регулировочную пружину (пат РФ 2187143). Согласно данному изобретению шток выполнен в виде двух размещенных одна над другой частей, верхняя из которых имеет маховичок для перемещения клапана, а нижняя снабжена сквозным центральным каналом для подачи рабочей среды в полость над мембраной, установленной с опорой на отогнутый край стакана, снабженный резьбовым поясом для жесткой связи с крышкой, при этом клапан установлен с опорой на донную часть стакана, снабженную уплотнением, установленным в канале для перемещения штока, и наружным резьбовым поясом для жесткой связи с корпусом регулятора. Основной недостаток данного регулятор давления - невозможность применения на нефтяных скважинах, сложность конструкции, наличие маховичка, который приводится в движение вручную.
Общим недостатком всех перечисленных выше регуляторов является сложность настройки регулятора на требуемый диапазон рабочих давлений на выходе при известных давлениях на входе.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является регулятор давления, включающий корпус с входной и выходной полостями, внутри которого установлены герметичная камера заданного давления, клапан в седле, поршневой чувствительный элемент, снабженный резиновым кольцом, втулкой из фторопласта с резиновым уплотнением, шток, соединенный с клапаном и нижней поверхностью поршневого чувствительного элемента (пат РФ 2031438). Недостатком прототипа является сложность настройки регулятора на требуемый диапазон рабочих давлений на выходе при известных давлениях на входе, низкая точность регулирования давления на выходе, о чем свидетельствует большой разброс значений давления на выходе, ограниченный диапазон значений давлений на входе при указанном диапазоне значений давления на выходе. Давление задания формируется путем закачки рабочего агента в герметичную камеру перед работой с помощью баллона, что, в свою очередь, усложняет конструкцию и не обеспечивает надежность регулировки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и точности регулятора, увеличение диапазона величины рабочего давления на входе и стабильности величины давления на выходе без вмешательства в процессе работы регулятора, компактность.
Техническая задача решается за счет использования неуправляемого настраиваемого регулятора давления, включающего корпус с входной и выходной полостями, внутри которого установлены герметичная камера заданного давления, клапан в седле, поршневой чувствительный элемент, снабженный резиновым кольцом, втулкой из фторопласта с резиновым уплотнением, шток, соединенный с клапаном и нижней поверхностью поршневого чувствительного элемента. При этом в выходной полости регулятора дополнительно установлен стакан, внутри которого расположен поршневой чувствительный элемент со штоком, снабженным дополнительным резиновым уплотнителем, при этом герметичная камера заданного давления образована за счет нижней поверхности поршневого чувствительного элемента и внутренних стенок стакана. Внутри герметичной камеры неуправляемого настраиваемого регулятора давления может быть дополнительно установлена пружина.
На чертеже изображен предлагаемый регулятор давления, где: 1 - корпус, который имеет входную и выходную полости, 2 - поршневой чувствительный элемент, 3 - втулка из фторопласта, 4 - резиновое кольцо, 5 - шток, 6 - клапан, 7 - пружина, 8 - седло, 9 - стакан, 10 - резиновый уплотнитель, А - герметичная камера.
Внутри корпуса 1 расположен клапан 6, упирающийся на седло 8. Шток 5 соединен одним концом с клапаном 6, а другим концом с нижней поверхностью поршневым чувствительным элементом 2, который установлен внутри стакана 9. Поршневой чувствительный элемент снабжен резиновым кольцом 4, взаимодействующим с втулкой 3 из фторопласта, что способствует уменьшению усилий трения. Шток 5 снабжен дополнительным резиновым уплотнителем 10, который позволил упростить конструкцию и, как следствие, увеличить его надежность. Герметичная камера А состоит из внутренних стенок стакана 9 и нижней поверхности поршневого чувствительного элемента 2. Герметичность камеры обеспечена за счет резиновых уплотнителей 10, расположенных в штоке 5 и корпусе стакана 9. Для увеличения порога регулирования в герметичной камере А устанавливается пружина 7, которая в дополнение к избыточному давлению воздуха внутри герметичной камеры оказывает воздействие на поршневой чувствительный элемент 2. Выходная полость связана с входной полостью за счет зазора между стаканом и внутренней стенкой корпуса.
Клапан работает следующим образом.
Давление задания в герметичной камере А формируется при сборке регулятора с учетом рабочего хода клапана. При давлениях, не превышающих порога срабатывания, входная и выходная полости регулятора сообщаются между собой за счет того, что упругие силы сжатого воздуха и пружины отводят шток с поршневым чувствительным элементов в сторону выходной полости. При образовании на входе величины давления, превышающей величину давления задания, поршневой чувствительный элемент 2 со штоком 5 и клапаном 6 приходят в движение. Клапан 6 перекрывает входное отверстие, удерживая требуемое давление на выходе.
2
2
2
2
Разработанный регулятор давления имеет величину диапазона давления на входе от 0,50 до 600 кг/см, при этом давление на выходе колеблется от 2,7 до 4,3 кг/см в отличие от прототипа, который работает при давлении на входе 80 кг/см и колебание давления на выходе составляет 1-12 кг/см.
Таким образом, получена высокая точность регулирования при работе предлагаемого регулятора, который рекомендован к применению. Кроме того, в прототипе давление задания формируется путем закачки рабочего агента в герметичную камеру перед работой, в то время как в предлагаемой конструкции не требуется закачки газа в герметичную камеру. Давление образуется в результате сборки регулятора.
В процессе сборки при устанавливании в стакан поршневого чувствительного элемента со штоком сначала входит в зацепление резиновое уплотнение штока, затем резиновое уплотнение поршневого чувствительного элемента. При дальнейшем продвижении внутрь стакана поршневого чувствительного элемента внутри герметичной камеры создается избыточное давление, которое нарастает до момента закрытия клапаном седла. Величина этого давления и есть заданное давление. Давление задания зависит от выбора объема герметичной камеры, рабочего хода поршневого чувствительного элемента и диаметров штока и поршневого чувствительного элемента.