РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ВОДЫ В НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ СКВАЖИНЫ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Предполагаемая полезная модель относится к нефтяной промышленности и может быть использована для поддержания заданного расхода воды в скважины систем поддержания пластового давления.
Известно, что разработка нефтяных месторождений предполагает сохранением строго заданных расходов закачки сточной воды в нагнетательные скважины. В процессе разработки нефтяного месторождения
происходят изменения приемистости нагнетательных скважин, давления нагнетания воды и ее расхода. Для поддержания требуемых объемов закачки воды в ту или иную нагнетательную скважину требуется автоматическую регулирование расходов. При одновременно-раздельной закачке воды в два пласта через одну скважину также требуется регулирование объема закачки воды хотя бы в одной из линии нагнетания.
Известен регулятор расхода /1/ содержащий корпус со входным и выходным каналами, соединенными через регулирующий клапан, образованный окном-седлом и расположенной над ним упругой пластиной, один конец который закреплен на корпусе, а другой, свободный контактирует с опорой поверхностью элемента настройки упругой пластины. Опорная поверхность выполнена плоской и расположена под углом относительно окна-седла.
Другим вариантом исполнения регулятора расхода для более точного выполнения гиперболического закона регулирования предусматривается выполнение опорной поверхности элемента настройки упругой пластины в виде параболического профиля. Регулятор расхода может содержать фиксатор начального прогиба упругой пластины, выполненный в виде прижимного винта с регулируемым вылетом, установленного в средний части упругой пластины, свободный конец которой, в свою очередь, может быть поджат к опорной поверхности элемента настройки пружинами, расположенными с ее обеих боковых сторон.
При таком исполнении регулятора реализуется схема нагружения упругой пластины с двумя перемещающимися точками опоры, одновременно являющимися точками контакта пластины с дросселирующими кромками окна-седла и опорной поверхностью элемента настройки.
Недостатком аналога является сложность конструкции и низкая надежность работы регулятора.
Наиболее близким по технической сущности является гидравлическое регулирующее устройство /2/.
В корпусе со входным и выходным каналами имеется регулирующий орган, выполненный в виде сильфона с рабочей камерой и направляющей осью. Один из торцов сильфона закрыт крышкой и соединен с корпусом и направляющей осью, в которой выполнен обводной канал, перекрываемый управляющим клапаном, а другой - подвижный торец, который закрыт регулирующим клапаном с осевым отверстием для размещения в нем с кольцевым зазором направляющей оси с выполненными на ней наклонными пазами или лысками. Это делает переменной площадь кольцевого зазора по мере открытия регулирующего клапана и взаимоувязывает его с работой управляющего клапана путем дозированного пропуска рабочей жидкости в рабочую камеру. Привод управляющего клапана выполнен в виде маломощной манометрической термосистемы с термоболлоном, снабженным электроподогревательной системой. При закрытом управляющем клапане происходит перекрытие проходного отверстия устройства подвижным торцом сильфона, а при открытом-соответствующее его открытие с пропуском расхода рабочей жидкости.
Однако, в сточных водах, закачиваемых в пласты, содержится достаточно большое количество твердых взвешенных частиц (10…300 мг/л), которые вызывают износ тонкостенного сильфона и ускоренный выход из строя регулятора.
Целью полезной модели является упрощение регулятора и повышение его надежности.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем корпус с входными и выходными каналами, регулирующий клапан конусной формы, управляющий привод, пружину, выходные радиальные каналы, направляющий шток регулирующего клапана, согласно полезной модели, в центральной части корпуса регулятора неподвижно размещена гильза с входным верхним и выходным нижним окнами, внутри которой герметично размещен подвижный золотник с вертикальным и горизонтальным каналами, а также дросселирующим каналом малого диаметра, поджимаемый снизу пружиной, размещенной в крышке и опирающейся на сменную шайбу, а в верхней части корпуса размещен адаптер с сальником и грундбуксой, через которые проходит регулировочный шток с конусным наконечником на нижнем конце и верхним концом соединенный с подвижной и неподвижной траверсами, установленными на вертикальных направляющих, причем на неподвижной траверсе размещены электропривод регулировочного штока с ручным дублирующим штурвалом, соединенные с верхним концом регулировочного штока.
На фиг.1, 2, 3 и 4 показана схема регулятора расхода воды. В корпусе 1 регулятора выполнены полости 2 и 3 для входа и выхода нагнетаемой в скважину воды. В центральной части корпуса выполнена вертикальная разделительная полость, которая в верхней части перекрыта адаптером 4, а в нижней крышкой 5. Внутри вертикальной полости размещена неподвижная гильза 6 с входным верхним 7 и нижним выходным 8 окнами соответственно для входа и выхода жидкости. Внутри гильзы 6 герметично размещен подвижный золотник 9 с проходными каналами 10, 11 и 12, который своей боковой поверхностью может частично или полностью перекрывать нижнее выходное окно 8 гильзы 6. Снизу золотник 9 подпирается пружиной 13 с регулируемой сменной шайбой 14 в нижней части крышки 5. Канал 12 выполнен с существенно меньшим диаметром в сравнении с каналами 10 11 и служит дросселем для предупреждения пульсирующего характера движения золотника 9.
В центральной части корпуса 1 установлен регулировочный шток 15, проходящий через адаптер 4, грундбуксу 16 и сальник 17. Шток соединен с помощью направляющих 18, подвижной 19 и неподвижной 20 траверсами с дистанционно управляемым электроприводом 21 с редуктором и ручным дублирущим штурвалом 22. Нижняя часть штока 15 заканчивается конусной иглой 23.
Конструкции золотника 9 и гильзы 6 выполнены таким образом, что некоторое временное перемещение золотника (фиг.4) приводит к резкому изменению просвета между окнами 11 и 8 при незначительном изменении проходного зазора между конусной иглой 23 и каналом 10.
Работа регулятора состоит в следующем. Вначале производится его тарировка на различные расходы воды. Тарировка производится изменениями положений регулировочного штока 15 поворотом дублирующего штурвала 22 или электроприводом 21. Каждому положению регулировочного штока 15 будут соответствовать свой расход воды и перепад давления между входной полостью 2 и каналом 10 золотника 6. Полученная шкала расходов воды в зависимости от положения регулировочного штока 5 может наноситься на направляющие 18 (на фиг. не показано) или выноситься на дисплей диспетчера.
При установке штока 15 ручным штурвалом 22 или электроприводом 21 в определенном положении в условиях отсутствия потока воды пружина 13 прижимает золотник 9 к конусной игле 23. При этом проходной канал 11 золотника 9 максимально сообщен с нижним выходным окном 8 гильзы 6.
При подаче заданного расхода воды в скважину, создаваемый напор во входной полости 2 регулятора переместит золотник 9 вниз, открыв доступ жидкости через каналы 10 и 11, а также через выходное окно 8 гильзы 6 в полость 3. При этом пружина 13 частично сожмется, а выходное окно 8 частично перекроется боковой поверхностью золотника 9 (фиг.4). В итоге в полостях 2 и канале 10 золотника будет создан определенный перепад давления, соответствующий данному расходу воды. Величина перепада давления будет определяться положением регулировочного штока 15, упругостью пружины 13, а также высотой шайбы 14.
В процессе закачки воды в нагнетательную скважину по истечению продолжительного времени из-за ухудшения приемистости продуктивного пласта может уменьшиться ее расход, и давление в полости 3 возрасти. В таких случаях давления в полостях 2, каналах 10, 11 и внутри крышки 5 будут стремиться выравниваться. Однако, при этом на золотник 9 будет сохраняться сила действия пружины 14, которая переместит золотник вверх и увеличит просвет между окнами 8 и 11, а следовательно и расход жидкости из полости 2 в полость 3 благодаря тому, что зазор между иглой 23 и золотником 9 изменится на незначительную величину. В итоге расход воды сохранится прежним.
При снижении давления нагнетания воды в скважину схема сохранения расхода изменится на противоположную.
Небольшие величины перепада давления в полостях 2 и каналом 10 не могут привести к быстрому износу поверхностей иглы 23, гильзы 6 и золотника 9. Однако, при длительной эксплуатации регулятора и наличии твердых взвешенных частиц в воде произойдет частичный износ поверхностей деталей, и, прежде всего, проемов окон 8 и 11, что будет установлено счетчиком при поверке регулятора. В таком случае регулировка расхода может быть произведена либо изменениями толщины шайбы 14, либо изменением положения штока 15 дистанционно с помощью электропривода 21 или с помощью ручного штурвала 22.
Технико-экономическим преимуществом регулятора расхода воды является возможность автоматического поддержания заданного расхода при внешних изменениях давлений во входной и выходной линиях устройства.
Литература
1. Патент РФ №2032927. Регулятор расхода (варианты). Заявл. 21.10.92. Опубл. 10.04.95.
2. Патент РФ №2131140. Гидравлическое регулирующее устройство. Заявл. 10.06.97. Опубл. 27.05.99