ДРОССЕЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
THROTTLING DEVICE

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для регулирования расхода газа на компрессорной станции, газораспределительных станциях и на установке подготовки газа.
Известно устройство «Прямоточный регулируемый штуцер» (см. Зайцев Ю.В., Максутов Р.А., Чубанов О.В. «Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин». / - Москва: издательство «Недра», 1984 год, стр. 115-116).
Регулируемый штуцер состоит из корпуса, с присоединительными фланцами на концах, в осевом канале которого установлен наконечник с нониусом, охватывающим корпус, способным при вращении перемещать наконечник в сторону твердосплавной насадки, закрепленной на выходном фланце.
Конструкция устройства дает возможность плавно изменять режим отбора газа из пласта, за счет изменения площади кольцевого сечения между насадкой и наконечником.
К недостаткам конструкции следует отнести следующее: - при значительном перепаде давления газа на штуцере, особенно в зимнее время, и при наличии влаги, существуют условия, при которых происходит образование газогидратов, за счет снижения температуры при снижении давления, с забиванием льдом кольцевого сечения насадки и изменением режима эксплуатации. Это требует вмешательства оператора для удаления газогидратов и восстановления работоспособности скважины.
Известен клапан регулируемый (см. патент РФ №2581075 кл. МКИ Е21В 34/02; F16K 3/08, опубликованный 10.04.2016 г. Бюллетень №10).
Изобретение относится к устьевым регулирующим устройствам, предназначенным для эксплуатации фонтанирующих нефтяных и газовых скважин. Корпус устройства выполнен разъемным и состоит из двух полукорпусов, с подводящим и отводящим каналами, связанными между собой через осевой канал дросселирующего штуцера. Представлен механизм замены штуцера на другой, в случае его забивания, с последующей очисткой забитого штуцера, при выводе его путем вращения дискового шибера из активной зоны. После очистки забитого осевого канала штуцера от отложений и механических примесей он может быть возвращен в активную зону.
Недостатком конструкции можно считать то, что существует вероятность забивания осевого канала штуцера газогидратами, которое происходит при резком уменьшении перепада давления и, соответственно температуры газа. Особенно этот процесс активизируется при наличии влаги в потоке газа и отрицательной температуры внешней среды.
Известна конструкция регулятора расхода газа - (штуцер) чок-ниппель (см. Стрижов И.Н., Хаданович И.Е. «Добыча газа». / - Москва - Ижевск, Институт компьютерных исследований, 2003 г., стр. 57, фиг. 18), принятая за прототип.
Представляет собой толстостенный цилиндр, на концах которого установлены фланцы.
Внутри цилиндра выполнен канал круглого сечения. На концах канал выполнен увеличенного диаметра, переходящего в конический до малого диаметра канала в средней части цилиндра. Большая часть длины цилиндра занимает канал малого диаметра, который определяет расход газа. При изменении режима работы скважины переходят на другой типоразмер канала в средней части цилиндра.
Отмечено, что при эксплуатации скважин с применением данного устройства, при значительном перепаде давления происходит расширение газа за устройством, с его охлаждением и выделением твердых гидратов углеводородов.
Это приводит к забиванию цилиндрического канала льдом, с прекращением процесса дросселирования газа.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:
- возможность поддержания температуры газа после дросселирования, превышающей нижнюю точку температуры гидратообразования;
- возможность поддержания температуры газа в дросселе за счет снижения тепловых потерь путем применения теплоизоляционных материалов для изготовления штуцера;
- снижение возможности прилипания газогидратов к внутренней поверхности каналов штуцера, за счет применения полиэтилена сверхвысокой плотности, обладающего высокой антиадгезионной способностью.
Технический результат достигается тем, что дросселирующее устройство состоит из цилиндрического корпуса с фланцами на концах, штуцера с пропускным каналом, установленного в осевом канале корпуса, с образованием кольцевой камеры. Штуцер снабжен бандажными кольцами и имеет пропускной канал в виде конического расширения, переходящего в коническое сужение в направлении к каналу фланца. Пропускной канал штуцера в сечении имеет форму эллипса. Кольцевая камера связана перепускными отверстиями во фланце, с отводящим газопроводом скважины. Штуцер выполнен из материала, обладающего антиадгезионными свойствами, например, полиэтилена сверхвысокой плотности.
Изменение поперечного сечения канала штуцера, с переходом от кругового сечения в эллипсное, обеспечивает постоянство скорости потока с уменьшением давления. Длина штуцера определяется расходом газа и перепадом давления на штуцере.
Конструкция дросселирующего устройства показана на рисунках, где:
На фиг. 1 - устройство в разрезе в вертикальной плоскости проекции.
На фиг. 2 - устройство в разрезе в профильной плоскости проекции.
Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, снабженного на концах присоединительными фланцами 2 и 3, с кольцевыми каналами 4 на торцах под уплотнительные металлические кольца в центре, фланцы 2 и 3 снабжены цилиндрическими расточками 5, переходящими в расширяющиеся конические каналы 6 и 7. В осевом канале 8 цилиндрического корпуса 1 установлен штуцер 9, поджимающийся с торцов фланцами 2 и 3 и образующий с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 1 кольцевую камеру 10 переменного сечения, которая через перепускные отверстия 11, в теле фланца 2, связана с полостью высокого давления газа, перед устройством.
В теле фланца 2, со стороны подачи газа из скважины канал 6 выполнен коническим, переходящим в цилиндрический участок 12 в теле штуцера 9, с коническим расширением 13 на участке, который состыкован с коническим каналом 14, переходящим в цилиндрический участок 15, с переходом в цилиндрическую расточку 5 во фланце 3, и конический канал 7.
Осевой канал штуцера 9 на участке с коническим расширением 13, выполнен в виде эллипса, большая ось которого в месте стыка конического расширения 13 с коническим каналом 14 принята максимальной. Конический канал 14 на участке до цилиндрической расточки 5 также выполнен в виде эллипса, с уменьшением его размеров по большей оси в месте стыка конического канала 14 с коническим расширением 13 расточки 5 во фланце 3. На концах штуцера 9 установлены бандажные кольца 16.
Штуцер 9 выполнен из антиадгезионного материала, например, полиэтилена сверхвысокой плотности.
Работа устройства по дросселированию газа.
1
2
Необходимым условием передачи газа к потребителям является снижение давления газа от давления в магистральном газопроводе Р, до потребительского давления Р. Это возможно осуществить за счет использования регулятора давления. Дросселирование - это необратимый процесс протекания газа через местное сопротивление, что приводит к понижению давления до необходимых значений в потоке.
Такой процесс часто сопровождается образованием газогидратов на стенках трубопровода, с возможным забиванием канала и прекращением процесса транспортировки или добычи.
Причинами такого состояния можно считать то, что при входе в дросселирующий канал штуцера поток сужается с увеличением скорости и снижением давления внутри потока. При прохождении цилиндрического отверстия 5 в фланце 2 поток начинает расширяться до стенок конического канала 13 с торможением и с ростом давления газа в потоке. Тем не менее, рост давления газа оказывается меньше, чем на входе в канал штуцера 9.
Снижение давления является следствием потерь на трение и вихреобразование, вызванное разностью давлений в цилиндрическом участке 12.
После прохождения газового потока по каналу с коническим расширением 13, имеющим форму эллипса, скорость газа снижается, а температура газа, в зависимости от его состава и параметров состояния перед дросселированием может возрасти.
При переходе потока газа из канала с коническим расширением 13 в конический канал 14 происходит сжатие потока газа с преобразованием кинетической энергии потока и ростом температуры.
По известной диаграмме состояния газа можно оценить вероятность образования гидратов в случае снижения температуры газа ниже равновесной, для чего необходимо знать температуру точки росы по воде, так как гидраты газов образуются в присутствии воды, при условии полного насыщения газа влагой. В связи с этим существует достаточно много способов осушки газа перед его подачей в трубопровод. В результате температура точки росы транспортируемого газа может быть ниже температуры газа, поступающего на газораспределительную станцию.
На выходе потока газа из конического канала 14 температура возрастает и превышает по значению критическую температуру, при которой газогидраты не образуются.
Выполнение канала с коническим расширением 13, переходящим в конический канал 14 с сужением, имеющими эллиптическую форму, обеспечивается гашение вихревых потоков, с перераспределением потока газа по всему сечению эллипсов.
Выполнение штуцера 9 из пластического материала, например, полиэтилена сверхвысокой плотности, позволяет исключить вероятность образования кристаллогидратов на внутренней поверхности из-за низкой адгезии льда к поверхности штуцера 9. Следует отметить, что полиэтилен сверхвысокой плотности, рекомендуемый для изготовления штуцера 9, обладает лучшими теплофизическими свойствами, по сравнению со сталью, и более высокими показателями в работе при наличии механических частиц. Наличие гидравлической связи кольцевого пространства 8 между корпусом 1 и штуцером 9 с осевым каналом отводящего трубопровода, через перепускные отверстия 11 в теле фланца 2, позволяет обеспечить сжимающие напряжения в материале штуцера 9. Бандажные кольца 16 на концах штуцера 9 обеспечивают его монтажеспособность и жесткость конструкции в целом.