ДРОССЕЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
THROTTLING DEVICE

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для эксплуатации фонтанирующих скважин в условиях наличия гидратов и мехпримесей.
Известно автоматическое клапанное устройство (см. пат. 2506410 Российская Федерация. МПК Е21В 34/08. №2012132159/03, заявл. 26.07.2012; опубл. 10.02.2014. Бюл. №4).
Устройство состоит из цилиндрического корпуса с приемной и отводящей камерами, связанными осевым каналом, в котором размещена ступенчатая втулка со штуцером внутри. Узел очистки осевого канала штуцера выполнен в виде стержня, связанного с подпружиненной гильзой. Осевой канал корпуса снабжен седлом и стаканом с продольными пазами на конце, размещенными между корпусом и ступенчатой втулкой. Стакан опирается на седло с образованием гидравлического канала с корпусом, который связан отверстиями в теле ступенчатой втулки с приемной камерой.
Гильза снабжена кольцевым поршнем с торцовым клапаном, установленным с образованием подвижного соединения со стаканом, с возможностью перекрытия продольных пазов ступенчатой втулки в исходном положении.
Гильза снабжена радиальными отверстиями и соединена с держателем стержня, снабженного перепускными отверстиями, соединяющими осевой канал ступенчатой втулки с осевым каналом гильзы. Пружина кольцевого поршня установлена в камере между ступенчатой втулкой и стаканом.
Устройство монтируется в осевом канале отводящего трубопровода за выкидной задвижкой фонтанной арматуры с перекрытием кольцевого зазора между корпусом и трубой уплотнителем. При подаче пластового флюида (газ, жидкость), он через канал дросселя поступает в осевой канал стакана и далее, через радиальные отверстия в теле втулки, поступает в осевой каналгильзы с перетоком в отводящую камеру. Пластовый флюид при расчетном перепаде давления подается в осевой канал гильзы через каналы в теле фланца и гидравлический канал на теле торцового клапана.
В случае изменения режима подачи пластового флюида, например, при забивании канала дросселя мехпримесями или газогидратами, растет перепад давления между приемной и отводящей камерами, что приводит к отрыву кольцевого поршня от седла со сжатием пружины и совместным перемещением в сторону дросселя гильзы со стержнем, с его перемещением в осевом канале дросселя и воздействием на отложения. При отрыве торцового клапана от седла пластовый флюид из подводящего гидравлического канала через продольные пазы попадает в осевой канал седла и, далее, в отводящую камеру. В этом случае расход пластового флюида превосходит расход через канал дросселя, что приводит к восстановлению перепада давления между приемной и отводящей камерами в расчетных пределах. Под действием сжатой пружины кольцевой поршень своим торцовым клапаном возвращается на седло с одновременным выводом стержня из осевого канала дросселя с продолжением процесса добычи пластового флюида в прежнем режиме.
Вместе с тем устройство имеет недостатки, а именно:
- невозможность настройки пружины на заданные параметры без остановки скважины и демонтажа конструкции с места установки;
- при отложении газогидратов в осевом канале дросселя нет условий для дополнительного воздействия на них путем дозированной подачи ингибитора в осевой канал без остановки процесса добычи.
Известна конструкция клапанного устройства (см. а.с. 1440574 СССР. М кл. Е21В 34/06; №4135877/22-03; заявл. 15.10.1986; опубл. 30.11.1988. Бюл. №44).
Устройство имеет цилиндрический корпус с приемной и отводящей камерами, гидравлически связанными друг с другом осевым каналом, в котором установлена ступенчатая втулка с радиальными отверстиями, снабженными насадками. Осесимметрично установлен дроссель со стержнем в осевомканале. Стержень связан с приводом в виде подпружиненной гильзы с фиксатором. Снаружи на гильзе размещена ступенчатая втулка с образованием между ними камеры, которая сообщается с отводящей камерой. Втулка снабжена подпружиненным золотником, удерживаемым в исходном положении подпружиненным фиксатором.
Устройство устанавливается на выкидной линии фонтанной арматуры. При забивании осевого канала дросселя газогидратами или мехпримесями, происходит изменение перепада давления в сторону роста. Перепад давления воспринимается гильзой с ее перемещением в сторону отводящей камеры и воздействием на золотник, который перемещается в сторону радиальных отверстий с выходом из взаимодействия с подпружиненным фиксатором и сжатием пружины. Это приводит к образованию гидравлической связи приемной камеры с отводящей через отверстия в теле ступенчатой втулки. При перемещении гильзы происходит ввод стержня в осевой канал дросселя с воздействием на отложения газогидратов или мехпримесей.
В случае возврата перепада давления пластового флюида между приемной и отводящей камерами к прежним значениям, усилием сжатой пружины гильза со стержнем возвращается в исходное положение. Добыча пластового флюида возобновляется через осевой канал дросселя.
Недостатки конструкции заключаются в сложности изготовления, сборки и оснащения скважины:
- сложность настройки на заданный технологический режим работы;
- отсутствуют условия эксплуатации скважины в режиме разрушения слоя газогидратов путем применения и ввода в поток газа порции ингибитора в процессе механического воздействия стержнем без остановки процесса добычи.
Для управления работой газонефтяной фонтанирующей скважины известно применение конструкции клапанного устройства (см. а.с. 1624130 СССР. М кл. Е21В 34/16; №4633428/03; заявл. 09.01.1989; опубл. 30.01.1991. Бюл. №4), которое принято авторами предполагаемого изобретения за прототип. Устройство состоит из цилиндрического корпуса с приемной и отводящей камерами, которые гидравлически связаны между собой через осевой канал дросселя. Для очистки канала дросселя от отложений предложен стержень с механизмом привода. В осевом канале корпуса установлен стакан. Посадочное седло размещено в нижней части корпуса, на которое опирается подпружиненный поршень с кольцевым выступом и торцовым клапаном. Между торцовой поверхностью стакана и посадочным седлом сформирована кольцевая полость, для размещения кольцевого выступа поршня, контактирующего с торцовой поверхностью стакана и посадочным седлом. Механизм очистки осевого канала дросселя расположен в осевом канале подпружиненного поршня. Подпружиненный толкатель установлен в корпусе с возможностью взаимодействия с подпружиненным поршнем. Имеется гидравлическая связь кольцевой полости с отводящей камерой. Для установки устройства в составе трубы промыслового коллектора корпус снабжен подводящим и отводящим патрубками.
Для ведения работы устройства при его монтаже на устье скважины, оценивают необходимый перепад давления на дросселе с настройкой пружины на режим.
Пластовый флюид через осевой канал подводящего патрубка поступает в кольцевую полость и, через радиальные отверстия (щели) в теле стакана, поступает в осевой канал дросселя и, далее, через отводящую камеру перетекает в осевой канал отводящего патрубка, связанного с трубой отводящего промыслового коллектора.
При забивании осевого канала дросселя газогидратами происходит рост перепада давления между приемной и отводящей камерами. Перепад давления воспринимается подпружиненным поршнем, который преодолевает усилие предварительно сжатой пружины за счет действия толкателя, отрывается от седла с вводом стержня в осевой канал дросселя и воздействием на слой отложений. Одновременно происходит отрыв торцового клапана от седлас подачей пластового флюида в отводящую камеру, минуя канал дросселя. Для надежной работы устройства расход пластового флюида через отверстия в теле подпружиненного поршня значительно превосходит расход через осевой канал дросселя. Это приводит к снижению показателей перепада давления между подводящей и отводящей камерами. Усилием сжатой пружины толкатель возвращается в исходное положение, а поршень своим торцовым клапаном садится на седло с выводом стержня из осевого канала дросселя и продолжением добычи в прежнем расчетном режиме.
Устройство имеет недостатки, сущность которых заключается в следующем:
- возможность забивания газогидратами полости отводящей камеры, с прекращением процесса добычи при недостаточном механическом воздействии на отложения;
- восстановление работоспособности устройства возможно путем принудительного воздействия на газогидраты, например, путем нагрева корпуса или путем его съема (разборки) на месте применения, для механического удаления газогидратов, с последующей сборкой и наладкой;
- нет условий принудительного воздействия на газогидраты в отводящей камере с применением ингибиторов гидратообразования, подаваемых дозировано.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого изобретения:
- возможность очистки кольцевого канала штуцера путем механического воздействия на слой отложений;
- возможность принудительной подачи порции рабочей жидкости в кольцевой канал штуцера и отводящую камеру в процессе механического воздействия;
- сохранение подачи пластового флюида в процессе очистки кольцевого канала штуцера.
Технический результат достигается тем, что дросселирующее устройствосостоит из полого корпуса с приемной и отводящей камерами, связанными друг с другом через штуцер, стержня очистки осевого канала штуцера, подпружиненного поршня с торцовым клапаном, посадочного седла под него и подпружиненного штока.
Штуцер неподвижно установлен в дроссельной шайбе, закрепленной в осевом канале полого корпуса и разделяющей приемную и отводящую камеры. Поршень снабжен внутренней расточкой под торцовым клапаном, связанной перепускными отверстиями с отводящей камерой. Стержень выполнен ступенчатым и установлен меньшим диаметром в осевом канале штуцера с образованием кольцевого канала. Больший диаметр стержня снабжен резьбой для связи с поршнем и содержит камеру, гидравлически связанную с кольцевым каналом штуцера перепускными отверстиями. Осевой канал полого корпуса сверху перекрыт верхней пробкой, содержащей питающий патрубок с заглушкой и контейнер в виде трубки с опорной гайкой на нижнем конце, на внутренней поверхности которой выполнено седло и установлен торцовый клапан, связанный со штоком, поджимаемым пружиной через регулировочную гайку. В теле штока выполнена расточка, связанная дренажным отверстием с полостью под торцовым клапаном. Резьба на ступенчатом стержне выполнена с возможностью образования подвижного соединения с внутренней поверхностью штуцера в верхнем положении поршня. Осевой канал полого корпуса изолирован снизу нижней пробкой, снабженной посадочным седлом под торцовый клапан поршня и подпружиненным штоком, пропущенным внутрь осевого канала полого корпуса и связанного жестко с поршнем.
Конструкция дросселирующего устройство поясняется чертежами,
где:
- на фиг. 1 общий вид устройства в разрезе, в исходном положении;
- на фиг. 2 общий вид устройства в разрезе, в положении очистки канала штуцера и подачи порции ингибитора гидратообразования в отводящую камеру.
Устройство состоит из полого корпуса 1, с приемной 2 и отводящей 3 камерами, которые гидравлически связаны между собой через кольцевой канал 4 штуцера 5, в котором размещается меньшим диаметром ступенчатый стержень 6, жестко связанный резьбой 7 с поршнем 8. Штуцер 5 установлен неподвижно в дроссельной шайбе 9, закрепленной в осевом канале 10 полого корпуса 1 над поршнем 8 и разделяющей приемную 2 и отводящую 3 камеры.
Поршень 8 снабжен торцовым клапаном 11 и внутренней расточкой 12, гидравлически связанной перепускными отверстиями 13 с отводящей камерой 3. Осевой канал 10 полого корпуса 1 снизу перекрыт нижней пробкой 14 с посадочным седлом 15 под торцовый клапан 11 на торце поршня 8. В теле нижней пробки 14 выполнено центральное отверстие, в которое пропущен шток 16, верхний конец которого связан с поршнем 8. Нижний конец штока 16 выходит за пределы нижней пробки 14 и снабжен пружиной 17, поджимаемой гайкой 18 к телу нижней пробки 14. Осевой канал 10 полого корпуса 1 над дроссельной шайбой 9 постоянно гидравлически связан отверстием 19 с осевым каналом 20 подводящего патрубка 21. Отводящая камера 3 постоянно связана отверстием 22 с осевым каналом 23 отводящего патрубка 24.
Осевой канал 10 полого корпуса 1 сверху перекрыт верхней пробкой 25, снабженной питающим патрубком 26 с заглушкой 27. Верхняя пробка 25 имеет внутреннюю расточку 28, в которой закреплен контейнер 29 с опорной гайкой 30 на нижнем конце. В осевом канале контейнера 29 установлен шток 31 с регулировочной гайкой 32, на которую опирается пружина 33. На нижнем конце штока 31 установлен торцовый клапан 34, поджимаемый пружиной 33 к седлу 35, выполненному на внутренней поверхности опорной гайки 30. В теле штока 31 под торцовым клапаном 34 выполнены дренажные отверстия 36 для гидравлической связи с расточкой 37 в теле штока 31. Верхний конец ступенчатого стержня 6 принят по диаметру, сравнимым с диаметром расточки 37 и выполнен с возможностью входа верхнего конца ступенчатого стержня 6 в расточку 37.
Внутри ступенчатый стержень 6 имеет камеру 38, гидравлически связаннуюперепускными отверстиями 39 с кольцевым каналом 4 штуцера 5. Наружный диаметр резьбы 7 на нижнем конце ступенчатого стержня 8 сравним с внутренним диаметром осевого канала штуцера 5 и выполнен с возможность образования подвижного соединения с внутренней поверхностью канала штуцера 5.
Для обеспечения работы устройства принято, что суммарная площадь сечения перепускных отверстий 13 в поршне 8 превосходит площадь сечения кольцевого канала 4 штуцера 5. Кольцевая камера 40, сформированная нижней пробкой 13 и поршнем 7 постоянно гидравлически связана отверстием 41 с осевым каналом 20 подводящего патрубка 21. Внутренняя полость контейнера 29 заполнена технологической жидкостью, например ингибитором гидратообразования.
Работа устройства происходит следующим образом.
Устройство в сборе, как показано на рисунке 1, устанавливается в составе фонтанной арматуры скважины, и подводящим патрубком 21, снабженным фланцем (на рисунках не показано) крепится к фланцу выкидной задвижки фонтанной арматуры.
Пластовый флюид (газ, нефть, пластовая жидкость) поступают в осевой канал 20 подводящего патрубка 21 и через отверстие 19 в теле полого корпуса 1 подается в приемную камеру 2, откуда через кольцевой канал 4 штуцера 5, образованного между его внутренней стенкой и наружной поверхностью ступенчатого стержня 6, поступает в отводящую камеру 3 и, через отверстие 22 в теле полого корпуса 1, подается в осевой канал 23 отводящего патрубка 24 и, далее, в трубу промыслового коллектора. Давление пластового флюида из осевого канала 20 подводящего патрубка 21 постоянно сообщается через отверстие 41 в теле полого корпуса 1 в кольцевую камеру 40 под поршнем 8, который поджимается пружиной 17 торцовым клапаном 11 к посадочному седлу 15 на торце нижней пробки 14, с изоляцией внутренней расточки 12.
Полость контейнера 29 заполнена реагентом, подаваемым внутрь черезпитающий патрубок 26, при открытой заглушке 27.
Торцовый клапан 34 постоянно поджимается к седлу 35 пружиной 33 при ее опоре на регулировочную гайку 32, установленную на штоке 31. Тем самым исключается несанкционированная подача реагента в поток пластового флюида.
При изменении режима подачи пластового флюида, что может произойти в случае отложений газогидратов в приемной камере 2 и кольцевом канале 4 штуцера 5, это приводит к росту перепада давления между приемной 2 и отводящей 3 камерами. Под действием избыточного от расчетного перепада давления, которое сообщается через отверстие 41 на площадь поршня 8 со стороны кольцевой камеры 40, поршень 8 перемещается вверх в осевом канале 10 полого корпуса 1, с вводом ступенчатого стержня 6 своим большим диаметром, снабженным резьбой 7, в осевой канал штуцера 5, с воздействием на слой отложений (см. фиг. 2). Верхним концом ступенчатый стержень 6 входит во взаимодействие с нижним концом штока 31, с его перемещением вверх внутри осевого канала контейнера 29. При этом торцовый клапан 34 отрывается от седла 35, выполненного на внутренней поверхности опорной гайки 30, что позволяет подавать жидкий реагент из полости контейнера 29, через дренажные отверстия 36 внутрь расточки 37, с подачей в камеру 38 внутри ступенчатого стержня 6. Далее, реагент через перепускные отверстия 39 подается в кольцевой канал 4 штуцера 5 над резьбой 7 ступенчатого стержня 6, с воздействием на слой отложений и их растворением.
При перемещении поршня 8 вверх, торцовый клапан 11 отрывается от посадочного седла 15 и образуется гидравлическая связь осевого канала 20 подводящего патрубка 21 с отводящей камерой 3 через внутреннюю расточку 12 и перепускные отверстия 13 в теле поршня 8 и, далее, через отверстие 22 пластовый флюид подается в осевой канал 23 отводящего патрубка 24. В этом случае расход пластового флюида превышает расчетный расход последнего через кольцевой канал 4 штуцера 5. Это приводит к снижению давления в осевом канале 20 подводящего патрубка 21 и уменьшению усилия на поршень 8 со стороны кольцевой камеры 40. Усилием предварительно сжатой пружины 17 поршень 8 перемещается вниз в осевом канале 10 полого корпуса 1, с выходом ступенчатого стержня 6 своей резьбой 7 из осевого канала штуцера 5. Одновременно усилием сжатой пружины 33 шток 31 перемещается в осевом канале контейнера 29 с посадкой торцового клапана 34 на седло 35 и прекращением подачи жидкого реагента через дренажные отверстия 36 внутрь расточки 37. Порция реагента, накопленная в расточке 37 и камере 38, через перепускные отверстия 39 подается в кольцевой канал 4 штуцера 5 и, далее, в отводящую камеру 3, с воздействием на слой газогидратных отложений. После возврата поршня 8 в исходное положение, торцовый клапан 11 садится на посадочное седло 15 на торце нижней пробки 14, с прекращением гидравлической связи осевого канала 20 подводящего патрубка 21 с отводящей камерой 3 через внутреннюю расточку 12 и перепускные отверстия 13 в теле поршня 8. Добыча пластового флюида возобновляется в прежнем режиме через кольцевой канал 4 штуцера 5.