СПОСОБ МОДЕРНИЗАЦИИ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ СКВАЖИН МНОГОХОДОВЫХ И КОМПЛЕКТ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЕЁ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR UPGRADING MULTIPASS BOREHOLE SWITCHES AND SET OF PRODUCTS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано для усовершенствования процесса переключения направления нефти от трубопроводов, проводящих нефть от добывающих скважин, на устройство, замеряющее дебит скважин.
Известен переключатель скважин многоходовой [RU 83551, МПК F04B 47/04, опубл. 10.06.2009], содержащий корпус с отверстиями для подключения патрубков, подающих рабочую жидкость, гидрораспределитель для подключения канала измерения к патрубкам подачи рабочей жидкости, установленную в корпусе втулку с отверстиями, соответствующими отверстиям корпуса, канал измерения, выполненный в виде угольника с подвижной кареткой, соединенного с полым валом, подающим рабочую жидкость в измерительный патрубок. Гидрораспределитель устройства выполнен в виде корпуса, в котором установлен подпружиненный поршень, соединенный с зубчатой рейкой, взаимодействующей с шестерней, кинематически связанной с шестерней-делителем.
Главным недостатком (известным из опыта пользования устройством) известного устройства является его частое заклинивание в процессе работы непосредственно при переключении скважин. Происходит это по причине изнашивания роликов каретки и направляющих канавок корпуса. По причине образования износа каретка проворачивается вокруг своей оси, подклинивает и не обеспечивает надежного прилегания, герметичности уплотнения. Негерметичность уплотнения никак не определяется оперативно, может быть определена лишь методом сличительных измерений дебита скважин, проводимых по байпасу, минуя ПСМ, требующих присутствия обслуживающего персонала непосредственно на объекте, где эксплуатируется ПСМ. Дополнительным недостатком является преждевременный износ резинового уплотнения каретки, возникающий в связи с налипанием механических примесей на уплотняемые поверхности корпуса.
Также известно многоходовое переключающее запорное устройство [RU 2158868, МПК F16K 11/087, опубл. 10.11.2000], предназначенное для переключения направления движения нефти от трубопроводов, проводящих нефть от добывающих скважин, на устройство, замеряющее дебит скважин. Запорное устройство содержит корпус кольцевой формы. Корпус имеет радиально расположенные входные отверстия и закрывается с торцов крышками. Внутри корпуса размещен запорный орган с наружной сферической поверхностью и отводным каналом. Запорный орган управляется посредством вала. Вал соосно установлен в канале верхней крышки. Отводной канал сообщается с отводным патрубком. Запорный элемент выполнен в виде усеченного шара с числом входных каналов, меньшим на 1 числа входных отверстий корпуса. Во входных отверстиях корпуса установлены уплотнения. Они подпружиненны относительно присоединяемых к корпусу фланцев и взаимодействуют с наружной поверхностью запорного элемента. Внутренняя полость вала соединена с одной стороны с отводным каналом запорного элемента, с другой - посредством радиальных отверстий с полостью отводного патрубка.
Недостатками известного устройства являются: материалоемкость конструкции, большие габариты корпуса, возникающие при использовании конфигурации на 14 отводов, быстрый износ запорного органа из-за постоянного контакта с множеством уплотнений, а также залипание в статически поджатом состоянии подпружиненных уплотнительных седел, вследствие которого нарушается их герметичность по мере износа уплотнительных манжет.
Техническим результатом, на достижение которого направлено использование заявляемого изобретения, является улучшение потребительских свойств переключателя скважин многоходового (ПСМ) путем повышения надежности его работы и улучшения контроля герметичности прилегания уплотнения его каретки.
Указанная цель достигается благодаря снабжению заявляемого изобретения набором нижеследующих характеристик.
1. Способ реализуется посредством установки на имеющийся ПСМ комплекта модернизации ПСМ, состоящего из каретки, пружин, угольника, вала, крышки, импульсных трубок и датчика перепада давления, и позволяет модернизировать ранее изготовленные ПСМ, имеющие конструкцию, не имеющую системы контроля протечек.
2. В виде угольника, соединенного с полым валом, а также с подвижной кареткой, зафиксированной от проворота вокруг собственной оси шпонкой, выполняется канал измерения. Каретка фиксируется при помощи роликов и пружины, прилегая к поверхности корпуса напротив входного патрубка.
3. Система контроля протечек рабочей среды из канала измерения в общий коллектор выполняется через уплотнения каретки.
4. Сигнал о протечке клапана передается на механический или электромеханический датчик перепада давления через систему каналов в каретке, в угольнике, на валу, в крышке и далее направляется через импульсные трубки. После этого сигнал о наличии перепада давления передается от датчика в блок измерения и обработки информации.
5. Минимальное количество датчиков - один, но для повышения надежности можно использовать дублирующие датчики в неограниченном количестве.
6. Количество уплотнений клапана - минимум два, при этом одно должно быть мягким (выполненным из полимерных материалов), второе должно быть выполнено из более твердых материалов (металла или других). Второе уплотнение прижимается при помощи отдельной волновой пружины.
При тестировании герметичности каретки не требуется нахождение персонала в зоне эксплуатации ПСМ. Диагностику работы ПСМ можно осуществить удаленно (по системе телемеханики).
По результатам тестирования герметичности каретки можно судить о достоверности измерения дебита скважин, и не прибегать при этом к ручным сличительным замерам, выполняемым по байпасу (минуя ПСМ).
Металлическое уплотнение дополнительно исполняет роль скребка, устраняя солевые отложения и другие механические примеси.
Величина перепада давления, возникающего при протечке уплотнения клапана, позволяет прогнозировать необходимость проведения ТО, имеющего целью заблаговременное предотвращение разрушения корпуса и уплотнительной поверхности каретки.
Сравнение ПСМ, оборудованных заявляемым решением, с вышеупомянутыми устройствами, а также другими техническими решениями данной области, позволило выявить признаки, отличающие результат применения заявляемого решения от результатов и особенностей работы немодернизированных ПСМ, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».
Сопоставительный анализ результатов применения заявляемого изобретения с характеристиками известных устройств показывает, что заявляемое изобретение повышает адаптивность ПСМ к условиям эксплуатации и улучшает потребительские свойства изделий, выполненных с применением заявляемого изобретения. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критериям патентоспособности «промышленная применимость» и «изобретательский уровень».
Конструкция ПСМ, оборудованного при помощи заявляемого изобретения, отображена на Рис. 1, где указаны: корпус 1, крышка 2, делительный механизм с электрогидроприводом 3, угольник 4, каретка 5, вал 6, плюсовая импульсная трубка 7, минусовая импульсная трубка 8, датчик перепада давления 9, шпонка 10, полимерное уплотнение 11, металлическое уплотнение 12, волновая пружина 13-14, ролик 15, измерительный канал 16, входной патрубок 17, общий коллектор 18. В качестве устройства, модернизированного при помощи заявляемого изобретения и отображенного в таковом виде на рисунке, использовался переключатель скважин многоходовой, описанный в изобретении №2529270 [RU 2529270, МПК F16K 11/085, опубл. 27.09.2014].
Изобретение функционально реализуется и работает нижеследующим образом.
В корпусе 1 (на внутренней цилиндрической поверхности, снизу и сверху от входных отверстий) имеются две диаметральные канавки с углублениями, предназначенными для фиксации каретки 5 напротив каждого отверстия. По канавкам перемещаются ролики 15 подвижной каретки 5. Глубина канавок и углублений выбрана таким образом, что при перемещении роликов по канавке между уплотнением 11 и стенкой корпуса 1 образуется зазор, и при попадании роликов в углубления уплотнение прижимается к корпусу пружиной 13, а также металлическое уплотнение 12 прижимается к корпусу 1 пружиной 14, обеспечивая герметичность в замерной линии. Делительный механизм с электрогидроприводом 3 служит для обеспечения переключения каретки 5 между отводами корпуса 1. После включения электропитания электрогидропривод 3 передает вращение через шпонку валу 6, вал передает вращение угольнику 4 и каретке 5. Каретка 5 под действием пружины 13 прижимается к стенке корпуса 1, но при этом зафиксирована от проворота вокруг своей оси шпонкой 10 и обеспечивает прямолинейность качения роликов 15 (по канавкам корпуса 1), в результате которого поворачивается на определенный угол и подключается к соответствующему каналу. Во время подачи жидкости в измерительном канале 16, а так же во внутренней полости каретки, вала и угольника образуется давление, сила которого превышает силу давления жидкости, находящейся в общей полости корпуса 1. При этом мягкое уплотнение 11 удерживает жидкость (оказывающую на уплотнение давление определенной силы) от протечки, но в случае порыва или неправильного прилегания уплотнения 11 давящая жидкость попадает в специальный канал между уплотнениями 11 и 12 и далее через плюсовую импульсную трубку 7 попадает на датчик 9, который в свою очередь регистрирует разницу между силами давления жидкости на стенки трубок 7 и 8 и информирует пользователя о протечке уплотнения каретки 5.
Таким образом, в результате применения заявляемого изобретения повышается надежность работы модернизируемых ПСМ, для которых улучшается функция контроля герметичности прилегания уплотнения их подвижных кареток.