ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СКВАЖИН МНОГОХОДОВОЙ
MULTI-STREAM SWITCHING MANIFOLD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройствам распределения потоков в трубопроводных системах и может быть использовано, преимущественно, в качестве переключателя скважин в групповых замерных установках объектов нефтедобычи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Процесс измерения дебитов группы добывающих скважин широко известен. Как правило, от каждой из нескольких добывающих скважин к групповой замерной установке (далее ГЗУ) проложены трубопроводы. Внутри ГЗУ эти трубопроводы соединены с переключателем скважин многоходовым (далее ПСМ), от которого продукция одной из скважин направляется к замерному устройству, а продукция остальных скважин направляется в общий нефтесборный трубопровод.
Продукция скважин представляет собой, как правило, многокомпонентную среду, состоящую из углеводородов (в том числе асфальтенов, смол, парафинов и т.п.), пластовой, высокоминерализованной солями (до 45 г/л и более) воды, попутного газа (свободного и растворенного), мехпримесей в виде частиц горных пород, продуктов коррозии и износа внутрискважинного оборудования.
Общеизвестны ПСМ, выпускаемые промышленностью (например ОАО «АК ОЗНА» г.Октябрьский, Башкортостан, далее ПСМ1), и применяемые на абсолютном большинстве ГЗУ отечественного производства. В полом корпусе ПСМ1 размещен поворотный запорно-переключающий орган, выполненный в виде угольника. На боковом патрубке угольника установлена подпружиненная каретка, имеющая два ролика и резиновое уплотнение между кареткой и корпусом ПСМ1 для направления продукции замеряемой скважины в угольник. Верхний патрубок угольника соединен с полым валом, через который продукция одной скважины направляется к замерному устройству. Соосно верхнему патрубку в нижней части угольника выполнен цилиндрический выступ-ось, вставленный в углубление в нижней части корпуса ПСМ1. Для переключения замеров дебита с одной скважины на другую выполняется поворот вала с угольником на определенный угол, при этом ролики каретки катятся по канавкам переменной глубины, выполненным на внутренней цилиндрической поверхности корпуса ПСМ1. Глубина канавок выбрана таким образом, что при перемещении роликов по канавкам образуется зазор между резиновым уплотнением каретки и корпусом ПСМ1, но при положении угольника напротив патрубка замеряемой скважины ролики садятся в углубление и уплотнение каретки прижимается к корпусу ПСМ1.
Решение, реализованное в ПСМ1, имеет ряд существенных недостатков, основные из которых: а) низкая надежность резинового уплотнения между кареткой и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса ПСМ1 обусловленная формой уплотняемых поверхностей, что приводит к ускоренному коррозионно-эрозионному износу участка корпуса ПСМ1 под уплотнением и направляющих канавок; б) при движении роликов, прижатых пружиной, по дну направляющих канавок происходит износ и увеличение глубины канавок, что приводит к недостаточному подъему каретки при перемещении угольника между патрубками скважин и, как следствие, к повреждению уплотнения и поверхности корпуса ПСМ1; в) между осью угольника и углублением в корпусе ПСМ1 имеется значительный зазор, который по мере износа увеличивается и ничем не компенсируется. На величину этого зазора под действием пружины каретки происходит перекос угольника, что приводит к неравномерному прижатию уплотнения к корпусу ПСМ1, ускоренному износу участков корпуса ПСМ1 под нижней частью уплотнения и нижней направляющей канавки; г) недолговечность корпуса ПСМ1; д) высокая трудоемкость и стоимость ремонта корпуса ПСМ1, низкая ремонтопригодность.
Все перечисленные недостатки отрицательно влияют на точность и регулярность измерения дебитов добывающих скважин, которые предписаны федеральными нормативными документами.
Известно, что имеются исполнения корпуса ПСМ1 из высоколегированных сталей (например, 12Х18Н10Т, далее ПСМ2), известно также исполнение с цилиндрической вставкой из высоколегированной стали в корпус ПСМ (полезная модель RU 83551 U1, 14.01.2009, далее ПСМ3). Эти исполнения, как показывает практика, не дали значительных улучшений недостатков, перечисленных для ПСМ1, т.к. эрозионный износ корпуса ПСМ из высоколегированных сталей не уменьшился, то же по износу направляющих канавок.
Известно также устройство «МНОГОПОЗИЦИОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ» (патент RU 2256836 С2, 15.09.2003, далее МПТС).
В описании МПТС указано, что изобретение предназначено для использования, преимущественно, в качестве переключателя скважин в ГЗУ объектов нефтедобычи. МПТС выполнен в виде пробкового крана с цилиндрической пробкой. Пробка размещена в его полом корпусе. Корпус выполнен в виде цилиндра с торцовыми крышками. Через одну из крышек по оси корпуса выведен хвостовик пробки для ее вращения. Корпус снабжен размещенными на нем в одной плоскости радиальными патрубками. Цилиндрическая пробка размещена в корпусе с образованием по обе стороны от нее, соответственно, двух полостей. Каждая крышка корпуса снабжена патрубком для сообщения каждой из обеих его полостей с внешними устройствами. В цилиндрической пробке выполнены по количеству радиальных патрубков корпуса пазы-вырезы с выходом каждого из них на один из торцов цилиндрической пробки для обеспечения санкционированного сообщения радиальных патрубков с соответствующей полостью корпуса. Цилиндрическая пробка жестко позиционирована от каких-либо, кроме вращения, перемещений посредством упорно-радиальных подшипников, выполненных в виде двух пар скольжения.
МПТС при реализации в конкретном устройстве для целей ПСМ имеет ряд существенных недостатков: а) возникают труднорешаемые задачи, такие как уплотнение между корпусом и цилиндрической пробкой с вырезами, центрирование пробки в корпусе; б) щелевая коррозия, в) возможность заклинивания вследствие попадания в зазор мехпримесей и осаждения солей; г) высокое трение в подшипниках скольжения большого диаметра в условиях смывания продукцией добывающих скважин; д) при повороте пробки, в случае остановки ее в непредусмотренном положении, т.е. когда вырезы в пробке расположены не напротив патрубков скважин, не исключено перекрытие патрубков скважин и непредсказуемый рост давления, что недопустимо с точки зрения промышленной безопасности; е) наличие разъемных соединений снизу устройства затрудняет их обслуживание и контроль на предмет утечек; ж) в МПТС не предусмотрена возможность позиционирования пробки при ручном переключении, а также возможность настройки привода, например при замене привода, без разборки МПТС.
В качестве прототипа выбран ПСМ1 как наиболее близкий по конструктивному исполнению.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является устранение недостатков характерных для ПСМ1, повышение надежности и ремонтопригодности устройства, снижение трудоемкости его ремонта.
Указанная цель достигается тем, что переключатель скважин многоходовой содержит корпус с несколькими входными патрубками и одним общим выходным патрубком, крышку с патрубком для подключения к измерительному устройству, полый вал между полостями корпуса и крышки. При этом в корпусе выполнены каналы от каждого входного патрубка до внутренней поверхности плоского участка дна, один из входных патрубков через канал в корпусе сообщается с полым поворотным селектором, прижимаемым пружиной к дну корпуса и имеющим герметичное уплотнение с плоским участком дна корпуса, полый поворотный селектор соединен с полым валом, при этом остальные входные патрубки корпуса сообщаются с общим выходным патрубком корпуса. На дно корпуса внутри может быть установлена сменная деталь для защиты корпуса и возможности ремонта без демонтажа корпуса путем замены сменной детали. Уплотнение между селектором и сопрягаемой деталью может быть выполнено «металл по металлу». Позиционирование селектора выполняется шариками по плоской поверхности с углублениями. Пружина, прижимающая селектор к дну корпуса, не вызывает перекоса вала ПСМ, т.к. расположена центрально (соосно корпусу).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА
На чертеже приведен переключатель скважин многоходового с разрезом, где цифрами обозначены основные элементы устройства:
1 - корпус с несколькими входными патрубками и одним общим выходным патрубком;
2 - крышка с патрубком для подключения к измерительному устройству;
3 - полый вал между полостями корпуса и крышки;
4 - полый поворотный селектор с уплотнениями;
5 - пружина; ДПЦ
6 - сменная деталь.
Стрелками обозначены входы продукции скважин, направление выхода на замер продукции одной из скважин и общего выхода продукции остальных скважин.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При сохранении внешних размеров ПСМ как у прототипа уменьшается диаметр окружности центров отверстий входных каналов. Таким образом, настоящее изобретение предпочтительно к применению с количеством входных патрубков не более восьми.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
В связи с имеющейся в отечественной нефтедобывающей промышленности проблемой недолговечности, низкой ремонтопригодностью, высокой трудоемкостью и стоимостью ремонтов корпусов ПСМ1, что приводит к нарушениям точности и регулярности замеров дебитов добывающих скважин, техническое решение, сформулированное в настоящем изобретении, станет реальной альтернативой при его реализации.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Паспорт Ха 2.954.008 ПС. Переключатели скважин многоходовые ОАО «АК ОЗНА» г.Октябрьский, Башкортостан, прототип.
2. Патент РФ на полезную модель RU 83551 U1, 14.01.2009.
3. Патент РФ на изобретение RU 2256836 С2, 15.09.2003.