газовая скважина, регулирующий клапан, комбинированный привод регулирующего клапана для газовой скважины

Формула изобретения

1. Комбинированный привод клапана, установленного в имеющей корпус запорно-регулировочной арматуре, характеризующийся тем, что он включает основной механо-гидравлический и дублирующий его приводные механизмы, которые смонтированы на корпусе запорно-регулировочной арматуры, по меньшей мере, частично конструктивно и функционально совмещены, выполнены с возможностью обеспечения автономного однонаправленного рабочего хода и объединены общим для них не менее чем одним имеющим рабочий орган автоматического действия приводным механизмом возвратного хода, который одновременно является общей совмещенной частью механогидравлического и дублирующего приводных механизмов, при этом в корпусе арматуры смонтирован имеющий выступающий хвостовик приводной шток, а на корпусе запорно-регулировочной арматуры смонтирован имеющий боковую стенку и, по меньшей мере, внешний торец корпус комбинированного привода, в котором, по крайней мере, частично размещены упомянутые приводные механизмы с пропуском через них хвостовика приводного штока, выполненного с превышением длины корпуса комбинированного привода на величину, не менее необходимой для размещения на нем выступающей части дублирующего приводного механизма, имеющего опорно-поворотный блок, упорную опору вращения, преобразователь вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока и выполненного полым для беспрепятственного перемещения хвостовика приводного штока и преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока, при этом внешний торец корпуса комбинированного привода выполнен со стакановидным углублением, имеющим стенку и проем в донной части, с возможностью заведения в него и спирального опирания на стенку преобразователя вращательного движения, другая часть которого в зоне контакта с опорно-поворотным блоком выполнена с возможностью передачи вращательного момента на преобразователь и через последний и упомянутую упорную опору вращения передачи преобразованного вращательного момента в импульс осевого усилия на приводной шток, кроме того, хвостовик снабжен поршнем, образующим с одной стороны совместно с корпусами запорно-регулировочной арматуры и комбинированного привода рабочую камеру механогидравлического приводного механизма, а с другой стороны - подвижную опору рабочего органа, общего для упомянутых основного и дублирующего приводных механизмов, приводного механизма возвратного поступательного хода.

2. Комбинированный привод клапана по п.1, отличающийся тем, что преобразователь вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока выполнен в виде стержня со сквозным продольным каналом, выполненным по профилю хвостовика приводного штока, и содержит, по крайней мере, три опорные части, в том числе винтовую и зацепную, со скольжением на заданную длину и, по крайней мере, одну упорную часть.

3. Комбинированный привод клапана по п.2, отличающийся тем, что винтовая опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока выполнена на одном конце стержня и находится в зацеплении с внутренней поверхностью стакановидного углубления внешнего торца корпуса комбинированного привода, а его зацепная опорная часть выполнена на другом конце стержня не менее чем с одной плоской или разнорадиусной частью поверхности или гранью, исключающей тангенциальное проскальзывание стержня при передаче через него вращательного момента от основного механогидравлического или дублирующего его приводных механизмов.

4. Комбинированный привод клапана по п.2, отличающийся тем, что винтовая опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока выполнена в виде спиральной резьбы, в том числе одно- или многозаходной, и размещена на стержне преобразователя движения, предпочтительно, в зоне, удаленной от зацепной его части.

5. Комбинированный привод клапана по п.2, отличающийся тем, что зацепная опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока выполнена не менее чем трехгранной, предпочтительно четырехгранной.

6. Комбинированный привод клапана по п.2, отличающийся тем, что зацепная опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока выполнена не менее чем пятигранной, предпочтительно шестигранной.

7. Комбинированный привод клапана по п.2, отличающийся тем, что на хвостовике приводного штока установлен упорный подшипник с возможностью взаимодействия с упорной частью преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока механического или ручного приводного механизма в поступательное движение приводного штока, выполненной на внешнем торце стержня.

8. Комбинированный привод клапана по п.7, отличающийся тем, что упорный подшипник закреплен на хвостовике приводного штока посредством гайки, законтренной шплинтом.

9. Комбинированный привод клапана по п.7, отличающийся тем, что участок хвостовика приводного штока, взаимодействующий с упорным подшипником, снабжен ответным кольцевым опорным выступом.

10. Комбинированный привод клапана по п.8, отличающийся тем, что кольцевой опорный выступ хвостовика приводного штока съемно смонтирован на нем.

11. Комбинированный привод клапана по п.8, отличающийся тем, что кольцевой опорный выступ хвостовика приводного штока выполнен за одно целое с ним.

12. Комбинированный привод клапана по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен защитным колпаком стаканного типа для предотвращения механических повреждений хвостовика приводного штока.

13. Регулирующий клапан, характеризующийся тем, что он содержит корпус запорно-регулировочной арматуры с подводящим и отводящим патрубками, центральным каналом с установленным внутри него клетковым запорным узлом, который связан с приводным штоком, и комбинированный приводной механизм, выполненный по любому из пп.1-12.

14. Газовая скважина, характеризующаяся тем, что она содержит ствол с обсадной колонной, насосно-компрессорной трубой, устьевой арматурой, включающей фонтанную арматуру, содержащую запорно-регулировочную арматуру, при этом насосно-компрессорная труба содержит подземное эксплуатационное оборудование, в состав которого входит, по меньшей мере, один клапан-отсекатель газа, а запорно-регулировочная арматура устьевого оборудования скважины включает, по меньшей мере, один регулирующий клапан, выполненный по п.13.

15. Газовая скважина по п.14, отличающаяся тем, что насосно-компрессорная труба оснащена, по меньшей мере, одним пакером.

16. Газовая скважина по п.14, отличающаяся тем, что насосно-компрессорная труба оснащена, по меньшей мере, одним циркуляционным клапаном.

17. Газовая скважина по п.14, отличающаяся тем, что насосно-компрессорная труба оснащена, по меньшей мере, одним ингибиторным клапаном.

18. Газовая скважина по п.17, отличающаяся тем, что насосно-компрессорная труба оснащена, по меньшей мере, одним срезным клапаном.

19. Газовая скважина по п.17, отличающаяся тем, что фонтанная арматура оснащена, по крайней мере, одним обратным устьевым клапаном.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к газовой промышленности, а именно к эксплуатируемым газовым скважинам, в частности к устьевому оборудованию газовой скважины, и предназначена для регулирования дебита и оптимизации режимов эксплуатации скважин газоносных пластов.

Из существующего уровня техники известна газовая скважина, в состав устьевого оборудования которой входит регулирующий клапан (см., напр., SU 345266 A1, опубл. 01.01.1972).

Из существующего уровня техники известен дроссельный клапан с ручным приводом, предназначенный для регулировки потока газа на газовой скважине (см., напр., RU 57861 U1, опубл. 27.10.2006).

Недостатком известных решений является наличие незапланированных перепадов дебита и остановок эксплуатационной подачи газа и затруднения, связанные с поддержанием на заданном уровне давления газа на выходе из скважины и с обеспечением стабильного потока во всем диапазоне его регулирования.

Из существующего уровня техники известен комбинированный привод клапана, включающий гидравлический и ручной приводные механизмы и приводной механизм возвратного хода, при этом ручной приводной механизм снабжен преобразователем движения (см., напр., GB 861665, опубл. 22.02.1961).

Из существующего уровня техники известен комбинированный привод клапана, включающий гидравлический и ручной приводные механизмы и приводной механизм возвратного хода (см., напр., DT 2145551, опубл. 27.04.1972).

Недостатками этих известных решений являются сложность конструкций, высокая материалоемкость, энерго- и трудоемкость их изготовления, поскольку в обоих известных решениях приводной механизм возвратного хода связан лишь с гидравлическим приводным механизмом и не обеспечивает возвратный ход при действии ручного приводного механизма.

Задачей данной группы изобретений является обеспечение плавного регулирования потока флюида, улучшения основных эксплуатационных показателей газовой скважины, поддержание на заданном уровне давления газа на выходе из скважины, обеспечение стабильного потока во всем диапазоне его регулирования посредством установленного на устье регулирующего клапана с комбинированным приводом пониженной материалоемкости, энерго- и трудоемкости его изготовления при одновременном улучшении эксплуатационных качеств и увеличении срока службы регулирующего клапана.

Поставленная задача в части комбинированного привода регулирующего клапана устьевого оборудования скважины, установленного в имеющей корпус запорно-регулировочной арматуре, решается за счет того, что он включает основной механо-гидравлический и дублирующий его приводные механизмы, которые смонтированы на корпусе запорно-регулировочной арматуры, по меньшей мере, частично конструктивно и функционально совмещены, выполнены с возможностью обеспечения автономного однонаправленного рабочего хода и объединены общим для них, не менее чем одним имеющим рабочий орган автоматического действия приводным механизмом возвратного хода, который одновременно является общей совмещенной частью механо-гидравлического и дублирующего приводных механизмов, при этом в корпусе арматуры смонтированы имеющий выступающий хвостовик приводной шток, а на корпусе запорно-регулировочной арматуры смонтирован имеющий боковую стенку и, по меньшей мере, внешний торец корпус комбинированного привода, в котором, по крайней мере, частично размещены упомянутые приводные механизмы с пропуском через них хвостовика приводного штока, выполненного с превышением длины корпуса комбинированного привода на величину не менее необходимой для размещения на нем выступающей части дублирующего приводного механизма, имеющего опорно-поворотный блок, упорную опору вращения, преобразователь вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока и выполненного полым для беспрепятственного перемещения хвостовика приводного штока и преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока, при этом внешний торец корпуса комбинированного привода выполнен со стакановидным углублением, имеющим стенку и проем в донной части с возможностью заведения в него и спирального опирания на стенку преобразователя вращательного движения, другая часть которого в зоне контакта с опорно-поворотным блоком выполнена с возможностью передачи вращательного момента на преобразователь и через последний и упомянутую упорную опору вращения передачи преобразованного вращательного момента в импульс осевого усилия на приводной шток, кроме того, хвостовик снабжен поршнем, образующим, с одной стороны, совместно с корпусами запорно-регулировочной арматуры и комбинированного привода рабочую камеру механо-гидравлического приводного механизма, а с другой стороны, подвижную опору рабочего органа, общего для упомянутых основного и дублирующего приводных механизмов приводного механизма возвратного поступательного хода.

Преобразователь вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока может быть выполнен в виде стержня со сквозным продольным каналом, выполненным по профилю хвостовика приводного штока, и содержать, по крайней мере, три опорные части, в том числе винтовую и зацепную со скольжением на заданную длину, и, по крайней мере, одну упорную часть.

Винтовая опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока может быть выполнена на одном конце стержня и находится в зацеплении с внутренней поверхностью стакановидного углубления внешнего торца корпуса комбинированного привода, а его зацепная опорная часть может быть выполнена на другом конце стержня не менее чем с одной плоской или разнорадиусной частью поверхности или гранью, исключающей тангенциальное проскальзывание стержня при передаче через него вращательного момента от основного механо-гидравлического или дублирующего его приводных механизмов.

Винтовая опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока может быть выполнена в виде спиральной резьбы, в том числе одно- или многозаходной, и размещена на стержне преобразователя движения предпочтительно в зоне, удаленной от зацепной его части.

Зацепная опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока может быть выполнена не менее чем трехгранной, предпочтительно четырехгранной.

Зацепная опорная часть преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока в поступательное движение приводного штока может быть выполнена не менее чем пятигранной, предпочтительно шестигранной.

На хвостовике приводного штока может быть установлен упорный подшипник с возможностью взаимодействия с упорной частью преобразователя вращательного движения опорно-поворотного блока механического или ручного приводного механизма в поступательное движение приводного штока, выполненной на внешнем торце стержня.

Упорный подшипник может быть закреплен на хвостовике приводного штока посредством гайки, законтренной шплинтом.

Участок хвостовика приводного штока, взаимодействующий с упорным подшипником, может быть снабжен ответным кольцевым опорным выступом.

Кольцевой опорный выступ хвостовика приводного штока может быть съемно смонтирован на нем.

Кольцевой опорный выступ хвостовика приводного штока может быть выполнен за одно целое с ним.

Комбинированный привод может быть дополнительно снабжен защитным колпаком стаканного типа для предотвращения механических повреждений хвостовика приводного штока.

Поставленная задача в части регулирующего клапана решается за счет того, что он содержит корпус запорно-регулировочной арматуры с подводящим и отводящим патрубками, центральным каналом с установленным внутри него клетковым запорным узлом, который связан с приводным штоком, и комбинированный приводной механизм, описанный выше.

Поставленная задача в части газовой скважины решается за счет того, что она содержит ствол с обсадной колонной, насосно-компрессорной трубой, устьевой арматурой, включающей фонтанную арматуру, содержащую запорно-регулировочную арматуру, при этом насосно-компрессорная труба содержит подземное эксплуатационное оборудование, в состав которого входит, по меньшей мере, один клапан-отсекатель газа, а запорно-регулировочная арматура устьевого оборудования скважины включает, по меньшей мере, один регулирующий клапан, описанный выше.

Насосно-компрессорная труба может быть оснащена, по меньшей мере, одним пакером.

Насосно-компрессорная труба может быть оснащена, по меньшей мере, одним циркуляционным клапаном.

Насосно-компрессорная труба может быть оснащена, по меньшей мере, одним ингибиторным клапаном.

Насосно-компрессорная труба может быть оснащена, по меньшей мере, одним срезным клапаном.

Фонтанная арматура может быть оснащена, по крайней мере, одним обратным устьевым клапаном.

Техническим результатом, достигаемым при реализации данной группы изобретений, является улучшение основных эксплуатационных показателей газовой скважины, а именно исключение незапланированных остановок подачи газа и поддержание на заданном уровне давления газа на выходе из скважины, обеспечение стабильного потока во всем диапазоне его регулирования посредством установленного на устье регулирующего клапана и плавным дросселированием потока добываемого флюида с комбинированным приводом, при этом привод выполнен с обеспечением снижения материалоемкости, энергоемкости и трудозатрат на его изготовление при улучшении эксплуатационных качеств - надежности и независимости работы основного и дублирующего приводных механизмов, и облегченном присекании подачи газа посредством объединенного механизма обратного хода, выполненного с возможностью накопления преобразуемой в потенциальную кинетической энергии движения, направленного на открытие регулирующего клапана, что наиболее важно при возникновении нештатных ситуаций, и направлено на эффективное предотвращение или значительное снижение аварийных утечек транспортируемой среды и повышает противопожарную безопасность на газовом промысле.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез регулирующего клапана с комбинированным приводом; на фиг.2 изображен комбинированный привод; на фиг.3 изображен разрез по А-А на фиг.2; на фиг.4 изображен разрез по А-А на фиг.2 (вариант выполнения); на фиг.5 изображен продольный разрез газовой скважины со скважинным оборудованием.

Регулирующий клапан установлен в корпусе 1 запорно-регулировочной арматуры. Корпус 1 запорно-регулировочной арматуры имеет подводящий и отводящий патрубки 2, 3 соответственно и центральный канал 4. В центральном канале 4 установлен клетковый запорный узел 5, который выполнен с возможностью обеспечения плавного регулирования дросселируемого потока флюида, преимущественно газа или газового конденсата. Клетковый запорный узел 5 связан с приводным штоком 6. На корпусе 1 запорно-регулировочной арматуры смонтирован корпус 7 комбинированного привода. В корпусе 7 комбинированного привода частично размещены основной механо-гидравлический, дублирующий его приводные механизмы 8, 9 соответственно и общий для них приводной механизм 10 возвратного хода с пропуском через них приводного штока 6, имеющего хвостовик 11. Приводной механизм 10 возвратного хода имеет рабочий орган 12 автоматического действия для закрытия регулирующего клапана. Рабочий орган 12 приводного механизма 10 возвратного хода выполнен с возможностью накопления преобразуемой в потенциальную кинетической энергии движения, направленного на открытие регулирующего клапана любым из приводных механизмов 8, 9.

В предпочтительном варианте хвостовик 11 приводного штока 6 снабжен поршнем 13. Он образует совместно с корпусами 1, 7 запорно-регулировочной арматуры и комбинированного привода герметичную рабочую камеру 14 основного механо-гидравлического приводного механизма 8. Герметичная рабочая камера 14 выполнена с возможностью подачи в нее рабочей среды. Кроме того, поршень 13 является подвижной опорой для рабочего органа 12 приводного механизма 10 возвратного поступательного хода. Рабочий орган 12 установлен на хвостовике приводного штока между поршнем 13 и внешним торцом корпуса 7 комбинированного привода. Приводной шток 6 выполнен с превышением длины корпуса 7 комбинированного привода на величину не менее необходимой для размещения на нем выступающей части дублирующего приводного механизма 9.

Дублирующий приводной механизм 9 имеет опорно-поворотный блок 15, преобразователь 16 вращательного движения опорно-поворотного блока 15 в поступательное движение приводного штока 6 и установлен на внешнем торце 17 корпуса 7 комбинированного привода. Для этого внешний торец 17 корпуса 7 комбинированного привода выполнен со стакановидным углублением 18, имеющим стенку и проем в донной части и упорную опору 19 вращения, на которую опирается с возможностью вращения опорно-поворотный блок 15. В стакановидное углубление 18 заведен и спирально опирается на его стенку преобразователь 16 вращательного движения опорно-поворотного блока 15 в поступательное движение приводного штока 6. Он выполнен в виде стержня 20 со сквозным продольным каналом, выполненным по профилю хвостовика 11 приводного штока 6 с круглоцилиндрическим проходным сечением. Он содержит две опорные части 21, 22, соответственно винтовую и зацепную со скольжением на заданную длину, и упорную часть 23. Винтовая опорная часть 21 преобразователя 16 выполнена на одном конце стержня 20 и находится в зацеплении с внутренней поверхностью стакановидного углубления 18 внешнего торца 17 корпуса 7 комбинированного привода. Она может быть выполнена в виде спиральной резьбы, в том числе одно- или многозаходной.

Зацепная опорная часть 22 преобразователя 16 выполнена на другом конце стержня 20 не менее чем с одной плоской или разнорадиусной частью поверхности или гранью, исключающей тангенциальное проскальзывание стержня 20 при передаче через него вращательного момента от основного механо-гидравлического или дублирующего его приводных механизмов 8, 9. Примерами такого выполнения могут служить шестигранная (фиг.3) или четырехгранная (фиг.4) формы выполнения.

На кольцевом опорном выступе 24, выполненном на хвостовике 11 приводного штока 6, установлен упорный подшипник 25, закрепленный на хвостовике 11 приводного штока 6 посредством гайки 26, законтренной шплинтом 27. Кольцевой опорный выступ 24 может быть выполнен съемным или за одно целое с хвостовиком 11. Упорный подшипник 25 установлен для взаимодействия с упорной частью 23 преобразователя 16, выполненной на внешнем торце стержня 20. Комбинированный привод дополнительно снабжен защитным колпаком 28 стаканного типа для предотвращения механических повреждений хвостовика 11 приводного штока 6.

Газовая скважина (фиг.5) включает ствол с обсадной колонной 29, насосно-компрессорной трубой 30, устьевой арматурой, включающей фонтанную арматуру 31, содержащую запорно-регулировочную арматуру. Насосно-компрессорная труба 30 содержит подземное эксплуатационное оборудование, в состав которого входит, по меньшей мере, один клапан-отсекатель 32 газа. Запорно-регулировочная арматура включает, по меньшей мере, один регулирующий клапан 33, описанный выше.

Насосно-компрессорная труба 30 оснащена, по меньшей мере, одним пакером 34, по меньшей мере, одним циркуляционным клапаном 35, ингибиторным клапаном 36, срезным клапаном 37.

Фонтанная арматура 31 оснащена, по крайней мере, одним обратным устьевым клапаном 38.

Работа осуществляется следующим образом.

Поток газа или газового конденсата по насосно-компрессорной трубе 30 и фонтанной арматуре 31 из скважины поступает в открытый регулирующий клапан 33 запорно-регулировочной арматуры через подводящий патрубок 2 в клетковый запорный узел 5. Регулирующий клапан 33 может быть открыт с помощью основного механо-гидравлического приводного механизма 8 или с помощью дублирующего приводного механизма 9.

Для открытия регулирующего клапана 33 с помощью основного механо-гидравлического приводного механизма 8 в его рабочую камеру 14 подается под давлением рабочая жидкость, которая перемещает поршень 13. Поршень 13 перемещается совместно с хвостовиком 11 приводного штока 6, на котором он жестко закреплен. Приводной шток 6, перемещаясь, приводит в движение рабочий орган клеткового запорного узла 5, открывая регулирующий клапан и регулируя при этом расход транспортируемой среды. Через открытый клапан газ или газовый конденсат поступает в отводящий патрубок 3 и далее в газовый коллектор. Во время перемещения приводного штока рабочий орган 12 приводного механизма 10 возвратного хода накапливает кинетическую энергию, которая преобразуется в потенциальную энергию.

Для закрытия регулирующего клапана подача рабочей жидкости в рабочую камеру 14 основного механо-гидравлического приводного механизма 8 прекращается, снимается избыточное давление в рабочей камере 14 и поршень 13 возвращается в исходное положение с помощью рабочего органа 12 приводного механизма 10 возвратного хода благодаря накопленной кинетической энергии, преобразуемой в потенциальную, при открытии регулирующего клапана. Именно таким способом закрытия клапана и достигается исключение незапланированных остановок подачи газа и поддержание на заданном уровне давления газа на выходе из скважины.

Для открытия регулирующего клапана 33 с помощью дублирующего приводного механизма 9 приводят во вращательное движение вручную или механически опорно-поворотный блок 15. От опорно-поворотного блока 15 крутящий момент передают на преобразователь 16 вращательного движения. Крутящий момент передается благодаря выполнению зацепной опорной части 22 преобразователя 16 вращательного движения не менее чем с одной плоской или разнорадиусной гранью, конгруэнтному по форме выполнения отверстия в опорно-поворотном блоке 15. Такое зацепление способствует передаче вращательного момента без ограничения продольного перемещения преобразователя 16 вращательного движения относительно опорно-поворотного блока 15. Благодаря спиральному опиранию на стенку стакановидного углубления 18 во внешнем торце 17 корпуса 7 комбинированного привода преобразователь 16 вращательного движения, вращаясь, перемещается вдоль оси приводного штока 6. Упираясь в упорный подшипник 25, он перемещает приводной шток 6 и рабочий орган регулирующего клапана 33, открывая его. Во время перемещения приводного штока 6 рабочий орган 12 приводного механизма 10 возвратного хода накапливает кинетическую энергию, преобразуемую в потенциальную.

Закрытие клапана происходит путем вращения опорно-поворотного блока 15 в противоположную сторону и вызванного этим возвратного смещения преобразователя 16 вращательного движения, обеспечивающего при этом возможность возвратного перемещения приводного штока 6, а последнее осуществляется приводным механизмом 10 возвратного хода путем разжатия его рабочего органа 12 благодаря накопленной кинетической энергии при открытии регулирующего клапана 33.

При наличии указанного устьевого и подземного эксплуатационного оборудования достигается заявленный технический результат, обеспечивающий упомянутое повышение равномерности потока добываемого флюида и надежности эксплуатации скважины и каждого газоносного пласта месторождения.