Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ "КВАДРИГА" СО СМЕННЫМИ ДРОССЕЛЯМИ

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к средствам регулирования потока текучей среды в трубопроводной арматуре, а именно к кранам со сферическими поворотными пробками и со сменными дросселями.

Как известно, в нефтегазодобыче дебит нефти достигает 3500 т/сутки газа - 1.5…2 млн м³ при пластовом давлении 800-900 кгс/см² и температуре нефтепродукта 135-150°С с возможным содержанием агрессивных составляющих: H₂S - до 6% и CO₂ - до 12%.

В этих тяжелых условиях эксплуатации основную нагрузку берут на себя детали запорной и регулирующей трубопроводной арматуры, что снижает их срок службы.

Вследствие этого уменьшается герметичность арматуры, привлекаются значительные материальные ресурсы для восстановления и поддержания работоспособности оборудования.

Одним из путей обеспечения стабильности и регулирования режима эксплуатации нефтяных или газовых скважин является использование многоканальных регуляторов высокого давления с шаровыми кранами со встроенными в шаровой пробке сменными дросселями.

Известен многоканальный регулятор высокого давления со сменными дросселями, содержащий корпусной элемент с образованными в нем, по меньшей мере, двумя радиально расположенными продольными каналами, каждый из которых снабжен шаровым краном, пробка которого размещена в седлах, установленных в посадочных местах с возможностью совмещения их сквозных отверстий с указанными продольными каналами, пробка соединена со шпинделем, а каждый канал сообщен с патрубками с фланцами, выполненными с возможностью разъемного соединения с частями трубопровода, при этом регулятор снабжен сменной дросселирующей вставкой - дросселем (патент РФ RU 77461, МПК G05D 7/00, опубликовано: 20.10.2098 г.).

Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принято за прототип.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что в случае выхода из строя деталей одного из кранов необходим демонтаж устройства целиком, это же относится и к работам, связанным с заменой изношенных дроссельных втулок.

Для проведения этой операции необходимо работу скважины переводить на запасной отвод, на котором должен быть установлен резервный дроссель заданного диаметра, затем сбрасывать давление с линии и только после этого разбирать фланцевое соединение и демонтировать регулятор с трубопровода.

Таким образом, смена дроссельной втулки регулятора требует перерыва в подаче рабочей среды по трубопроводу, трудоемка и длительна.

Технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении непрерывности потока рабочей среды в процессе замены дросселирующих вставок.

Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом.

Многоканальный регулятор высокого давления со сменными дросселями содержит корпусной элемент с образованными в нем, по меньшей мере, двумя радиально расположенными продольными каналами. Каждый из каналов снабжен шаровым краном, пробка которого размещена в седлах, установленных в посадочных местах с возможностью совмещения их сквозных отверстий с указанными продольными каналами. Пробка соединена со шпинделем, а каждый канал сообщен с патрубками с фланцами, выполненными с возможностью разъемного соединения с частями трубопровода. Регулятор снабжен сменной дросселирующей вставкой - дросселем. Указанный корпусной элемент выполнен составным в виде двух полукорпусов, каждый из которых конструктивно объединен с соответствующим патрубком. Оба полукорпуса соединены между собой центральным болтом. Оси сопряженных продольных каналов образуют между собой тупой угол, вершина которого расположена в плоскости разъема полукорпусов, а стороны угла наклонены к их центральной оси. В зоне сопряжения каналов образованы полости, в которых размещены седла, охватывающие шаровую пробку. Пробка имеет сквозное диаметральное отверстие, в котором размещен указанный сменный дроссель. В одном полукорпусе под углом к оси упомянутого сквозного отверстия в пробке установлен шпиндель, соосно которому на противололожной стороне пробки в другом полукорпусе размещена ее опора. Ось проходного отверстия в пробке и ось шпинделя размещены в одной продольной диаметральной плоскости под углом друг к другу с возможностью совмещения отверстия под дроссель с продольными отверстиями в полукорпусах при открытом положении шарового крана и с возможностью совмещения отверстия под дроссель с отверстием под травмобезопасную заглушку, размещенную в другом полукорпусе, и выполненную с возможностью сброса давления из полости между седлами при смене дросселя, при повороте шпинделя на 180°.

Устройство иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлен фронтальный вид регулятора; на фиг. 2 - вид сбоку; на фиг. 3 - продольный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - частичный вид продольного разреза А-А на фиг. 1 в положении регулятора «ОТКРЫТО»; на фиг. 5 - частичный вид продольного разреза А-А на фиг. 1 в положении регулятора «ЗАКРЫТО»; на фиг. 6 - частичный вид продольного разреза А-А на фиг. 1 в положении регулятора «СМЕНА ДРОССЕЛЯ».

Многоканальный регулятор высокого давления со сменными дросселями, содержит корпусной элемент 1 с образованными в нем, по меньшей мере, двумя радиально расположенными продольными каналами 2.

Каждый из каналов снабжен шаровым краном, пробка 3 которого размещена в седлах 4, установленных в посадочных местах с возможностью совмещения их сквозных отверстий 5 с указанными продольными каналами 2.

Пробка 3 соединена со шпинделем 6, а каждый канал 2 сообщен с патрубками 7, выполненными с возможностью разъемного соединения с частями трубопровода. Регулятор снабжен сменной дросселирующей вставкой - дросселем 8.

Указанный корпусной элемент 1 выполнен составным в виде двух полукорпусов 9 и 10, каждый из которых конструктивно объединен с соответствующим патрубком 7.

Оба полукорпуса 9 и 10 соединены между собой центральным болтом 11

Оси сопряженных продольных каналов образуют между собой тупой угол α, вершина которого расположена в плоскости разъема Б-Б полукорпусов 9 и 10.

Стороны угла α наклонены к их центральной оси В-В на угол β.

В зоне сопряжения каналов 2 образованы полости, в которых размещены седла 4, охватывающие шаровую пробку 3.

Пробка 3 имеет сквозное диаметральное отверстие, в котором размещен указанный сменный дроссель 8.

В одном полукорпусе 10 под углом к оси упомянутого сквозного отверстия в пробке 3 установлен шпиндель 6, соосно которому на противололожной стороне пробки 3 в другом полукорпусе 9 размещена ее опора 12.

Ось проходного отверстия в пробке 3 и ось шпинделя 8 размещены в одной продольной диаметральной плоскости под углом Ψ друг к другу с возможностью совмещения отверстия под дроссель 6 с продольными отверстиями 4 в полукорпусах 9 и 10 при открытом положении (фиг. 4) шарового крана и, с возможностью совмещения отверстия под дроссель 6 в пробке 3 с отверстием под травмобезопасную заглушку 13 в другом полукорпусе 9 при повороте шпинделя 6 на 180°.

Травмобезопасная заглушка 13 выполнена с возможностью сброса давления из полости L между седлами 4 при смене дросселя 8.

Решение выполнить корпус с центральным разъемом позволило уйти от конструкции кранов с «плавающей пробкой» и перейти к конструкции - «пробка в опорах».

Учитывая большие значения давления рабочей среды (до 35 МПа), это решение позволяет снизить крутящий момент на шпинделе крана и, как следствие, при автоматизации регулятора - применить для управления менее мощные и более дешевые приводы.

Снижение момента на шпинделе позволило также перейти от уплотнения крана «полимерными седлами» к уплотнению - «металл по металлу».

Такое решение в условиях абразивных и агрессивных сред позволяет повысить ресурс шаровых кранов.

Кроме этого в каждом шаровом кране ось шпинделя и ось проходного отверстия в пробке выполнены не перпендикулярными друг к другу, также ось шпинделя не перпендикулярна и к оси седел.

Это решение позволило в проходном отверстии шаровой пробки установить сменную дроссельную втулку и обеспечить возможность ее замены на работающем трубопроводе без его остановки.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии изобретения указано его назначение, оно может быть осуществлено промышленным способом при обслуживании и ремонте многоканальных регуляторов высокого давления, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки, приведенные в формуле изобретения, позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.

Изобретение в том виде, как оно охарактеризовано в формуле, может быть осуществлено с помощью средств и методов, описанных в патенте RU 77461, ставшим общедоступным до даты приоритета изобретения.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное техническое решение не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а в выявленных таких решениях не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат.

Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат - обеспечение непрерывности потока рабочей среды в процессе замены дросселирующих вставок.

Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Устройство работает следующим образом.

Как и в обычном шаровом кране в положении «открыто» (фиг. 4) отверстие в шаровой пробке 3 совпадает с каналом 2 в полукорпусах 9 и 10.

Для закрытия крана необходимо пробку 3 повернуть на угол 90°, при повороте пробки 3 на угол 180° отверстие в шаровой пробке 3 с установленной дроссельной втулкой (дросселем) 8 совпадает с технологическим отверстием в другом полукорпусе 9, что позволяет произвести демонтаж дроссельной втулки 9.

Для этого выкручивается травмобезопасная заглушка 13, через отверстие в которой из полости L между седлами 4 сбрасывается давление, в результате чего седла 4 плотно прижимаются к поверхности шаровой пробки 3, обеспечивая тем самым надежную герметизацию полости L.

В результате сброса давления появляется возможность извлечь дроссельную втулку 8 из шаровой пробки 3 и на ее место установить другую.

Все это делается без остановки трубопровода, пока меняется дроссельная втулка 8 на одном шаровом кране, работают параллельно расположенные другие шаровые краны.

Регулятор по изобретению работает по следующему алгоритму.

Когда в скважине давление высокое, используется только один шаровой кран с дроссельной втулкой (вставкой) 8 небольшого диаметра.

По мере снижения пластового давления поочередно дополнительно открываются последующие шаровые краны со вставками 8 небольшого диаметра.

Если давление падает настолько, что суммарного расхода рабочей среды при использовании отверстий данного диаметра во втулках 8 недостаточно, демонтируется соответствующая дроссельная втулка 8 и на ее место устанавливается дроссельная втулка 8 с отверстием большего диаметра при закрытом положении каждого шарового крана.

В случае выхода из строя втулки 8 в результате эррозионного износа всегда имеется возможность произвести ее замену на новую без остановки подачи рабочей среды по трубопроводу.

Следовательно, изобретение представляет собой ремонтопригодную многоступенчатую систему регулирования расхода как путем перекрытия шаровых кранов, так и путем замены втулок 8, что позволяет сократить затраты времени на изменение режима работы скважины, и при этом не требуется дополнительного перекрытия трубопровода и использования специального инструмента.

К основными достоинствами нового регулятора следует отнести:

- компактность;

- ремонтопригодность;

- возможность производить быстрое ступенчатое регулирование расхода рабочей среды;

- благодаря установке в шаровые пробки дроссельных втулок с разным диаметром отверстий возможно за счет поочередного или одновременного открытия кранов добиться точного регулирование в течение длительного времени без переналадки;

- возможность производить замену четырех дроссельных втулок под давлением через отверстия в корпусе;

- в момент замены дроссельных втулок по трубопроводу продолжает подаваться рабочая среда, так как имеется возможность использовать резервные каналы;

- в отличие от регулируемого дросселя в конструкции отсутствуют линейно перемещающиеся детали, что исключает выход из строя в результате отложения в его полостях песка или замерзания воды;

- конструкция может быть автоматизирована и включена в систему САУ при установке на каждый кран независимые приводы;

- использование изобретения дает и экономический эффект в результате снижения потерь материальных и финансовых ресурсов из-за простоев скважин.

Данный регулятор может быть применен в системе автоматизированного регулирования дебита удаленных или находящихся в труднодоступных местах скважин, где обслуживание и присутствие персонала затруднено или где отсутствует энергоснабжение.