CN113494268A - 气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法 - Google Patents

气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法，气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置包括：外筒，筒壁上设置有用于连接支管的连接孔；变径活塞，包括大径端、小径端和连接杆，大径端和小径端平行间隔设置，小径端位于外筒内，大径端位于支管内，连接杆间隙穿设在连接孔中，且连接杆的两端分别连接大径端和小径端；弹性导向组件，固定设置在外筒内并与小径端连接。本发明的有益效果是，本发明实施例通过在连接孔设置变径活塞，能够提高对压差或者流量的敏感程度，可以使支路的在正常小流量常通，当支路破损导致瞬时大流量时，变径活塞快速关闭连接孔，且关闭后保持持续关闭的状态。

Description

气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法
技术领域
本发明涉及油田开发技术领域，具体涉及一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法。
背景技术
由于气体的易流动特点，在管路并联支路较多的情况，一旦某一支路出现低压(破损)，气体将从快速汇集该处，即瞬时流量快速增加。在气驱过程中，也遇到同样问题。若单一气源给多口注入井注气，在调节流量阀门后，各井保持各自流量注入地层，一旦一处调节阀门出现问题(破损、失灵等)，该井瞬时流量突增，造成注气井之间的注入比例被打乱。在单口注气井内也存在同样问题，在不同层位配注不同气量，若某个层位的配注装置破损，则单井注入气量瞬时进入该层位，整体注入量的分配比例被破坏。
即使管线分支或井下多层注入出现瞬时流量增加的情况，该状况也很难观察和判断，况且整体流量没有变化。受管线及井下空间狭小的客观条件限制，不可能安装复杂的监测装置。如果能简单的判断并相应的关闭该分支(层位)通路，且不影响主气路的畅通，则其它支路及层位仍能有效工作。
较小流量下，支路畅通，当破损时，支路阻力更小，流量快速增加，即支路通畅性提高。与要求支路断路、封闭的思想矛盾，若无特殊的识别、控制方法，该问题很难解决。在空间不受限制的条件下，可在支路易破损部位(出口阀门)安装流量计，设定流量限度，一旦气体流量超过限度，则通过电磁控制等用电磁阀关闭该支路。显然该复杂的辅助设施不适应安装在井筒空间狭小、且流体环境复杂的环境内。
发明内容
本发明提供了一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法，以实现支路小流量常通，瞬时大流量快速关闭的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，包括：外筒，筒壁上设置有用于连接支管的连接孔；变径活塞，包括大径端、小径端和连接杆，大径端和小径端平行间隔设置，小径端位于外筒内，大径端位于支管内，连接杆间隙穿设在连接孔中，且连接杆的两端分别连接大径端和小径端；弹性导向组件，固定设置在外筒内并与小径端连接。
进一步地，连接杆与小径端的连接处设置有用于与连接孔配合的密封圈。
进一步地，连接杆与大径端的连接处设置有用于与连接孔配合的密封圈。
进一步地，弹性导向组件包括：固定导向管，沿外筒径向设置在外筒的内部；弹簧，套设在固定导向管外，的一端与固定导向管或者外筒连接，弹簧的另一端与小径端的端面连接。
进一步地，连接杆的轴线与连接孔的轴线共线。
进一步地，固定导向管的轴线与连接杆的轴线共线。
进一步地，外筒呈管状或者容器状结构。
本发明还提供了一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法，采用上述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置进行操作。
进一步地，气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法包括以下步骤：
步骤10、在常态下，将变径活塞的小径端和大径端均与连接孔间隔设置，使外筒与支管能够通过连接杆与连接孔之间的间隙连通；
步骤20、当支管具有破损时，使小径端在外筒内部压力作用下朝向连接孔方向移动并封堵连接孔。
进一步地，在步骤中20，当满足以下条件时，小径端朝向连接孔方向移动并封堵连接孔：
Figure BDA0002442181180000021
其中，Pin为外筒内侧气体压力，Si为小径端的面积，Srod为连接杆的截面积，So为大径端的面积，Pbr为外筒外侧气体压力，Pfb气体流过连接孔缝隙的阻力，
Figure BDA0002442181180000022
为弹性导向组件的拉力。
本发明的有益效果是，本发明实施例通过在连接孔设置变径活塞，能够提高对压差或者流量的敏感程度，可以使支路的在正常小流量常通，当支路破损导致瞬时大流量时，变径活塞快速关闭连接孔，且关闭后保持持续关闭的状态。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1中变径活塞与外筒的装配结构侧视图；
图3为本发明实施例中气体流向图。
图中附图标记：1、外筒；11、连接孔；2、变径活塞；21、大径端；22、小径端；23、连接杆；24、密封圈；31、固定导向管；32、弹簧。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，包括外筒1、变径活塞2和弹性导向组件。外筒1的筒壁上设置有用于连接支管的连接孔11。变径活塞2包括大径端21、小径端22和连接杆23，大径端21和小径端22平行间隔设置，小径端22位于外筒1内，大径端21位于支管内，连接杆23间隙穿设在连接孔11中，且连接杆23的两端分别连接大径端21和小径端22。弹性导向组件固定设置在外筒1内并与小径端22连接。
本发明实施例通过在连接孔11设置变径活塞2，能够提高对压差或者流量的敏感程度，可以使支路的在正常小流量常通，当支路破损导致瞬时大流量时，变径活塞2快速关闭连接孔11，且关闭后保持持续关闭的状态。
连接杆23与小径端22的连接处设置有用于与连接孔11配合的密封圈24。连接杆23与大径端21的连接处设置有用于与连接孔11配合的密封圈24。设置密封圈24，可以增加变径活塞2与连接孔11的密封性能，避免流体泄露。
如图1所示，弹性导向组件包括固定导向管31和弹簧32。固定导向管31沿外筒1径向设置在外筒1的内部。弹簧32套设在固定导向管31外，32的一端与固定导向管31或者外筒1连接，弹簧32的另一端与小径端22的端面连接。
设置弹簧32目的是在常规状态时，通过弹簧32的拉力作用将变径活塞2置于连接孔11的中部，即使大径端21和小径端22均不封闭连接孔11。在连接孔11与连接杆23之间形成连通外筒1内外的连接通路，流体可以通过该连接通路过流。
优选地，连接杆23的轴线与连接孔11的轴线共线。以使连接杆23外周与连接孔11内壁之间形成环形过流通路。固定导向管31的轴线与连接杆23的轴线共线。此处的目的是避免弹簧32起到导向作用时对变径活塞2产生错位的拉力，即能够使变径活塞2沿轴向方向做直线运动。
本发明实施例中外筒1可以为管状或者容器状结构，外筒1的作用是对流体进行传输，其形状结构可以根据不同工作环境进行选取。
本发明实施例还提供了一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法，采用上述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置进行操作，气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法包括以下步骤：
步骤10、在常态下，将变径活塞2的小径端22和大径端21均与连接孔11间隔设置，使外筒1与支管能够通过连接杆23与连接孔11之间的间隙连通；
步骤20、当支管具有破损时，使小径端22在外筒1内部压力作用下朝向连接孔11方向移动并封堵连接孔11。
进一步地，在步骤20中，当满足以下条件时，小径端22朝向连接孔11方向移动并封堵连接孔11：
Figure BDA0002442181180000041
其中，Pin为外筒1内侧气体压力，Si为小径端22的面积，Srod为连接杆23的截面积，So为大径端21的面积，Pbr为外筒1外侧气体压力，Pfb气体流过连接孔11缝隙的阻力，
Figure BDA0002442181180000042
为弹性导向组件的拉力。当外部结构有破损等现象时，外筒1外侧气体压力Pbr将快速降低，即气体流量瞬时增大。由上式可知，当流量达到Qlim(气体最大流量值)界限时，外筒1外侧气体压力Pbr降低，且其不能维持上式的平衡状态，则变径活塞2向图1中左侧移动，并使变径活塞2及密封圈24密封在连接孔11处，此时气体只沿外管1的主管流动，该分支被断开。
需要说明的是，静置条件下，弹簧32及变径活塞2的位置如图1所示，连接杆23外周与连接孔11内壁之间形成环形过流通路。正常注气条件下，如图3所示，气体大部分沿外管1向下流动，一部分气体在环形过流通路处分流，受气流及外部外力的影响，变径活塞2会一定程度的向左或向右偏移，但仍保持连接孔11不被堵塞。
本发明实施例的该方法有效解决了气体沿失效分支快速流动的问题，为注气过程中的气量控制及整体注气的有效性提供了理论基础。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、本发明能够提高对压差(流量)的敏感程度，提供了对瞬时流量增大情况的应对方法。
2、具有小流量过流、瞬时大流量封闭功能，有效解决了气体控制件失效后的整体注气系统失控的难题。
3、能够在水气分散体系装置中应用，在分段分配气量的条件下，具有局部失控局部隔离的特点，仍维持整体注气的功能，有力保障分散体系功能的实现。
4、发明水气分散体系装置中的控制段，简单有效，突破了井筒空间狭小、无法控制的限制。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，包括：
外筒(1)，筒壁上设置有用于连接支管的连接孔(11)；
变径活塞(2)，包括大径端(21)、小径端(22)和连接杆(23)，大径端(21)和小径端(22)平行间隔设置，小径端(22)位于外筒(1)内，大径端(21)位于所述支管内，连接杆(23)间隙穿设在连接孔(11)中，且连接杆(23)的两端分别连接大径端(21)和小径端(22)；
弹性导向组件，固定设置在外筒(1)内并与小径端(22)连接。
2.根据权利要求1所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，连接杆(23)与小径端(22)的连接处设置有用于与连接孔(11)配合的密封圈(24)。
3.根据权利要求1所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，连接杆(23)与大径端(21)的连接处设置有用于与连接孔(11)配合的密封圈(24)。
4.根据权利要求1所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，所述弹性导向组件包括：
固定导向管(31)，沿外筒(1)径向设置在外筒(1)的内部；
弹簧(32)，套设在固定导向管(31)外，(32)的一端与固定导向管(31)或者外筒(1)连接，弹簧(32)的另一端与小径端(22)的端面连接。
5.根据权利要求4所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，连接杆(23)的轴线与连接孔(11)的轴线共线。
6.根据权利要求5所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，固定导向管(31)的轴线与连接杆(23)的轴线共线。
7.根据权利要求1所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置，其特征在于，外筒(1)呈管状或者容器状结构。
8.一种气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法，采用气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置进行操作，其特征在于，所述气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置为权利要求1至7中任一项所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置。
9.根据权利要求8所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法，其特征在于，所述气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法包括以下步骤：
步骤10、在常态下，将变径活塞(2)的小径端(22)和大径端(21)均与连接孔(11)间隔设置，使外筒(1)与所述支管能够通过连接杆(23)与连接孔(11)之间的间隙连通；
步骤20、当所述支管具有破损时，使小径端(22)在外筒(1)内部压力作用下朝向连接孔(11)方向移动并封堵连接孔(11)。
10.根据权利要求9所述的气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法，其特征在于，在所述步骤20中，当满足以下条件时，小径端(22)朝向连接孔(11)方向移动并封堵连接孔(11)：
Figure FDA0002442181170000021
其中，Pin为外筒(1)内侧气体压力，Si为小径端(22)的面积，Srod为连接杆(23)的截面积，So为大径端(21)的面积，Pbr为外筒(1)外侧气体压力，Pfb气体流过连接孔(11)缝隙的阻力，
Figure FDA0002442181170000022
为所述弹性导向组件的拉力。
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