RU2370633C1

RU2370633C1 - Adjustable pressure regulator

Info

Publication number: RU2370633C1
Application number: RU2008123081/03A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Павлов (RU); Андрей Александрович Павлов; Дмитрий Александрович Дружинин (RU); Дмитрий Александрович Дружинин; Виктор Владимирович Степанов (RU); Виктор Владимирович Степанов; Юрий Игоревич Пашухин (RU); Юрий Игоревич Пашухин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Союзнефтегаздинамикк"
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2009-10-20

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: pressure regulator consists of case with inlet and outlet cavities, in case there are installed pressure tight chamber of specified pressure, valve in saddle, piston sensing element equipped with rubber ring, bushing out of fluoroplastic with rubber packing, and rod connected to valve and to lower surface of piston sensing element. A sleeve is additionally installed in the outlet cavity of the regulator; the piston sensing element with rod equipped with additional rubber packing is assembled in the sleeve. The pressure tight chamber of specified pressure is created by lower surface of the piston sensing element and internal walls of the sleeve.

EFFECT: enhanced reliability and accuracy of regulator, expanded range of working pressure value at inlet and increased stability of pressure value at outlet eliminating manual control during regulator operation, compactness.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматического регулирования давления в области нефтедобывающей и газодобывающей промышленностях, в частности к устройствам для автоматического поддержания давления в системах скважинных приборов и техники испытаний.The invention relates to the field of automatic pressure control in the field of oil and gas industries, in particular to devices for automatically maintaining pressure in systems of downhole tools and test equipment.

Для оптимальной эксплуатации нефтяной скважины необходимо, чтобы выдерживалось во времени равенство притока жидкости из пласта и отбора ее насосом. Если такое равенство не выдерживается, то будет происходить либо недобор жидкости и, следовательно, неполное использование потенциальной возможности скважины, либо будет срыв на приеме насоса и, в конечном итоге, выход его из строя. Подобрать насос в точном соответствии с притоком жидкости из пласта практически невозможно. Для поддержания равенства притока жидкости из пласта и отбора ее насосом необходимо регулировать величину забойного давления.For optimal operation of an oil well, it is necessary that the equality of fluid flow from the reservoir and its selection by the pump is maintained in time. If this equality is not maintained, then there will either be a shortage of fluid and, consequently, incomplete use of the potential of the well, or there will be a breakdown in the intake of the pump and, ultimately, its failure. It is almost impossible to select a pump in exact accordance with the flow of fluid from the reservoir. To maintain the equality of fluid flow from the reservoir and its selection by the pump, it is necessary to adjust the bottomhole pressure.

Известны регуляторы давления, предназначенные для автоматического поддержания заданного давления в трубопроводах, применяемые в различных областях промышленности и содержащие корпус, регулирующий клапан и чувствительный элемент, (авт. св. СССР №324617). Однако конструктивные особенности и низкая надежность не позволяют использовать их для работы в нефтяных скважинах.Known pressure regulators designed to automatically maintain a given pressure in pipelines, used in various industries and containing a housing, a control valve and a sensing element (ed. St. USSR No. 324617). However, design features and low reliability do not allow their use for work in oil wells.

Известен устьевой регулятор давления, содержащий корпус с установленными внутри него сильфонной камерой со штоком, седлом, расположенные в корпусе входные каналы, соединенные с верхней точкой насосно-компрессорных труб, и выходные каналы, соединенные с системой нефтесбора (пат РФ 2158359).Known wellhead pressure regulator containing a housing with a bellows chamber installed inside it with a stem, a saddle, input channels located in the housing connected to the upper point of the tubing, and output channels connected to the oil gathering system (US Pat. No. 2158359).

Основным недостатком сильфонных регуляторов является трудность их эксплуатации в нефтяной промышленности, поскольку при задавливании скважины давление в месте установки регулятора достигает значения, в 5-8 раз большего, чем давление газа в рабочей камере регулятора, что приводит к разрушению чувствительного элемента (сильфона) и снижает точность регулирования.The main disadvantage of bellows regulators is the difficulty of their operation in the oil industry, since when a well is crushed, the pressure at the regulator installation site reaches a value 5–8 times greater than the gas pressure in the regulator’s working chamber, which leads to the destruction of the sensitive element (bellows) and reduces precision regulation.

Известен регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми расположен регулирующий орган, связанный со стороны входной полости с исполнительным элементом, и пилотный клапан, чувствительный элемент которого образует с корпусом полость, сообщенную с выходной полостью и через пилотный клапан - с полостью управления исполнительного элемента (пат. СССР 1779291) Регулирующий орган выполнен в виде двухседельного затвора, первый запорный элемент которого поджат к первому седлу со стороны входной полости, а второй запорный элемент - ко второму седлу со стороны выходной полости. Недостаток регулятора: большие габариты, недостаточная надежность в работе, отсутствует защита от вредных внешних воздействий.A pressure regulator is known, comprising a housing with an inlet and an outlet cavity, between which a regulating body is connected, connected from the side of the inlet cavity with an actuating element, and a pilot valve, the sensing element of which forms a cavity in communication with the housing, communicating with the outlet cavity and through the pilot valve with the cavity control element (Pat. USSR 1779291) The regulatory body is made in the form of a two-seat shutter, the first locking element of which is pressed to the first saddle from the side of the input cavity, and the second locking element - the second seat by the output cavity. Disadvantage of the regulator: large dimensions, insufficient reliability, lack of protection from harmful external influences.

Известен регулятор давления, содержащий корпус, крышку, шток, клапан, жестко связанный со штоком, размещенные под крышкой мембрану и механизм управления, включающий стакан с отогнутым наружным краем и регулировочную пружину (пат РФ 2187143). Согласно данному изобретению шток выполнен в виде двух размещенных одна над другой частей, верхняя из которых имеет маховичок для перемещения клапана, а нижняя снабжена сквозным центральным каналом для подачи рабочей среды в полость над мембраной, установленной с опорой на отогнутый край стакана, снабженный резьбовым поясом для жесткой связи с крышкой, при этом клапан установлен с опорой на донную часть стакана, снабженную уплотнением, установленным в канале для перемещения штока, и наружным резьбовым поясом для жесткой связи с корпусом регулятора. Основной недостаток данного регулятор давления - невозможность применения на нефтяных скважинах, сложность конструкции, наличие маховичка, который приводится в движение вручную.A known pressure regulator comprising a housing, a cover, a stem, a valve rigidly connected to the stem, a membrane and a control mechanism located under the cover, including a cup with a bent outer edge and an adjustment spring (US Pat. 2187143). According to this invention, the rod is made in the form of two parts placed one above the other, the upper of which has a handwheel for moving the valve, and the lower one is equipped with a through central channel for supplying the working medium to the cavity above the membrane, mounted with support on the bent edge of the glass, equipped with a threaded belt rigid connection with the cover, while the valve is mounted with support on the bottom of the glass, equipped with a seal installed in the channel for moving the rod, and an external threaded belt for tight connection with the body regulator. The main disadvantage of this pressure regulator is the inability to use in oil wells, the complexity of the design, the presence of a handwheel, which is set in motion manually.

Общим недостатком всех перечисленных выше регуляторов является сложность настройки регулятора на требуемый диапазон рабочих давлений на выходе при известных давлениях на входе.A common drawback of all of the above regulators is the difficulty of adjusting the regulator to the required range of operating pressures at the outlet at known inlet pressures.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному решению является регулятор давления, включающий корпус с входной и выходной полостями, внутри которого установлены герметичная камера заданного давления, клапан в седле, поршневой чувствительный элемент, снабженный резиновым кольцом, втулкой из фторопласта с резиновым уплотнением, шток, соединенный с клапаном и нижней поверхностью поршневого чувствительного элемента (пат РФ 2031438). Недостатком прототипа является сложность настройки регулятора на требуемый диапазон рабочих давлений на выходе при известных давлениях на входе, низкая точность регулирования давления на выходе, о чем свидетельствует большой разброс значений давления на выходе, ограниченный диапазон значений давлений на входе при указанном диапазоне значений давления на выходе. Давление задания формируется путем закачки рабочего агента в герметичную камеру перед работой с помощью баллона, что, в свою очередь, усложняет конструкцию и не обеспечивает надежность регулировки.The closest in technical essence to the proposed solution is a pressure regulator, including a housing with inlet and outlet cavities, inside of which there is a sealed chamber of a given pressure, a valve in the seat, a piston sensitive element equipped with a rubber ring, a PTFE sleeve with a rubber seal, a rod connected with a valve and the bottom surface of the piston sensing element (US Pat. RF 2031438). The disadvantage of the prototype is the difficulty of adjusting the regulator to the required range of operating pressure at the outlet at known inlet pressures, low accuracy of the outlet pressure control, as evidenced by the large variation in the outlet pressure, a limited range of inlet pressures with the specified range of outlet pressures. The pressure of the task is formed by pumping the working agent into the sealed chamber before operation with the help of a cylinder, which, in turn, complicates the design and does not provide reliable adjustment.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и точности регулятора, увеличение диапазона величины рабочего давления на входе и стабильности величины давления на выходе без вмешательства в процессе работы регулятора, компактность.The technical task of the invention is to increase the reliability and accuracy of the regulator, increasing the range of the working pressure at the inlet and the stability of the pressure at the outlet without interfering with the operation of the regulator, compactness.

Техническая задача решается за счет использования неуправляемого настраиваемого регулятора давления, включающего корпус с входной и выходной полостями, внутри которого установлены герметичная камера заданного давления, клапан в седле, поршневой чувствительный элемент, снабженный резиновым кольцом, втулкой из фторопласта с резиновым уплотнением, шток, соединенный с клапаном и нижней поверхностью поршневого чувствительного элемента. При этом в выходной полости регулятора дополнительно установлен стакан, внутри которого расположен поршневой чувствительный элемент со штоком, снабженным дополнительным резиновым уплотнителем, при этом герметичная камера заданного давления образована за счет нижней поверхности поршневого чувствительного элемента и внутренних стенок стакана. Внутри герметичной камеры неуправляемого настраиваемого регулятора давления может быть дополнительно установлена пружина.The technical problem is solved through the use of an uncontrolled, adjustable pressure regulator, including a housing with inlet and outlet cavities, inside of which there is a sealed chamber of a given pressure, a valve in the seat, a piston sensing element equipped with a rubber ring, a fluoroplastic sleeve with a rubber seal, a rod connected to valve and bottom surface of the piston sensing element. At the same time, a cup is additionally installed in the output cavity of the regulator, inside of which there is a piston sensitive element with a rod equipped with an additional rubber seal, and a sealed chamber of a given pressure is formed due to the lower surface of the piston sensitive element and the inner walls of the glass. An additional spring can be installed inside the sealed chamber of the uncontrolled, adjustable pressure regulator.

На чертеже изображен предлагаемый регулятор давления, где: 1 - корпус, который имеет входную и выходную полости, 2 - поршневой чувствительный элемент, 3 - втулка из фторопласта, 4 - резиновое кольцо, 5 - шток, 6 - клапан, 7 - пружина, 8 - седло, 9 - стакан, 10 - резиновый уплотнитель, А - герметичная камера.The drawing shows the proposed pressure regulator, where: 1 - a housing that has an inlet and outlet cavity, 2 - a piston sensitive element, 3 - a sleeve made of fluoroplastic, 4 - a rubber ring, 5 - a rod, 6 - a valve, 7 - a spring, 8 - a saddle, 9 - a glass, 10 - a rubber sealant, A - a tight chamber.

Внутри корпуса 1 расположен клапан 6, упирающийся на седло 8. Шток 5 соединен одним концом с клапаном 6, а другим концом с нижней поверхностью поршневым чувствительным элементом 2, который установлен внутри стакана 9. Поршневой чувствительный элемент снабжен резиновым кольцом 4, взаимодействующим с втулкой 3 из фторопласта, что способствует уменьшению усилий трения. Шток 5 снабжен дополнительным резиновым уплотнителем 10, который позволил упростить конструкцию и, как следствие, увеличить его надежность. Герметичная камера А состоит из внутренних стенок стакана 9 и нижней поверхности поршневого чувствительного элемента 2. Герметичность камеры обеспечена за счет резиновых уплотнителей 10, расположенных в штоке 5 и корпусе стакана 9. Для увеличения порога регулирования в герметичной камере А устанавливается пружина 7, которая в дополнение к избыточному давлению воздуха внутри герметичной камеры оказывает воздействие на поршневой чувствительный элемент 2. Выходная полость связана с входной полостью за счет зазора между стаканом и внутренней стенкой корпуса.A valve 6 is located inside the housing 1, abutting on the seat 8. The stem 5 is connected at one end to the valve 6, and the other end to the bottom surface of the piston sensing element 2, which is installed inside the glass 9. The piston sensing element is equipped with a rubber ring 4, interacting with the sleeve 3 from ftoroplast, which helps to reduce friction. The rod 5 is equipped with an additional rubber seal 10, which allowed to simplify the design and, as a result, increase its reliability. The tight chamber A consists of the inner walls of the cup 9 and the bottom surface of the piston sensing element 2. The tightness of the chamber is ensured by rubber seals 10 located in the stem 5 and the cup body 9. To increase the control threshold, a spring 7 is installed in the tight chamber A, which in addition to excessive air pressure inside the sealed chamber affects the piston sensing element 2. The output cavity is connected with the inlet cavity due to the gap between the glass and the inside the housing wall.

Клапан работает следующим образом.The valve operates as follows.

Давление задания в герметичной камере А формируется при сборке регулятора с учетом рабочего хода клапана. При давлениях, не превышающих порога срабатывания, входная и выходная полости регулятора сообщаются между собой за счет того, что упругие силы сжатого воздуха и пружины отводят шток с поршневым чувствительным элементов в сторону выходной полости. При образовании на входе величины давления, превышающей величину давления задания, поршневой чувствительный элемент 2 со штоком 5 и клапаном 6 приходят в движение. Клапан 6 перекрывает входное отверстие, удерживая требуемое давление на выходе.The task pressure in the sealed chamber A is formed during the assembly of the regulator taking into account the valve stroke. At pressures not exceeding the response threshold, the inlet and outlet cavities of the regulator communicate with each other due to the fact that the elastic forces of compressed air and springs divert the piston rod from the sensitive elements to the side of the outlet cavity. When a pressure value is formed at the inlet that exceeds the reference pressure value, the piston sensing element 2 with the stem 5 and valve 6 are set in motion. The valve 6 closes the inlet, holding the desired pressure at the outlet.

Разработанный регулятор давления имеет величину диапазона давления на входе от 0,50 до 600 кг/см², при этом давление на выходе колеблется от 2,7 до 4,3 кг/см² в отличие от прототипа, который работает при давлении на входе 80 кг/см² и колебание давления на выходе составляет 1-12 кг/см².The developed pressure regulator has an inlet pressure range of 0.50 to 600 kg / cm ² , while the outlet pressure ranges from 2.7 to 4.3 kg / cm ² , unlike the prototype, which operates at an inlet pressure of 80 kg / cm ² and the pressure fluctuation at the outlet is 1-12 kg / cm ² .

Таким образом, получена высокая точность регулирования при работе предлагаемого регулятора, который рекомендован к применению. Кроме того, в прототипе давление задания формируется путем закачки рабочего агента в герметичную камеру перед работой, в то время как в предлагаемой конструкции не требуется закачки газа в герметичную камеру. Давление образуется в результате сборки регулятора.Thus, a high accuracy of regulation is obtained during operation of the proposed controller, which is recommended for use. In addition, in the prototype, the pressure of the task is formed by pumping a working agent into a sealed chamber before work, while in the proposed design, it is not necessary to pump gas into a sealed chamber. Pressure is generated by the assembly of the regulator.

В процессе сборки при устанавливании в стакан поршневого чувствительного элемента со штоком сначала входит в зацепление резиновое уплотнение штока, затем резиновое уплотнение поршневого чувствительного элемента. При дальнейшем продвижении внутрь стакана поршневого чувствительного элемента внутри герметичной камеры создается избыточное давление, которое нарастает до момента закрытия клапаном седла. Величина этого давления и есть заданное давление. Давление задания зависит от выбора объема герметичной камеры, рабочего хода поршневого чувствительного элемента и диаметров штока и поршневого чувствительного элемента.During the assembly process, when a piston sensing element is inserted into the glass with the rod, the rubber seal of the rod first engages, then the rubber seal of the piston sensor. With further advancement into the cup of the piston sensing element, an excess pressure is created inside the sealed chamber, which increases until the valve closes the seat. The magnitude of this pressure is the given pressure. The task pressure depends on the choice of the volume of the sealed chamber, the stroke of the piston sensor and the diameters of the rod and piston sensor.

Claims

1. A customizable pressure regulator, including a housing with inlet and outlet cavities, inside of which there is a sealed chamber of a given pressure, a valve in the seat, a piston sensing element equipped with a rubber ring, a fluoroplastic sleeve with a rubber seal, a rod connected to the valve and the bottom surface of the piston sensing element, characterized in that in the output cavity of the regulator an additional glass is installed, inside of which there is a piston sensitive element with a rod provided with additional rubber sealant, while a sealed chamber of a given pressure is formed due to the lower surface of the piston sensing element and the inner walls of the glass.

2. The adjustable pressure regulator according to claim 1, characterized in that an additional spring is installed inside the sealed chamber.