RU2529270C1

RU2529270C1 - Well multi-way switch

Info

Publication number: RU2529270C1
Application number: RU2013120891/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Кравцов; Радик Асымович Мусалеев; Ринат Маратович Хазиев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ОЗНА-Измерительные системы"
Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2014-09-27

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.

SUBSTANCE: well multi-way switch comprises body with bores for connection of working fluid feed pipe and hydraulic drive. Hydraulic drive consists of housing, hydraulic cylinder, spring-loaded piston engaged with rack articulated with gear and ratchet divider. Said ratchet divider is engaged with rotary shaft for switching of measurement channel over to working fluid feed pipes. Measurement channel is composed of T-bend with moving carriage. Said T-bend moved freely along hollow shaft axis. Said moving carried is locked by T-bend thrusts, rollers and spring, opposite inlet pipe at abutting on housing wearproof built-up surface.

EFFECT: enhanced performances, better adaptability to operating conditions.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области добычи нефти и может быть использовано для переключения направления нефти от трубопроводов, проводящих нефть от добывающих скважин на устройство, замеряющее дебет скважин. The invention relates to the field of oil production and can be used to switch the direction of oil from pipelines conducting oil from producing wells to a device that measures the debit of wells.

Известно устройство, содержащее корпус с отверстиями для подключения патрубков подачи рабочей жидкости, гидрораспределитель для подключения канала измерения к патрубкам подачи рабочей жидкости, в корпусе установлена втулка с отверстиями, соответствующими отверстиями корпуса, канал измерения выполнен в виде угольника с подвижной кареткой соединения с отверстиями, угольник соединен с полым валом подачи рабочей жидкости в измерительный патрубок, гидрораспределитель выполнен в виде корпуса, в котором установлен подпружиненный поршень, соединенный с зубчатой рейкой, взаимодействующей с шестерней, кинематически связанной с шестерней-делителем [RU 83551 U1 (заявка ПМ №2009100951), 10.06.2009].A device is known comprising a housing with holes for connecting nozzles for supplying a working fluid, a control valve for connecting a measuring channel to nozzles for supplying a working fluid, a sleeve with holes corresponding to the holes of the housing is installed in the housing, the measuring channel is made in the form of a square with a movable carriage of connection with holes, a square connected to a hollow shaft for supplying working fluid to the measuring pipe, the valve is made in the form of a housing in which a spring-loaded piston is installed, connected to the rack, interacting with the gear kinematically connected to the gear-divider [RU 83551 U1 (application PM No. 2009100951), 06/10/2009].

Недостатком известного устройства является частое заклинивание каретки при переключении скважин, это происходит по причине изнашивания опор вала, следствием чего является перемещение жестко закрепленного угольника с валом вдоль своей оси, в результате которого ролики каретки упираются в торец канавки корпуса, интенсивно изнашивая оси и посадочные отверстия роликов, а также направляющие канавки корпуса. Вследствие образовавшегося износа каретка проворачивается вокруг своей оси и заклинивает. Так же частой причиной заклинивания является ошибочный подбор регулировочных шайб при сборке данного устройства, требуется дополнительное регулирование опор вала для точного позиционирования роликов каретки относительно направляющих канавок корпуса, что весьма сложно сделать особенно в полевых условиях.A disadvantage of the known device is the frequent jamming of the carriage when switching wells, this is due to wear of the shaft supports, the consequence of which is the movement of a rigidly fixed square with the shaft along its axis, as a result of which the carriage rollers abut against the end of the housing groove, intensively wearing out the axles and mounting holes of the rollers as well as the guide grooves of the housing. Due to wear and tear, the carriage rotates around its axis and wedges. Another common cause of jamming is the erroneous selection of adjusting washers when assembling this device; additional adjustment of the shaft supports is required for the exact positioning of the carriage rollers relative to the housing guide grooves, which is very difficult to do especially in the field.

Известно устройство, предназначенное для переключения направления нефти от трубопроводов, проводящих нефть от добывающих скважин на устройство, замеряющее дебет скважин [RU 2158868 C2, 10.11.2000]. Запорное устройство содержит корпус кольцевой формы. Корпус имеет радиально расположенные входные отверстия и закрывается с торцов крышками. Внутри корпуса размещен запорный орган с наружной сферической поверхностью и отводным каналом. Запорный орган управляется посредством вала. Вал соосно установлен в канале верхней крышки. Отводной канал сообщается с отводным патрубком. Запорный орган выполнен к виде усеченного шара с числом входных каналов на одно меньше числа входных отверстий корпуса. В последних установлены уплотнения. Они подпружинены относительно присоединяемых к корпусу фланцев и взаимодействуют с наружной поверхностью запорного органа. Нижняя часть запорного органа зафиксирована установленной соосно управляемому валу пятой в ячеистой перегородке нижней крышки. Внутренняя полость вала соединена с одной стороны с отводным каналом запорного органа, с другой - посредством радиальных отверстий с полостью отводного патрубка.A device is known for switching the direction of oil from pipelines that conduct oil from producing wells to a device that measures the debit of wells [RU 2158868 C2, 10.11.2000]. The locking device comprises a ring-shaped housing. The housing has radially located inlet openings and closes with end caps. Inside the housing there is a locking element with an external spherical surface and an outlet channel. The locking element is controlled by a shaft. The shaft is coaxially mounted in the channel of the top cover. The outlet channel communicates with the outlet pipe. The locking body is made in the form of a truncated ball with the number of input channels one less than the number of inlets of the housing. In the latter, seals are installed. They are spring-loaded relative to the flanges attached to the housing and interact with the outer surface of the locking element. The lower part of the locking body is fixed mounted coaxially controlled fifth shaft in the mesh wall of the lower cover. The internal cavity of the shaft is connected on one side to the outlet channel of the locking member, and on the other, through radial holes with the cavity of the outlet pipe.

Недостатком известного устройства является материалоемкость конструкции, большие габариты корпуса при использовании 14 отводов, быстрый износ запорного органа из-за постоянного контакта с множеством уплотнений, залипание в статически поджатом состоянии подпружиненных уплотнительных седел, вследствие которого, по мере износа уплотнительных манжет, нарушается их герметичность.A disadvantage of the known device is the material consumption of the structure, the large dimensions of the case when using 14 taps, the rapid wear of the locking element due to constant contact with many seals, sticking in the statically pressed state of the spring-loaded sealing seats, due to which, as the sealing lips wear, their tightness is violated.

Целью изобретения является улучшение потребительских свойств путем упрощения процесса сборки и ремонта, обеспечения надежной фиксации и герметичности уплотнения каретки, плавного переключения каретки, коррозионной стойкости и износостойкости внутренней, рабочей поверхности корпуса контактирующей с уплотнением каретки.The aim of the invention is to improve consumer properties by simplifying the assembly and repair process, ensuring reliable fixation and tightness of the carriage seal, smooth switching of the carriage, corrosion resistance and wear resistance of the inner, working surface of the housing in contact with the carriage seal.

Указанная цель достигается тем, что поворотный измерительный патрубок выполнен в виде тройника, свободно, в пределах ширины канавок, перемещающегося вдоль оси полого вала. На тройнике жестко закреплены упоры, ограничивающие попорот каретки вокруг своей оси при движении роликов по кольцевым канавкам. Таким образом, заявленное устройство позволяет достичь плавного перемещения каретки с четкой фиксацией на впадинах корпуса противоположно отводам, в том числе при износе регулировочных шайб опорных точек пала, или критического износа роликов каретки и направляющих канавок корпуса, а также в случае ошибочного подбора регулировочных шайб при сборке ПСМ. Для предотвращения преждевременной коррозии и интенсивного износа внутренней, рабочей поверхности корпуса в условиях сильноагрессивных рабочих сред и большого количества механических примесей предлагается выполнять наплавку данной поверхности нержавеющим сплавом.This goal is achieved by the fact that the rotary measuring pipe is made in the form of a tee, freely, within the width of the grooves moving along the axis of the hollow shaft. The stops are rigidly fixed on the tee, limiting the carriage rotate around its axis when the rollers move along the annular grooves. Thus, the claimed device allows to achieve smooth movement of the carriage with a clear fixation on the hollows of the housing opposite to the bends, including when the adjusting washers of the support points of the collar are worn out, or when the carriage rollers and the guide grooves of the housing are critically worn, as well as in the case of erroneous selection of adjusting washers during assembly PSM. To prevent premature corrosion and intensive wear of the inner, working surface of the body under highly aggressive working environments and a large number of mechanical impurities, it is proposed to surfacing this surface with a stainless alloy.

Конструкция устройства приведена на фиг.1, 2, где указаны корпус 1, крышка 2, вал 3, каретка 4, тройник 5, датчик положения 6, уплотнение 7, замерной патрубок 8, рейка 9, колесо зубчатое 10, храповик 11, пружина 12, шпонка 13, пружина 14, указатель 15, канавки 16, входные патрубки 17, регулировочная шайба 18, регулировочный подпятник 19, выходной коллектор 20, шпонка 21, винт регулировочный 22, крышка 23, гидроцилиндр 24, поршень 25, корпус 26, контргайка 27, пружина 28.The design of the device is shown in figures 1, 2, where the housing 1, the cover 2, the shaft 3, the carriage 4, the tee 5, the position sensor 6, the seal 7, the metering pipe 8, the rack 9, the gear wheel 10, the ratchet 11, the spring 12 are indicated , key 13, spring 14, pointer 15, grooves 16, inlet 17, adjusting washer 18, adjusting thrust 19, output manifold 20, key 21, adjusting screw 22, cover 23, hydraulic cylinder 24, piston 25, housing 26, lock nut 27 spring 28.

В корпусе 1, на внутренней цилиндрической поверхности, снизу и сверху входных отверстий, имеются две диаметральные канавки 16 с углублениями для фиксации каретки 4 напротив каждого отверстия. По канавкам перемещаются ролики подвижной каретки 4. Глубина канавок и углублений выбрана таким образом, что при перемещении роликов по канавке между резиновым уплотнением 7 и стенкой корпуса 1 образуется зазор и при попадании роликов в углубления уплотнение прижимается к корпусу пружиной 12, обеспечивая герметичность в замерной линии. Поршневой привод с делительным механизмом служит для обеспечения переключения скважин и состоит из корпуса 26, закрепленного на крышке 2, гидроцилиндра 24 с крышкой 23, поршнем 25, пружиной 28 и зубчатой рейкой 9, составляющей одно целое со штоком поршня. Внутри корпуса привода на валу установлены храповик 11 на шпонке 13 и подвижно сидящее колесо зубчатое 10. Колесо зубчатое 10 прижимается к храповику 11 пружиной 14 и кинематически взаимодействует с зубчатой рейкой 9. Храповик 11 и колесо зубчатое 10 имеют торцевые зубья со скосами, что обеспечивает одностороннее зацепление, при их взаимном повороте. Устройство работает следующим образом. После срабатывания гидропривода рабочая жидкость в гидроцилиндре 24 перемещает поршень 25, жестко связанный с зубчатой рейкой 9. Рейка 9 перемещается и вращает колесо 10, прижатое пружиной 14 к храповику 11, заставляя ее тоже перемещаться на несколько градусов. Поскольку колесо 10 жестко соединено шпонкой 13 с валом 3, то вал передает вращение тройнику 5 посредством шпоночного соединения 21, каретка поворачивается на определенный угол и подключается к соответствующему каналу. Тройник 5 свободно скользит вдоль оси вала 3, тем самым позволяет роликам каретки 4 самоцентрироваться в пределах канавок 16, вне зависимости от настройки зазоров и положения вала 3 регулировочными шайбами 18 и подпятниками 19 в опорных подшипниках. На тройнике 5 имеются упоры для предотвращения проворачивания каретки 4 вокруг своей оси и обеспечения прямолинейности качения роликов каретки по канавкам 16 корпуса 1. На номер положения канала указывают датчик положения 6 и указатель 15. Рабочая жидкость через тройник 5 и полый вал 3 подается в измерительный патрубок 8, и осуществляется замер производительности соответствующей скважины. После установки каретки 4 напротив одного из каналов и ограничения хода рейки 26 в упор регулировочного винта 22 с контргайкой 27 подача рабочей жидкости в гидроцилиндр 24 прекращается и пружина 28 возвращает поршень 25 с рейкой 9 в исходное положение. Поскольку храповик 11 и колесо 10 имеют торцевые зубья со скосами, то при возврате зубчатой рейки 9 храповик 11 и вал 3 остаются па месте. Поверхность корпуса 1 между канавками 16 наплавляется нержавеющим сплавом.In the housing 1, on the inner cylindrical surface, below and above the inlet openings, there are two diametrical grooves 16 with recesses for fixing the carriage 4 opposite each opening. The rollers of the movable carriage 4 move along the grooves. The depth of the grooves and recesses is selected so that when the rollers move along the groove between the rubber seal 7 and the wall of the housing 1, a gap is formed and when the rollers hit the grooves, the seal is pressed against the housing by a spring 12, ensuring tightness in the measuring line . A piston drive with a dividing mechanism serves to ensure switching of wells and consists of a housing 26 mounted on the cover 2, a hydraulic cylinder 24 with a cover 23, a piston 25, a spring 28 and a gear rack 9, which is integral with the piston rod. Inside the drive housing, a ratchet 11 is mounted on the key 13 and a gear wheel 10 is mounted. The gear wheel 10 is pressed against the ratchet 11 by a spring 14 and kinematically interacts with the gear rack 9. The ratchet 11 and the gear wheel 10 have end teeth with bevels, which provides one-sided teeth gearing, with their mutual rotation. The device operates as follows. After actuating the hydraulic actuator, the working fluid in the hydraulic cylinder 24 moves the piston 25, rigidly connected to the gear rack 9. The rack 9 moves and rotates the wheel 10, pressed by the spring 14 to the ratchet 11, forcing it to also move several degrees. Since the wheel 10 is rigidly connected by a key 13 to the shaft 3, the shaft transmits rotation to the tee 5 by means of a key connection 21, the carriage is rotated by a certain angle and connected to the corresponding channel. The tee 5 freely slides along the axis of the shaft 3, thereby allowing the rollers of the carriage 4 to self-center within the grooves 16, regardless of the setting of the clearances and the position of the shaft 3 with the adjusting washers 18 and thrust bearings 19 in the thrust bearings. On the tee 5 there are stops to prevent the carriage 4 from turning around its axis and to ensure the straightness of the rolling of the carriage rollers along the grooves 16 of the housing 1. The position sensor 6 and the pointer 15 indicate the channel position number. The working fluid is fed through the tee 5 and the hollow shaft 3 into the measuring pipe 8, and the productivity of the corresponding well is measured. After installing the carriage 4 opposite one of the channels and restricting the travel of the rack 26 to the stop of the adjusting screw 22 with a lock nut 27, the supply of working fluid to the hydraulic cylinder 24 is stopped and the spring 28 returns the piston 25 with the rack 9 to its original position. Since the ratchet 11 and the wheel 10 have end teeth with bevels, when returning the rack 9, the ratchet 11 and the shaft 3 remain in place. The surface of the housing 1 between the grooves 16 is fused with a stainless alloy.

В случае износа роликов каретки 4, или канавок 16 корпуса 1, заклинивание каретки не происходит, что подтверждают заводские и промысловые испытания заявленного устройства ПСМ. Во время ремонта ПСМ с заменой изношенных узлов нет необходимости точно регулировать зазоры в опорах вала с помощью регулировочных шайб и подпятников, т.к. тройник с кареткой самоцентрируется в пределах канавок 16, вне зависимости от осевого смещения вала 3, который выбирает все зазоры, за счет выталкивающей силы давления рабочей среды ПСМ. Наплавка рабочей поверхности корпуса 1 обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и износостойкость в условиях высокоагрессивных сред и большого количества механических примесей. Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает повышенную ремонтопригодность, надежность, долговечность конструкции и простоту обслуживания.In the case of wear of the rollers of the carriage 4, or grooves 16 of the housing 1, jamming of the carriage does not occur, which is confirmed by factory and field tests of the claimed PSM device. During the repair of the PSM with the replacement of worn-out assemblies, there is no need to precisely adjust the clearances in the shaft bearings using shims and thrust bearings, as the tee with the carriage self-centers within the grooves 16, regardless of the axial displacement of the shaft 3, which selects all the gaps, due to the buoyant pressure force of the PSM working medium. Surfacing of the working surface of the housing 1 provides increased corrosion resistance and wear resistance in conditions of highly aggressive environments and a large number of mechanical impurities. Thus, the claimed device provides increased maintainability, reliability, durability and ease of maintenance.

Claims

A multi-way well switch, comprising a housing with holes for connecting nozzles for supplying a working fluid, a hydraulic cylinder made in the form of a housing in which a spring-loaded piston is connected, connected to a gear rack, kinematically connected with a gear and a ratchet divider that rotates the shaft, designed to switch the measurement channel to nozzles for supplying a working fluid, characterized in that the measurement channel is made in the form of a tee, freely moving along the axis of the hollow shaft, with a movable carriage, ennoy from turning around its axis stops tee and the seating by means of rollers and springs, opposite the inlet pipe, adjacent to the build-up wear-resistant surface of the body.