АВТОМАТИЧЕСКИЙ ПРОБКОВЫЙ КРАН Российский патент 2001 года по МПК F16K5/02 F16K37/00 

Изобретение относится к оборудованию нефтепромыслов, а более конкретно к устройствам групповых замерных установок (ГЗУ) сбора продукции нефтяных скважин в общий коллектор нефтепромысла и автоматического контроля дебита куста скважин по фракциям нефти, газа, воды.

Известно автоматическое поворотное устройство (RU N 2070502, кл. B 23 Q 15/00, 1996), содержащее ползун, снабженный скосом и выступом, воздействующими на четырехгранник, несущий диск с постоянным магнитом, поворачивая его за один ход ползуна на угол 90^o без жесткой угловой фиксации после поворота. Однако данное устройство, предназначенное для идентификации углового положения детали, закрепленной в поворотном патроне, не обеспечивает осевого перемещения (поджима) поворачиваемого элемента.

Более близким к изобретению по функциональному назначению и достигаемому эффекту является автоматический пробковый кран, содержащий корпус с размещенной в нем конической пробкой, снабженной четырехгранником, механизм поворота и осевого поджима пробки, датчик, связанный с пробкой и предназначенный для идентификации заданного программой направления потока смеси (DE 2608505 A1, F 16 K 37/00, 1977). Недостатками крана являются сложность конструкции и низкая надежность функционирования.

Задача изобретения - упрощение конструкции пробкового крана и повышение надежности функционирования.

Технический результат достигается совмещением двух функций - поворота и осевого поджима конической пробки, выполняемых одним механизмом, для чего пробка снабжена четырехгранником, на торце которого образованы наклонные площадки с возможностью взаимодействия с клином, встроенным в ползун механизма поворота и осевого поджима пробки. Стержень датчика, связанный с пробкой с возможностью ее осевого перемещения, снабжен указателем со встроенным в него магнитом, замыкающим при повороте стержня герконы, с возможностью определения датчиком заданного направления потока среды.

На фиг. 1 показан вид крана спереди с разрезом, поясняющим принцип действия поворотного устройства; на фиг. 2 - поперечный разрез крана А-А (фиг. 1); на фиг. 3 - разрез Б-Б (фиг. 1) по оси механизма поворота и осевого поджима пробки.

Автоматический пробковый кран переключения (распределения) потока, например, нефтегазовой смеси содержит корпус 1, в котором размещена поворотная коническая пробка 2, механизм поворота и осевого поджима 3 пробки 2, датчик 4 идентификации углового положения пробки (направления потока смеси), установленный на корпусе механизма поворота 3.

Корпус 1 крана снабжен тремя фланцами (фиг. 2) для присоединения трубопроводов: к фланцу с горизонтальной осью, например, присоединяется трубопровод подачи смеси от одной из скважин; к верхнему фланцу присоединяется трубопровод подачи смеси к блоку разделения фракций и замера дебита; к нижнему - трубопровод для слива смеси в сборный коллектор. С левой стороны (фиг. 2) на корпусе 1 закреплен механизм 3 поворота и осевого поджима пробки. На корпусе механизма поворота установлен датчик 4.

Коническая пробка 2, установленная в корпусе 1 крана с возможностью поворота и осевого перемещения, покрыта слоем бензомаслостойкой пластмассы 5 и снабжена пружиной 6 для освобождения от осевого поджима в процессе поворота. На левом конце пробки (фиг. 2) выполнен четырехгранник 7, на торце которого образованы четыре наклонные площадки 8 (фиг. 3) с возможностью взаимодействия с клином осевого поджима пробки.

Механизм 3 поворота и осевого поджима пробки 2 содержит корпус 9, в расточке которого размещен ползун 10, соединенный посредством штока 11 с гидроцилиндром 12. На ползуне образованы выступ 13 со скошенной площадкой 14 и выступ 15 с площадкой 16 для фиксации пробки 2 за грани четырехгранника 7. В тело ползуна 10 встроен клин 17 осевого поджима пробки 2 (фиг. 3).

Датчик 4 идентификации направления потока нефтегазовой смеси (углового положения пробки 2) содержит корпус 18, закрепленный на корпусе 9 механизма 3 поворота пробки 2. В корпусе 18 датчика установлена плата 19 с четырьмя герметичными контактами герконами 20, а соосно его расточкам в центре помещен стержень 21, на нижнем конце которого (фиг. 3) выполнен четырехгранник для соединения с пробкой 2 с возможностью ее осевого перемещения. На верхнем конце стержня 21 закреплен указатель 22 положения пробки 2 со встроенным в него постоянным магнитом 23. Для прохода стержня 21 через ползун 10 в последнем выполнен продольный паз 24.

Автоматический кран представленной конструкции предназначается для выполнения двух основных функций: 1) переключения одного напорного потока среды в одну из двух магистралей, например нефтегазовая смесь, поступающая от нефтяной скважины, направляется либо в сборный коллектор, либо в блок замера дебита скважины; 2) подключения одного или двух напорных потоков к одной выходной магистрали, например потока газа, либо потока жидкости из сепарационной емкости блока замера дебита на сброс в сборный коллектор.

Автоматический кран, выполняющий, например, 1-ю функцию, работает следующим образом. В исходном положении, когда нефтегазовая смесь, поступающая от скважины к крану, сливается через него в сборный коллектор, пробка 2 занимает угловое положение, при котором ее поперечное отверстие совмещено с отверстием в нижнем фланце ("на слив"), т.е. пробка повернута на 180^o относительно положения на фиг. 2. При поступлении от автоматизированной системы управления ГЗУ сигнала "на замер" дебита скважины золотник гидропривода (на схемах не показан) переключает направление потока жидкости в гидроцилиндре 12 на обратное и поршень гидроцилиндра через шток 11 начинает перемещать ползун поворота 10 вправо (фиг. 1). При этом клин 17 сходит с соответствующей наклонной площадки 8 пробки 2 (фиг. 3), освобождая ее от осевого поджима. Под действием усилия пружины 6 и напора смеси, поступающей от скважины, пробка смещается влево (фиг. 2), конические поверхности в корпусе и на пробке размыкаются для обеспечения свободного, легкого поворота последней.

При дальнейшем движении ползуна 10 вправо (фиг. 1) его выступ 13 скошенной площадкой 14 воздействует на ребро четырехгранника 7 пробки 2 и поворачивает ее по часовой стрелке на некоторый угол (положение четырехгранника показано штрихпунктирными линиями), при этом срабатывает реле давления гидропривода, обеспечивая изменение потока жидкости на первоначальное. Ползун 10 под действием поршня гидроцилиндра 12 через шток 11 перемещается влево и выступ 15 своим ребром, зацепляясь за следующую грань четырехгранника 7, доворачивает пробку 2 на угол до 90^o. При дальнейшем движении ползуна 10 влево площадка 16 выступа 15, скользя с небольшим зазором по грани четырехгранника 7, удерживает пробку 2 в фиксированном положении, а клин 17, воздействуя на наклонную площадку 8 (фиг. 3) на торце четырехгранника, осуществляет осевой поджим пробки, обеспечивая герметизацию сопряжения конических поверхностей корпуса и пробки. В конце поджима пробки постоянным магнитом 23 замыкается следующий по ходу геркон 20 датчика 4, что соответствует положению пробки "закрыто". Для получения заданного положения пробки "на замер" цикл ее поворота с осевой фиксацией повторяется до замыкания постоянным магнитом следующего геркона 20. При этом поперечное отверстие в пробке 2 соединяется с отверстием в верхнем фланце.

Переключение крана в положение "на слив" осуществляется в той же последовательности, что и "на замер", за два цикла поворота пробки на 90^o с последующим осевым поджимом.

Таким образом, предлагаемый автоматический кран обеспечивает 4 положения (хода): "на слив", "на замер" и два положения "закрыто", при которых поперечное отверстие в пробке 2 располагается горизонтально (фиг. 2), а вертикальные отверстия, соединенные с трубопроводами - перекрываются.

Изобретение относится к нефтедобыче, к устройствам групповых замерных установок сбора продукции нефтяных скважин и автоматического контроля их параметров. Для этого пробка снабжена четырехгранником, на торце которого выполнены наклонные площадки для взаимодействия с клином, встроенным в ползун механизма поворота и осевого поджима пробки. Датчик идентификации направления потока нефтегазовой смеси или его перекрытия установлен на корпусе механизма поворота и осевого поджима пробки, снабжен платой с четырьмя герконами, стержнем, связанным с пробкой с возможностью ее осевого перемещения и снабженным указателем со встроенным в него магнитом, замыкающим при повороте стержня герконы, идентифицируя тем самым направление потока смеси. Изобретение упрощает конструкцию пробкового крана и повышает надежность функционирования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматический пробковый кран для распределения потока, например, нефтяной смеси в групповых установках сбора в общий коллектор и автоматического контроля продукции куста нефтяных скважин, содержащий корпус с размещенной в нем конической пробкой, снабженной четырехгранником, механизм поворота и осевого поджима пробки, датчик, связанный с пробкой и предназначенный для идентификации заданного программой направления потока смеси, отличающийся тем, что на торцовой поверхности четырехгранника пробки выполнены наклонные площадки с возможностью взаимодействия с клином, встроенным в ползун механизма поворота и осевого поджима пробки. 2. Автоматический кран по п.1, отличающийся тем, что стержень датчика, связанный с поворотной пробкой с возможностью осевого перемещения, снабжен указателем со встроенным в него магнитом, замыкающим при повороте стержня герконы, с возможностью определения датчиком заданного направления потока среды.