气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置及方法与流程

1.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：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.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，具有阶梯状轴向通孔，轴向通孔包括大径段、小径段和台阶段；芯管，同轴设置在轴向通孔内，芯管的上端设置有径向通孔；滑块，套设在芯管外并位于径向通孔的下方，滑块能够沿芯管滑动，滑块置于大径段，且滑块能够与台阶段配合并封闭轴向通孔；弹性组件，一端与滑块连接，弹性组件的另一端与台阶段固定连接。
7.进一步地，滑块上端为封闭端面，滑块的下端设置有内凹空间，弹性组件的一端固定设置在内凹空间内。
8.进一步地，滑块同轴套设在芯管外周，滑块的外径小于大径段的内径，滑块与大径段的内壁之间形成环面间隙，在正常状态下，环面间隙能够连通径向通孔与小径段。
9.进一步地，滑块与芯管连接处设置有密封组件。
10.进一步地，滑块与台阶段抵接配合的下端面设置有密封组件。
11.进一步地，气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置还包括水气分散体系组件，
水气分散体系组件包括管状壳体，同轴套设在芯管外，管状壳体的上端与外筒的下端连接，管状壳体的下端封闭，芯管的下端穿过管状壳体的下端并置于管状壳体的外侧，管状壳体的外周壁为孔隙板结构。
12.进一步地，管状壳体的下端通过固定设置的环状密封管密封。
13.进一步地，环状密封管设置有用于穿设芯管的穿设孔，穿设孔内设置有与芯管配合的密封组件。
14.进一步地，环状密封管通过外螺纹与管状壳体的下端固定连接，且环状密封管与管状壳体的连接处设置有密封组件。
15.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，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，滑块在弹性组件的作用下置于大径段，且径向通孔与小径段连通；步骤20、当管路破损时，使滑块在内部压力的作用下与台阶段压紧并封堵小径段。
16.本发明的有益效果是，当外筒下部连接的管路发生破损时，滑块收到压力的作用会朝向下方移动，并与台阶段配合密封，实现封闭轴向通孔的目的，使气体不会通过该轴向通孔进入到下部管路中，保证本实施例在瞬时大流量下关闭。
附图说明
17.构成本技术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：
18.图1为本发明实施例中孔隙板未破损时的结构示意图；
19.图2为本发明实施例中孔隙板破损时的结构示意图。
20.图中附图标记：10、外筒；20、芯管；30、滑块；40、弹性组件；50、管状壳体；60、环状密封管。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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。
22.如图1和图2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10、芯管20、滑块30和弹性组件40。外筒10具有阶梯状轴向通孔，轴向通孔包括大径段、小径段和台阶段。芯管20同轴设置在轴向通孔内，芯管20的上端设置有径向通孔。滑块30套设在芯管20外并位于径向通孔的下方，滑块30能够沿芯管20滑动，滑块30置于大径段，且滑块30能够与台阶段配合并封闭轴向通孔。弹性组件40的一端与滑块30连接，弹性组件40的另一端与台阶段固定连接。
23.当外筒10下部连接的管路发生破损时，滑块30收到压力的作用会朝向下方移动，并与台阶段配合密封，实现封闭轴向通孔的目的，使气体不会通过该轴向通孔进入到下部管路中，保证本实施例在瞬时大流量下关闭。
24.本发明实施例中，滑块30上端为封闭端面，滑块30的下端设置有内凹空间，弹性组件40的一端固定设置在内凹空间内。
25.本发明实施例中，上述弹性组件40为弹簧，该弹簧一端与台阶段固定，另一端固定在内凹空间内，并且该弹簧在常态下能够使滑块30远离台阶段，以使大径段与小径段连通。本发明实施例中弹簧根据气体分流量的大小确定参数，如簧丝直径、劲度系数、高度等。
26.滑块30同轴套设在芯管20外周，滑块30的外径小于大径段的内径，滑块30与大径段的内壁之间形成环面间隙，在正常状态下，环面间隙能够连通径向通孔与小径段。气体沿芯管20上端设置的径向通孔进入环面间隙，并沿外筒与芯管之间的空间流动。
27.优选地，滑块30与芯管20连接处设置有密封组件。滑块30与台阶段抵接配合的下端面设置有密封组件。设置密封组件能够对滑块30各个连接处进行密封，避免气体发生串流，同时能够保证密封严密性。本发明实施例中密封组件为o形圈，对各个部件起到密封作用，同时还能起到一定的扶正作用。
28.优选地，气体瞬时流量增大条件下的保护控制装置还包括水气分散体系组件，水气分散体系组件包括管状壳体50，同轴套设在芯管20外，管状壳体50的上端与外筒10的下端连接，管状壳体50的下端封闭，芯管20的下端穿过管状壳体50的下端并置于管状壳体50的外侧，管状壳体50的外周壁为孔隙板结构。
29.在该实施例中，芯管20沿轴向贯穿水气分散体系组件，管状壳体50内径大于芯管20的外径，因此在管状壳体50与芯管20之间形成气体环空，用于容纳小径段进入的气体。由于管状壳体50的外周壁为孔隙板结构，因此气体可以通过孔隙板结构的孔隙进入到管状壳体50的外侧空间中。气体在该孔隙板中向外喷出在外部的水相中形成水气分散体系。由于孔隙板具有一定的渗流阻力，因而在压差控制下，可实现气体的定量分流。
30.当管状壳体50的孔隙板发生破碎时，由于压力的作用，该破损处的吸附力增大，气体集中汇集至该破损处涌出，致使大径段处滑块30收到的压力增加，从而能够使滑块30封闭该轴向通孔。
31.环状密封管60设置有用于穿设芯管20的穿设孔，穿设孔内设置有与芯管20配合的密封组件。设置穿设孔可以保证芯管20正常装配，同时设置密封组件可以保证气体不沿芯管20窜流。
32.进一步地，环状密封管60通过外螺纹与管状壳体50的下端固定连接，且环状密封管60与管状壳体50的连接处设置有密封组件。上述密封组件可以为o形密封圈。
33.需要说明的是，本实施例中滑块30与外筒10内壁的环面间隙宽度为2mm；弹簧压缩至密封状态的所需压力为0.1mpa；装置整体耐压为30mpa。
34.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，气体瞬时流量增大条件下的保护控制方法包括以下步骤：
35.步骤10、在常态下，滑块30在弹性组件40的作用下置于大径段，且径向通孔与小径段连通；
36.步骤20、当管路破损时，使滑块30在内部压力的作用下与台阶段压紧并封堵小径段。
37.具体如下：
38.参照图1、在步骤10中，在芯管20内平稳注气，一部分气体沿芯管20的径向通孔进入大径段内，控制该流量不大于qlim(气体最大流量值)时，气体沿环面间隙向下进入水气
分散体系组件(图1中箭头方向)，并在压差作用下，由孔隙板流出。分流量的控制是由弹簧的劲度系数和长度决定的，安装之前需充分设计及测试。
39.其中，受客观环境的影响，该流量会出现波动，但只要最大值不超过qlim，则滑块30只是在空间内上下移动一定距离，不会封堵轴向通孔。弹簧起到了缓冲和控制压差的作用，使流出孔隙板的气体平稳。
40.参照图2，当孔隙板破损时，环空内气体将瞬时增大，快速流向破损位置。若没有保护功能，则整体芯管20内的气体将全部流入该支路，因其它支路的阻力较高，气体分流量大幅减少，乃至不流动，导致整体注入设计失效。
41.而采用本发明的步骤20时，由于有保护装置，当瞬时流量大于qlim时，滑块30因外部压力的突然降低，快速下移，使滑块30的底部下端面与台阶段形成密封，此时对外通路封闭，因内外压差作用，密封效果持续有效。此时注入气体仍在芯管20中向下运移，则其它段的分散装置仍能有效工作。
42.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：
43.1.本发明实施例具有小流量过流、瞬时大流量封闭的功能，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。
44.2.本发明实施例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。
45.3.本发明实施例简单有效，突破了井筒空间狭小、无法控制的限制。
46.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。