[发明专利]流体流动控制阀

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体流动控制阀或阻流阀，更具体地说，涉及一种用于控制两相或更多相流体(例如包括连续相(例如，油或气)和非连续相(如，水或油珠))的压力和流量的阀门，还涉及使用这种阀来控制流体的压力和流动速率的方法。

背景技术

在碳氢化合物的开采和处理中，例如从油井开采和处理中，往往存在水，由此需要将水与碳氢化合物分离。在分离完成之前，可能需要控制夹带有液态和气态碳氢化合物液滴或气泡的水、或夹带有水滴和气泡的液态碳氢化合物、或夹带有水或油珠的气态碳氢化合物等。因为液滴越小，夹带液滴的分离就越困难，因此重要的是处理程序本身不应导致液滴分裂。同样地，在处理从烃类井(hydrocarbon wells)中产出的水的过程中，重要的是不应导致夹带的油珠进一步分裂，因为产出的水必须在基本没有夹带油珠之后方能返回到环境中。常规的流体流动控制阀或阻流阀，在流体流动调节期间(例如阀关闭和开启期间)，流动的流体可能暴露于高剪力之下，这可导致液滴分裂，而Typhonix AS，在WO2007/024138(其内容通过参考并入本申请中)中提出使用一种控制阀，其中在通过操作阀改变流动速率之处赋予进入的流体旋转的流型。这可通过使得流体通过切向入口孔进入圆柱形入口腔室实现，该切向入口孔可以通过腔室中的活塞的轴向运动而关闭。旋转的流体从入口腔室的开口端通过同轴线收腰的圆柱形出口腔室并通过出口腔室中的出口孔离开阀。

术语“控制阀”和“阻流阀”通常指在流体处理系统中阀所处的位置和它们执行的功能。为了方便起见，在下说明书中用术语“控制阀”代表这两者。

发明内容

目前我们已发现可通过使用这样的阀来提高控制阀的性能，该阀包括相对于表面在开启位置和关闭位置之间可运动的带孔构件，在开启位置允许流体穿过孔(一个或多个)，而在关闭位置这样的流动被降低或消除，其中所述孔是成角度的以使流过该孔的流体速度具有旋转分量。在一优选形式中，这通过定位“塞和笼式阀(plug and cage valve)”来实现，该阀在“笼”中具有切向孔，该“笼”在入口腔室和出口腔室之间，而活塞用作“塞”以通过关闭“笼”中的孔而中止流动。

利用笼的这种改型，经过阀的流体的能量损失大部分由于出口腔室中的涡流而得到消散，并且不会导致明显的液滴分裂。

由此，从本发明的一方面来看，提供了一种流体流动控制阀，其包括带流体入口孔的圆柱形入口腔室和带流体出口孔的同轴线收腰圆柱形出口腔室，所述入口腔室包含通向所述出口腔室的同轴线圆柱形笼，该笼的圆柱形壁中具有至少一个阀孔以允许流体从所述流体入口孔流到所述出口腔室中，所述控制阀还包括同轴线圆柱形塞和阀促动器，该圆柱形塞可相对于所述笼轴向运动以关闭和开启所述阀孔，所述阀促动器可操作以使所述塞或笼相对于彼此运动，由此以关闭或开启所述阀孔，其中所述阀孔被布置为赋予从所述入口腔室离开所述笼的流体具有切向于所述笼的圆柱轴线的速度分量。

在本发明的控制阀中，出口腔室在从笼到腰部(即出口腔室的横截面面积最小处的收腰部分)的流动路径中优选基本没有干扰结构件。然而，可供选择的是，优选在其流动路径上由流体填充的体积从出口腔室的内壁完全延伸到出口腔室的轴线。这样，该体积可以被用于能量消散，而避免了可导致噪声、振动和液滴分裂的附加湍流。

本说明书中使用的术语“圆柱形”并非限制为形成完美的圆形横截面，且对于控制阀的入口和出口腔室而言，也并非限制为形成具有平行于轴线的侧壁。由此，例如横截面可以是椭圆形，且对于入口和出口腔室，侧壁可以朝向轴线会聚或远离轴线发散。当然，优选圆形或基本圆形的横截面。类似地，用于两个或多个物项的术语“同轴线”并不要求这些物项的轴线是同一的：这些轴线可以沿着大致相同的方向且大致相邻。当然，优选准确地同轴线。

在控制阀的一个实施例中，可将流体入口孔布置为使得进入入口腔室的流体在经过阀孔(一或多个)和进入笼之前绕圆柱轴线旋转。因此，可将流体入口孔和阀孔两者布置为提供切向速度分量并使这些分量沿相同指向(即相同旋转方向)。