Газлифтный клапан

 

Изобретение относится к нефтедобывающей пром-сти. в частности к гаэлифтной добыче нефти, и:^м.б. использовано для уп-5Фаг?равления работой'скважины путем изменения давления закачиваемого газа в затрубном пространстве. Целью изобретения является упрощение конструкции клапана, при одновременном обеспечении возможности управления @го работой за счет изменения давления в затрубном пространстве. Клапан содержит полый корпус 1 С входными 2 и выходными 3 каналами. Внутри корпуса выполнена поперечная перегородка (ПП) 4 с осевым отверстием. Выполнена ПП с возможностью образования с корпусом полости. В осевом отверстии ПП размещен шток (Ш) 8. Своим нижним концом Ш 8 жестко связан с затвором 9. Установлен затвор(Лсvi8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Е 21 В 34/06 (Л (Фи

ГОСУДАРСТВЕН.<ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯ (21) 4778263/03 (22) 05.01.90 (46) 23.02.92. Бюл., N 7 (71) Нижневартовский научно-исследовательский и проектный институт нефти (72) M.З. Шарифов, P.Ñ. Губанов, В.А. Леонов, М.M. Рашидов, M.È. Алекберов, Н.И.

Бекиров и P.Ñ. Нагиев (53) 622.276.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 744118, кл. Е 21 В 34/06, f979. (54) ГАЗЛИФТНЫЙ КЛАПАН (57) Изобретение относится к нефтедобывающей пром-сти. в частности к газлифтной добыче нефти, и м.б. использовано для уп,, SU(, 1714091 А1

2 равления работой скважины путем изменения давления закачиваемого газа в затруб- . ном пространстве. Целью изобретения является упрощение конструкции клапана, при одновременном обеспечении возможности управления его работой за счет изменения давления в затрубном пространстве.

Клапан содержит полый корпус 1 с входны; ми 2 и выходными 3 каналами. Внутри корпуса выполнена поперечная перегородка (ПП) 4 с осевым отверстием, Выполнена ПП с возможностью образования с корпусом полости. В осевом отверстии ПП размещен шток (Ш) 8. Своим нижним концом Ш 8 жестко связан с затвором 9. Установлен затвор

6

2

f1

f0

17! 061

10 !

35

9 с возможностью взаимодействия с седлом

14, под которым размещен обратный клапан. Полость над ПП выполнена герметичной и заполнена сжатым газом.В верхней части Ш выполнено глухое отверстие. Площадь поперечного сечения Ш меньше площади попе"„ ечного сечения канала 3. В ПП выполнена пслость для буферной жидкости, а paveop 9 выполнен в виде плунжера с осевым 10 и, радиальными 11 каналами. СумИзобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к гаэлифтной добыче нефти, и может быть использовано для управления работой скважины путем изменения давления закачиваемого газа в затрубном пространстве, в том числе и автоматического поддержания заданного забойного давления в процессе эксплуатации

Известны газлифтные клапаны, состоящие из корпуса с входными и выходными каналами, узла зарядки, уплотнительных элементов, сильфона, образующего с корпусом камеру сжатого азота, штока, затвОра в виде шар-седло и обратного клапана, Известен газлифт;ый клапан, состоящий иэ корпуса с входными и выходными каналами, с ержня с узлом зарядки, уплотнительных элементов, сильфона, образующего с корпусом камеру сжатого азота, 20 штока и затвора в виде шар-седла, Это г клапан не позволяет управлять его открь.тием от давления в потоке жидкости; не поддерживает давление в потоке жидкости, а значит,и на забое скважины при любых изменениях в системах нефтегазосбора, газораспределения и продуктивном пласте, Сильфонный элемент снижает срок службы клапана из-за нарушения его герметичности, имеет сложную технологию изготовления и высокую стоимость, а также ограничивает пропускную способность по газу при существующих габаритах клапана, При колебании давления нарушается герметичность пары шар-седло, Целью изобретения является упрощение конструкции газлифтного клапана при одновременном обеспечении воэможности управления его работой за счет изменения давления в затрубном пространстве.

При использовании клапана снижается стоимость и увеличивается срок службы, увеличивается добыча нефти и (или) снижается удельный расход газа.

Цель достигается тем, что в клапане полость над перегородкой выполнена гермемар ая площадь поперечных сечений радиальных каналов 11 плунжера меньше площади поперечного сечения осевого 10 канала плунжера.и меньше площади попереч ых сечений каналов 2 и 3. В процессе эксп., уатации скважины давление на забое поддерживается автоматически за счет измене .ня оасхода закачиваемого газа через оадиа ьные каналы 11.2 э.п.ф-лы, 4 ил. тич:.й и заполнена сжатым газом, а в верхней есги штока выполнено глухое осевое отверстие, причем площадь поперечного сечения штока меньше и ощади поперечного сечения затвора. Это позволяет избавиться от сильфона в клапане и управлять его открытием от давления в потоке жидкости путем изменения величины рабочего давления закачиваемого газа в затрубном пространстве скважины.

При перемещении штока с затвором в корпусе клапана изменяется давление сжагого газа в полости за счет изменения его объема. Причем велич";на изменения давления во многом зависит от первоначального объема полости для сжатого газа, т.е. при меньшем объеме полост изм нение давления сжатого газа прои .ходит в большей степени, что снижает то ность регулирования давления в потоке жидкости. Чтобы сократить изменение давления в полости сжатого газа при перемещении в нем штока для ограниченных габаритов газлифтного клапана в верхней части штока выполнено глухое осевое отверстие, являющееся составной частью полости сжатого газа. В поперечной перегородке выполнена полость для буферной жидкости с целью повышения герметичности разобщения полости сжатого газа от рабочей среды, Затвор выполнен в виде плунжера с осевым и радиальными каналами, причем суммарная площадь поперечных сечений радиальных каналов плунжера меньше площади поперечного сечения осевого канала плунжера и меньше площади поперечных сечений входных и выходных каналов. Этот признак обеспечивает дросселирование газа в радиальных каналах при любом положении затвора и позволяет asтоматически поддерживать давление в потоке жидкости, а значит, и на забое при постоянном рабочем давлении закачиваемого газа за счет изменения сечения радиальных каналов затвора по газу при колебании давления в системе нефтегазосбора и продуктивном пласте, 1714091 6

Нз фиг, 1 изображен газлифтный клапан взакрытом состоянии,,общий вид; ;на фиг. 2 — то же, в открытом (регулирующем) состоянии; на фиг. 3- клапан; на фиг. 4 — графически,.поясняющие его работу. где Pr u Pn— соответственно давление в потоке газа и жидкости при различных режимах; PyN u

PnN — изменение устьевого и пластового давления при N-m случае; VrM — расходы газа через рабочий. клапан при N-е случае, 10 поддерживающие оптимальное давление нз.забое скважин (Рзопт сопзт

Гззлифтный клапан содержит полый корпус 1 с входным, выходными 3 каналами и поперечной перегородкой.4 с осевым отверстием, узел 5 зарядки и уплотнение 6. В осевом отверстии поперечной перегородки

4 с уплотнениями 7 размещен шток 8, жестко связанный своим нижним концом с затвором 9; выполненным в виде плунжера с

20 осевым 10 и радиальными 11 каналами, причем s верхней части штока 8 имеется глухое осевое отверстие 12, являющееся составной частью герметичной полости 13 для сжатого газа. Затвор 9 размещен в седле 14 корпуса 25

1, имеющего уплотнение 15, которое предназначено для подбора давления открытйя нз стенде. Внутри корпуса 1 снизу имеются гнездо 16 и шзр 17, выполняющий функцию обратного клапана.

Газлифтный клапан работает следующим образом;

Первоначально полость 13 заполняется сжатым газом до расчетного давления через узел 5 зарядки. Затем определяется характеристическая кривая Pno= f(Pr) для клапана

35 путем расчета, а также стендЬвых испытаний. При расчете используется уравнение баланса сил, действующих на поперечную площадь штока 8 с затвором 9, т.е. 40

Pcs Sm+Pri (Ss — Sm)= Pnoi Ss или

$щ $щ

Pnoi " Рсэ ° — +Рн (1 — — )

>з Ss где Рсз — давление зарядки полости сжатым 45 тазом;

Pri — рабочее давление закачиваемого, газа на глубине расположения клапана при заданном 1-м режиме;

Pnoi — давление в потоке жидкости на 50 глубине расположения клапана, которое равно давлению открытия клапана, соответствующее заданной величине Р< при 1-м режиме;

$а и Ss — поперечная площадь штока и 55 затвора.

Из уравнения видно, что давления открытия клапана зависит как от значения Рсз, так и от величины Pr, T,е. при постоянном

Pcs, если меняется Pr, соответственно меняется давление открытия клапана, что является его преимуществом.

После стендовых испытаний клапан спускается в скважину на расчетную глубину, найденную при проектировании газлифтной установки. Затем, используя Pno- f(Pr), рассчитывают зависимость . Ps- f(Pry) где Ps — забойное давление скважины, соот. ветствующее Р«, Prir — устьевое давление закачиваемого газа в затрубном пространстве скважины, соответствующее Рг.

При управлении работой скважины используется зависимость Ps - f(P>), т.е. задаются и поддерживаются с помощью устьевого регулятора различные значения давления газа Р у (фиг. 3), исходя из забойных давлений Psi, и замеряются соответствующие значения дебитов жидкости Q i. далее строится кривая Q® = 1(Р у). Выбирается оптимальная величина рабочего давления газа Ро" ry исходя из значения рационального забойного давления или требуемого дебита жидкости. Величина Ро у устанавливается и поддерживается с помощью "регулятора 18 давления газа, установленного на устье скважины. Клапан открывается при постоянном Р> от давления потока жидкости, действующего снизу на поперечную площадь затвора 9. При открытии клапана шток 8 с затвором 9 перемещаются вверх, и рабочий газ поступает в подъемник, проходя через каналы 2, 11, 10 и 3. При этом жидкость разгазируется и поднимается на поверхность скважины.

В процессе эксплуатации. скважины давление на забое(фиг. 3). соответствующее заданному Р у, поддерживается автоматически за счет изменения расхода закачиваемого газа через радиальные каналы 11, т.е. при изменении давления в системе нефтегазосбора или пласте давление на забое практически не меняется по причине перемещения затвора 9 вверх или вниз под действием давления в потоке жидкости на его поперечную площадь, вследствие чего радиальные каналы 11 дополнительно открываются или, наоборот, перекрываются, тем самым клапан изменяет расход газа, инжектируемого в подъемник, и обеспечивает компенсацию возмущающих воздействий (изменение давления) со стороны нефтегазосбора и (или) пласта 1ъ, что также является важным преимуществом данного клапана.

Формула изобретения

1, Газлифтный клапан, включающий полый корпус с входными и выходными кана1714091 лами и поперечной перегородкой с осевым отверстием, выполненной с возможностью образования с корпусом полости, шток, размещенный в осевом отверстии попе ной перегоредки, жестко связанный своим нижним концом с затвором, седло и узел зарядки, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции клапана при одновременном обеспечении возможности управления его работой за счет изменения давления в звтрубном пространстве, полость над перегородкой выполнена герметичной и заполнена сжатым газом, а в верхней.части штока выполнено глухое осевое отверстие, причем площадь поперечного сечения истока меньше площади поперечного сечения затвора, 2, Клапан по и. t. о т л и ч.а ю шийся

6 тем, что в поперечной перегородке выполнена полость для буферной жидкости.

З.Клапанпопп.1и2,отличающийся тем, что затвор выполнен в виде плунжера с

10 осевым и-радиальными каналами, причем суммарная площадь поперечных сечений радиальных каналов плунжера меньше площади поперечного сечения осевого канала плунжера и меньше площади поперечных сече15 ний входных и выходных каналов.

1714091

®иаЗ

Корректор И.Муска

Редактор Н,Гунько

Заказ 669 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

ГЖС н: линии систеии газосбо

Составитель М.Шарифов

Техред М.Моргентал