Газлифтный клапан

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности , в частности к газлифтной добыче нефти. Целью изобретения является повышение надежности работы газлифтного клапана при одновременном расширении диапазона его регулирования. Клапан включает корпус (К) 1 с каналами 2 и 3. В верхней части,К установлен сильфон 7. Сильфон 7 образует с К камеру для сжатого газа. С сильфоном 7 своим верхним концом жестко связан шток 9. В боковой стенке К установлен с возможностью взаимодействия с выполненными в штоке каналами 10 и 11 фиксатор (Ф) 12 верхнего и нижнего положений штока 9. Над Ф в боковой стенке К установлен дополнительный фиксатор (ДФ) 13. Как Ф, так и ДФ выполнены в виде упругих стопорных колец. Расстояние между Ф и ДФ больше, чем расстояние между канавками 10 и 11 штока 9. Отношение жесткости ДФ к жесткости Ф определяют из соотношения , приведенного в описании изобретения . Использование ДФ позволяет осуществить дискретное управление клапаном в оптимальном диапазоне давлений в потоке за счет своевременного открытия и закрытия клапана. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ГОСУДАРСТВ ЕНЙЫЙ КОМИТЕТ . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4792334/24 (22) 11.12.89 (46) 15.08.92, Бюл. %30 (71) Нижневартовский научно-исследовательский и проектный институт нефти (72) М.З.Шарифов и В.А.Леонов (56) Патент США

% 2651319, кл. 137-155. опублик. 1953. (54) ГАЗЛИФТНЫЙ КЛАПАН (57) Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к газлифтной добыче нефти. Целью изобретения является повышенйе надежности работы газлифтного клапана при одновременном расширейии диапазона его регулирования. Клапан включает корпус (К) 1 с каналами 2 и 3. В верхней части;К установлен сильфон 7.

Сильфон 7 образует с К камеру для сжатого

„„ЯЦ„, 1754882 А1 - = 2 газа. С сильфоном 7 своим верхним концом жестко связан шток 9. -B боковой стенке К установлен с возможнбстью:взаимодействия с выполйеннйми в штоке каналами 10 и

11 фиксатор (Ф) 12 верхнего И" нижнего положений штока 9; Над Ф:в боковой стенке. К установлен дополнительный фиксатор (ДФ)

13. Как Ф, так и ДФ.вып олнены в виде уп ругих стопорных колец. Расстояние между Ф и ДФ больше, чем расстояние между кайав ками 10 и 11 штока 9. Отношение жесткости

ДФ к жесткости Ф определяют из соотношения, приведенного:в описании изобретения. Использовайие ДФ позволяет осуществить дискретное управление клапаном в оптимальном"диапазоне давлений в потоке за счет своевременноro открытия и закрытия клапана. 2 ил.

1754882

Оба фиксатора выполнены в виде упругих стопорных колец, что дает возможность при ограниченных габаритах клапана осуществлять функцию дискретного управле5 ния перемещением штока и обеспечивает заданный диапазон изменения давления в потоке, а также упрощает конструкцию клапана.

Расстояние между фиксаторами больше

10 расстояния между канавками штока, что обеспечивает эффект демпфирования удара на сильфон при импульсном открытии и закрытии клапана.

Отношение жесткости верхнего упруго15 го кольца к жесткости нижнего определяют из следующего выражения:

fs Pc = d Pc + Kc Lc/Sc — Pns

fí .. Pno Рc (1)

20 где f, f> — осевые силы, обеспечивающие заданные дискретные смещения штока соответственно в момент открытия и закрытия клапана;

25 Рпо, Рдэ давление в потоке, при котором соответственно открывается и закрывается клапан;

Рс-давление зарядки камеры сильфона для сжатого газа;

30 dPc — изменение давления в камере сильфона для сжатого газа при полном открытии клапана;

Кс — коэффициент жесткости сил ьфона; (.с — ход сильфона при полном открытии

35 клапана;

$с -" эффективная площадь сильфона.

На фиг.1 изображен газлифтный клапан, общий вид, в закрытом состоянии; на фиг.2 — то же, в открытом состоянии, 40 Газлифтный клапан состоит из полого корпуса 1 с каналами 2 и 3, узла 4 зарядки и уплотнений 5 и 6. В верхней части полости корпуса 1 размещен сильфон 7, образующий с ним камеру 8 для сжатого газа. Силь45 фон 7 жестко связан своим нижним концам со штоком 9, имеющим канавки 10 и 11, В боковой стенке корпуса 1 установлены фиксаторы 12 и 13, выполненные в виде упругих стопорных колец.

50 Уравнения баланса сил, действующих на состояние клапана, имеют следующий вид: в момент открытия

Pc $с + 1н Рпо Sc, (2) в момент закрытия

Изобретение относится к нефтегаэодобыва ащей промышленности, в частности к технике добычи нефти, и может быть применена в качестве глубинного клапана при эксплуатации газлифтных скважин.

Известен гаэлифтный клапан содержа- . щий полый корпус с каналами, узел зарядки, уплотнительные элементы, сильфонную камеру, шток и затвор, выполненный в виде плунжера с продольными каналами.

Известен также газлифтный клапан, состоящий из полого корпуса с каналами, установленного на нем фиксатора в виде шара с пружиной, сильфона, штока с буртом и затвора.

Однако данный клапан не позволяет регулировать в широком диапазоне давления открытия и закрытия клапана (например, обеспечивающего требуемый диапазон оптимально "о изменения забойного давления для периодического газлифта), в частности при фиксированном постоянном давлении зарядки сильфона, характеризуется низкой надежностью сильфонного узла при больиих значениях давления зарядки, требуемых для эксплуатации скважин с высоким забойным давлением, не имеет демпфирующего устройства, обеспечивающего Сниже ние динамических нагрузок на сильфон в момент импульсного открытия и закрытия клапана. Кроме того, практически невозможна установка фиксатора на корпусе малогабаритных сильфонных клапанов (например, для диаметров 25 и 38 мм) из-за недостаточной толщины стенки корпуса.

Недостатками также является низкая надежность клапана, так как для центровки штока необходимо иметь не менее трех фиксаторов по окружности корпуса, что повы- . шает затраты на изготовление и значительно снижает точность дискретной регулировки, и низкая надежность фиксаторов из-за двухстороннего знакопеременного динамического воздействия на них.

Цель изобретения — повышение надежности работы газлифтного клапана при однавременном расширении диапазона его регулирования.

Использование изобретения обеспечивает снижение эксплуатационных затрат и (или) увеличение добычи за счет оптимизации параметров работы скважин путем вы:.. а р а требуем ых регул и ро воч н ых характеристик газлифтных клапанов.

Цель достигается за счет того, что в бо- 55 козой стенке корпуса над фиксатором уста-. новлен дополнительный фиксатор, что позволяет расширить диапазон регулиро:.а;-:ия работы клапана при фиксированном давлении зарядки.

fí Рс Sc + Kс с, (3) 1754882

6 (Pc + d Pc) Se fs + Кс lc Рпэ Sc . (4) В процессе работы скважййы жидкость накапливается в подъемнике, при этом растет давление, действуащее на шток 9, и

Формулу(1) получают из решения урав- наступает момейт, когда его значение"донений (2) и (4), 5 стигает величины давления открытия клапаПри этом если принять К,=О, то на. С этого момента шток 9 выходит из фиксации упругого кольца 12, перемещаетfe Pc + d Р, — Р„, ся вверх и открывает каналы-для инжекции

4 Pno — Pc (), газа, причем в момейт прдхоЖдения канав- ..,::.:::..-10 ки 11 через фиксатор 12 возникает сопроЗначение dPc определяют rio закону iсo-:: тивление перемещению штока 9:, из-за чего стояния газа -::: ... снижается сила дйнамического удара на сильфон 7 и происходит"демйфирование.

Рс (Ч, . ° Т/2, 7о -1 + d V,) При открытйи клапана фиксатор 13 попада /, — у, . 15 ет в канавки 10 и оказывает сопротивление перемещению штОка.9 вниз, что позволяет (j) .: снижать забойное давление до требуемого

При изотермйческом процессе "- зйачения. После открытия клапана рабочий р Т = Ео ° T>) - .: . газ поступает в подъемник и Совершает по20 лезную работу по подъему жидкости на по :.— верхность скважины. При этом давление с Рс = pc V V °: жидкости, действующее на шток 9, умень шается и наступает момент, когда его зна(7) где у — объем камеры 8 ля сжатого. чение достИгает- вЕличиНы давления—

Газа при закрытом клапане, 25 закрытия клапана С этого момента шток 9 у - величина изменения объема каме- вйходит иэ контакта с фиксатоРом 13 и клары 8 для сжатого газа при полноСтью откры- - пан закрйваетсЯ, В мОмент закрытиЯ клапагом KnallaHe, . на фиксатоР 12 TaK)Ke оказывает " ИZ „о ффициентыс е, „,„„:--.- - - -- .:сопротивлениеперемещениЮштока9череэ сти газа при различных температурах г1 30 канавки 11, что снижает динамический удар и давлениЯх (Рс. Pc+ dPС)..- - ...: на сильфон 7.

Перед спуском газлифтного клапана в Таким 06рa30M Роис ОД т Дискретное скважину определяют параметры f u f для . — УправлениЕ клапаном в оптимальном диапазаданных Р, Р и Р . Значение Р задаю»Л зоне давлений в йотоке, i следовательно и исходя иэ надежности сильфонного узла а 35 забойногодавления за счетсвоевреМенного величина Рпо и Pn3 — исходЯ из дйапазоНа "открытиЯ и закРытиЯ клапана, причем.каж- .

Оптимального изменения забойного давле- . Дий ПОСЛЕДУЮЩИЙ LlNKR аНа ОГИЧЕН- ПРЕД ния. По найденным значениям fH и 4 йодбирают геометрические параметры и (или) материалы фиксирующих у.ов, Обеспечи» 40 ФОРмУла изобре ениЯ вающие оптимальные давления открытия и закрытия клапана при фиксированном дав- .. Газлифтный клапан, "включающий полении зарядки сильфонной камеры.. лый коРпУс С ка алами, сильфон, УстановПосле спуска газлифтного кла анэ. в ленный в верхней чаСти полости корпуса и скважину он работает следующим образом, 45 образУющий с ним камЕРУдлЯ сжатого газа, шток,"жестко связанный свойм верхним управление клапаном осуществляетСя: конЦом с сильфоном, фиксатоР веРхнего и от давления в потоке жидкости, действую-, "НИЖНЕГО ПОЛОжЕНИй ШтОКа, УСтайоВЛЕННЫй щего на эффективную площадь сильфона 7 . в боковой стенке коРпУса с возможнос ью через шток g При этом влияния давления 50 взаимодействиЯ с выполнейнйми на штоке газа на положение штока g через каналы 2 . канавками, о т л и ч а Ю щ и и с Я тем; что, с не происходит, поскольку поперечные пло Цейью повышениЯ наДежности в Работе пРи щади штока 9 и сил ьфо на 7 равны, а сумма р- . ОДновремен ном Расширении Диапазона Реная площадь проходных сечений каналов 2 .-:гулированиЯ клапана. в боковой стенке корменьше, чем площадь сечения кайалов 3, 55 пуса над фиксатором установлен поэтому дросселирование газа при откры- Дополнительный фиксатоР, оба фиксатоРа том состоянии клапана происходит через выполнены в виде Упругих стопорных колец, каналы 2, а расстояние между ними больше расстояния между канавками : штока, причем отношение жесткости верхнего упругого кольца

1754882 к жесткости нижнего определяют из следующего выражения

Рс-давление зарядки камеры сильфона для сжатого газа;

dPc — изменение давления в камере сильфона для сжатого газа при полном от5 крытии.клапана;

Кс — коэффициент жесткости сил ьфона;

L — ход сильфона при полном открытии клапана;

Sc — эффективная площадь сильфона.

4 Pс+dPc+K 4/$с — Рпэ

Pno — Рс где Рло, Рпз — давление в потоке, при котором соответственно открывается и закрывается клапан; ЬР Е

Составитель M.Øàðèôoâ

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор А.Огар

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

Заказ 2874 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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