Газлифтный клапан Советский патент 1992 года по МПК E21B34/06 

Ч

ю о

диаметр затвора 9 равен эффективному диаметру ОС 6. При функционировании клапана давление закачиваемого газа в затрубном пространстве действует на эффективную площадь сильфона 16, а давление в потоке жидкости - на эффективную площадь ОС 6 через затвор 9. При увеличении значения давления газа сильфона 16 сжимает упругий

узел 18, вследствие чего давление в камере 7 увеличивается, так как объем сильфона 16 меняется. С уменьшением рабочего давления газа в затрубном пространстве давление в камере 7 падает. Это, а также выполнение У Э в виде сильфона 16 позволяет расширить функциональные характеристики УЭ. 1з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для управления работой газ- лифтной скважины. Целью изобретения является повышение эффективности работы ва. X. В. доыть аз- явты JXSSN за счет расширения функциональных характеристик управляющего элемента (УЭ). Газ- лифтный клапан включает корпус (К) 1 с каналами для входа 2 и выхода 3 газа, седло 12 с проходным отверстием. В верхней части К1 установлен основной сильфон (ОС) 6, образующий с К камеру 7 сжатого газа. Кон- центрйчно в К1 расположен шток 9 с затвором 9, Верхний конец штока 8 жестко связан с ОС 6. Клапан содержит УЭ, установленный в камере 7 и образующий с К полость 17, сообщённую с пространством за К. УЭ выполнен в виде сильфона 16. Клапан также снабжен упругим узлом, выполненным в виде подпружиненного штока 19 и смонтиро- ванным под УЭ с возможностью взаимодействия с ним. Причем наружный (Л С

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области газлифтной добычи нефти, и может быть применено для управления работой скважины путем изменения рабочего давле- имя закачиваемого газа, в том числе и автоматического поддержания оптимального режима в процессе эксплуатации.

Известен газлифтный клапан, состоящий из корпуса с входными и выходными каналами, узла зарядки, уплотнительных элементов, сильфона. образующего с корпусом камеру сжатого газа, штока и затвора в виде плунжера с продольными каналами.

Известен газлифтный клапан, состоя- щи и из корпуса с входными и выходными каналами, узла зарядки, уплотнительных элементов, сильфонов, верхний из которых образует с корпусом камеру сжатого газа, а нижний - полость, сообщающуюся с пото- ком жидкости, штока, жестко связанного с сильфонами и затвора в виде шар-седло.

Наиболее близким к предлагаемому является газлифтный клапан, состоящий из корпуса с входными и выходными каналами, сильфона, образующего с корпусом герметичную камеру со средой, управляющего эле мента в виде резиновой оболочки, установленной сверху в камере со средой и образующий с корпусом полость, сообщаю- щуюся с пространством за ним, штока и затвора в виде шар-седло.

Однако применяемый управляющий элемент не обеспечивает гибкости управления давлением в потоке жидкости на уровень кла- лана, а значит и на забое скважины, поскольку при работе клапана разница между давлением внутри управляющего элемента и давлением в камере со средой небольшая. Резиновая оболочка имеет низкую надеж- ность при высоких значениях температуры и давления, а также в агрессивной среде, не поддерживает давление в потоке жидкости на уровне клапана при колебаниях давления в системах газлифта, в частности нефте- газосбора и (или) продуктивном пласте. Затвор имеет низкую надежность, так как при колебаний давления нарушается герметичность пары шар-седло.

Целью изобретения является повышение эффективности работы газлифтного клапана за счет расширения функциональных возможностей управляющего элемента.

Положительный эффект при использовании изобретения заключается в увеличении добычи нефти и (или) снижении удельного расхода газа за счет возможности выбора оптимального забойного давления и автоматического поддержания его значения в процессе эксплуатации газлифтной скважины.

Цель изобретения достигается тем, что газлифтный клапан снабжен упругим узлом, выполненным в виде подпружиненного штока и установленного под управляющим элементом с возможностью взаимодействия с ним, а управляющий элемент выполнен в виде сильфона. Этот признак позволяет расширять диапазон регулирования давлением в потоке жидкости на уровне клапана, а зна- чит и на забое скважины путем изменения рабочего давления закачиваемого газа в затрубном пространстве скважины.

Кроме того, наружный диаметр затвора равен эффективному диаметру основного сильфона. Этот признак исключает действие давления закачиваемого газа в затрубном пространстве скважины на площадь поперечного сечения затвора при любом состояний клапана и обеспечивает его работу открыт-закрыт только от давления в потоке жидкости действующего на эффективную площадь основного сильфона через затвор.

На фиг. 1 изображен газлифтный клапан в закрытом состоянии, общий вид; на фиг. 2 - то же, в открытом (регулирующем) состоянии.

Газлифтный клапан содержит полый корпус 1с каналами для входа 2 и выхода 3 газа, узла зарядки 4 и уплотнения 5. В корпусе t в верхней части установлен сильфон 6, Образующий с ним камеру 7 сжатого газа. К сильфону 6 жестко присоединена верхняя часть штока 8с затвором 9. концентрично расположенным в корпусе 1. Затвор 9 с продольным 10 и радиальными 11 каналами установлен в проходном отверстии седла 12.

В нижней части корпуса 1 имеются гнезда 13, 14 и шар 15. выполняющий функцию обратного клапана. А в верхней части корпуса 1 установлен управляющий элемент в виде сильфонаГ16, образующий с корпусом 1 полость 17, сообщенную через отверстие 18 с пространством за ним, причем сильфон 16 размещен в камере 7 и взаимодействует с упругим узлом, установленным под ним и выполненным в виде п о д п ружине н но го штока 18.

Уравнение баланса сил, действующих на состояние клапана, следующее:

для основного сильфона 6

(Рс.з. + Д PC) So.c. - v So.c ш Pn.oSo.Ct

: - ОС....; . :; . .

для управляющего сильфона 16 С,

(Рс + ДР c)Sy.c +

К

у.с у .с

Sv.c. + Pho . Pr S

y.c

где Рс.з. - давление зарядки камеры 7 сжатым газом равно Рминс, кг/см2; ;

So.c, Sy.c. - эффективные площади основного 6 и управляющего 16 сильфона, см ;

Д fo.c. - необходимый вход сильфона: 6. для открытия клапана, см;

Д PC - изменение давления газа в камере 7 при перемещении сильфона 6 на расстояние Д fo.c.. кг/см2;

Ко.с., Кус. - скорости нагрузки (жесткости) сильфона 6 и 16, см/(кг/см2);

РП.О.. - давление в потоке жидкости на глубине установки клапана, равное давлению открытия клапана, кг/см ;

Рс - давление в камере 7 до момента перемещения управляющего сильфона 16, кг/см2;

fy.c. - перемещение управляющего сильфона 16чсм;

Д - изменение давления газа в камере 7. при перемещений сильфона 16 на расстояние fy.c, кг/см ;.

Fnp - сила сопротивления упругого узла 18 при перемещении сильфона 16; кг;

Рг - давление закачиваемого газа на глубине расположения клапана, Kr/eiyr.

Газлифтный клапан работает следующим образом.

. Перед спуском в скважину определяются его рабочие характеристики: задается допустимый диапазон изменения забойного

мМИМ

давления, т.е. его минимальное Р э и максимальное рмаксэ значение; используя уравнение движения газожидкостной смеси в лифте, рассчитывается значение давления в потоке жидкости для глубины установки клапана (Рминп.о, Рмаксп.о), соответствующее

- -.ЪЛЯХЛ 1 .-;.. .

заданным рминэ и Рм э; используй уравнение баланса сил, действующих на поперечную площадь основного сильфона 6,

находят величины давления газа (Р с, Рмаксс) в камере 7, соответствующие найденным Рминп.о и Рмаксп.0; задается допустимый диапазон изменения рабочего

5 давления закачиваемого газа на устье скважины (Рмингу, Рмакегу); используя барометрическую формулу, рассчитывают значения давления газа для глубины установки клапана (Рминг,Рмаксг) при за10 данных Рмингу и используя уравнение баланса сил, действующих на состояние управляющего сильфона 16, определяют характеристики упругого элемента 18,обеспе- чивающие давление газа в камере 7 до

15 величины Рма1ССс при параметрах Рминс и Рмаксг; камера 7 заряжается газом через узел 4 до давления Рмиис; определяется характеристическая кривая РП.О f(Pr) для клапана путем расчёта, а также стендовых

20 испытаний в диапазоне Рминс Рс 5Рмаксс; находится зависимость Рз f(Pry) на основе кривой РП.О (Рг).

Клапан спускается в скважину на проектную глубину. При его функционирова25 нии давление закачиваемого газа в затрубном пространстве действует на эффективную площадь сильфона 16, а давление в потоке жидкости - на эффективную площадь основного сильфона 6 через затвор

30 9. Давление сжатого газа в камере 7 регулируется устьевым давлением закачиваемого газа в диапазоне - Рту РМ81Ссгу. Для этого на устье скважины устанавливается регулятор давления, который поддерживает

35 заданные значения рабочего давления закачиваемого газа. При увеличении значения давления газа РГу сильфон 16 сжимает упругий 18, вследствие чего давление в камере 7 увеличивается, так как объем сильфона 16

40 меняется. А с уменьшением рабочего давления газа в затрубном пространстве давление в камере 7 падает. Оптимальное значение давления закачиваемого газа Роптгу выбирается в рабочей области зави45 симости Рз f(Pry), исходя из значения достигаемого дебита жидкости.

В процессе эксплуатации скважины при заданном давление в потоке жидкости на глубине клапана, а значит и на забое

50 скважины поддерживается автоматически за счет увеличения или уменьшения пропускной способности клапана по газу. Например, при повышении устьевого давления газожидкостного потока затвор 9, делая ход

55 вверх, увеличивает пропускную способность клапана по расходу газа, при снижении устьевого давления расход газа автоматически уменьшается за счет движения затвора 9 вниз и перекрытия дополнительного количества каналов 11. При изменении пластового давления пропускная способность клапана по закачиваемому газу также автоматически изменяется, что позволяет поддерживать давление на забое скважины, соответствующее заданному значению рабочего давления газа.

Формул а изобретения 1. Газлифтный клапан, включающий полый корпус с каналами для входа и выхода газа, седло с проходным отверстием, силь- фон, установленный в верхней части корпуса и образующий с ним камеру для сжатого газа, концентрично расположенный в корпусе шток с затвором, верхним концом жестко связанный с сильфоном,

5

узел зарядки и управляющий элемент, установленный в камере для сжатого газа и образующий с корпусом полость, сообщенную с пространством за ним, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности его работы путем расширения, функциональных возможностей управляющего элемента, он снабжен упругим узлом, выполненным в виде подпружиненного штока и установленным под управляющим элементом с возможностью взаимодействия с ним, а управляющий элемент выполнен в виде сильфона.

2, Газлифтный клапан по п.1, отличающийся тем, что наружный диаметр затвора равен эффективному диаметру основного сильфона.

Рг