Газлифтный клапан Советский патент 1993 года по МПК E21B34/06 

ел

с

Изобретение.относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин. Клапан включает полый корпус с входными и выходными каналами. В корпусе размещена поперечная перегородка с центральным отверстием. В отверстии поперечной перегородки установлен подвижный шток с затвором на нижнем конце и приводом на верхнем. Привод выполнен в виде верхней и нижней подвижных непроницаемых перегородок, жестко соединенных со штоком и перпендикулярных его оси. В корпусе выполнены три дополнительных радиальных канала. Затвор взаимодействует с седлом, при этом затвор и седло выполнены в виде плунжерной пары, а в затворе имеются перепускные каналы. Площади поперечного сечения затвора и подвижных пе- регородок связаны с да-влениями соотношениями, приведенными в описании. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефтяных скважин газлифтным способом.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков, т. е. повышение эффективности работы клапана.

На фиг, 1 изображен газлифтный клапан с непроницаемыми перегородками в виде поршней и при размещении затвора с возможностью посадки на седло снизу; на фиг. 2 - газлифтный клапан с непроницаемыми перегородками в виде мембран и при размещении затвора с возможностью посадки на седло сверху; на фиг. 3 - схема размещения газлифтного клапана в нефтяной скважине.

Газлифтный клапан включает (фиг. 1) корпус 1, верхнюю 2, среднюю 3 и нижнюю

4 полости в корпусе клапана, верхнюю 5 и нижнюю 6 подвижные непроницаемые перегородки, выполненные в виде поршней, шток 7, затвор 8 с перепускным каналом 9. Полости клапана сообщены с пространством 10 за подъемной колонной 11 каналами 12-16с дросселями 17, 18, 19. Привод штока может включать (фиг. 2) вместо поршней мембраны 20, 21, подъемная колонна ниже обратного клапана снабжается (фиг. 3) обратным клапаном 22 и штуцером 23, а добыча нефти осуществляется из пласта 24.

Газлифтный клапан изготавливается с относительными геометрическими размерами подвижных перегородок и затвора, получаемыми в соотношении с расчетными давлениями в ск-важине по зависимостям:

00

о о ю сл

Ю

со

P max P т

max

n max n max г k т

(1).

min

p pin p n

mm

(2),

p min p та

Рт

in

p min

(3)

p max p max

Газлифтный клапан работает следующим образом.

В положении затвора 8, приведенного на фиг. 1, в скважине (фиг. 3) происходит повышение давления газа (Рз) в пространстве 10 вследствие газа из выходящей из пласта 24 нефти. Одновременно в подъемной колонне 11 на уровне размещения газлифт- ного клапана также происходит повышение давления (Рт), обусловленное повышением уровня нефти, при этом из-за потерь давления в штуцере 23. Что касается давления в полости 3 (фиг. 1), то оно формируется за счет перетока давления в полости 3 (фиг. 1), то оно формируется за счет перетока газа из пространства 10 в подъемную колонну 11 по каналам 12, 13 и регулируется дросселями 17,1 8. Поскольку , то . Для приведенного на фиг. 1 положения привода характерно, что суммарное усилие, развиваемое затвором 8 и перегородками 5 и 6, направлено вверх.

Затвор 8 переместится вниз после того, как суммарное усилие изменит направление.

Значения давлений P fax , Р тшах , P , при которых суммарное усилие становится равным нулю и изменяет направление, задаются из условия эффективной работы скважины, т. е. являются постоянными для конкретных ус- ловий применения газлифтного клапана. После перемещения затвора вниз суммарное усилие резко увеличивается. Скачок усилия

обусловлен тем, что давление Р , воздействовавшее на рабочую площадь затвора, стало воздействовать на значительно меньшую рабочую площадь перегородки 6. Сле- довательно, величина скачка усилия задается соотношением и абсолютной величиной рабочих площадей при расчетах и конструировании газлифтного клапана.

После открытия перепускного клапана 9 в затворе 8 газ из камеры 4 через канал 15 и дроссель 19 проходит в подъемную колонну 11 и совершает полезную работу по выносу нефти из скважины. При этом давление в камере 4 поддерживается близким а Р3, т. к. регулирование расхода газа дросселем 19 осуществляется на выходе газа из камеры 4.

10

15 20 25 зо

35

40

45

50

55

Поток газа проходит через затвор 8 по каналу 9 и этим предотвращается воздействие потока на уплотняющие поверхности затвора и их износ.

В результате перетока газа давление Р3 снижается, а Рт остается в начале близким.к

Р тах, а после начала выноса нефти из скважины также начинает снижаться. Одновременно снижается и величина Рз. Скорости снижения (и дальнейшего повышения) Р3, Рт, Рк различаются. В результате непропорционального друг другу изменения давлений изменяется суммарное усилие на штоке 7. При достижении давлениями Р3, Рт, Рк

значений Р min , Р f n , Р | псуммарное усилие становится равным нулю, а после дальнейшего понижения на некоторую минимальную величину становится направленным вверх, затвор поджимается к седлу и перекрывает поток газа по каналам 16, 9, 15. Суммарное усилие на штоке 7 резко возрастает за счет одностороннего воздействия давления Р3 на рабочую площадь затвора, превышающую рабочую площадь перегородки 6 (). В дальнейшем работа клапана продолжается в описанной последовательности.

Суммарное усилие на штоке, его величина и направление определяют работу газлифтного клапана. Суммарное усилие алгебраически складывается из усилий от поршней или мембран и затвора, зависящих от Рз, Рт, Рк и рабочих площадей. Для газлифтного клапана по фиг. 1 работоспособность поддерживается при , для клапана по фиг, 2 - при . Работоспособность определяется также величиной Рк. Величину Рк задают при расчете клапана подбором проходных сечений дросселей 17 и 18, руководствуясь методикой расчета потерь давления при последовательной установке местных сопротивлений потоку и зависимостью изменения Рз при снижении

Р3 и Рт от Р Т и Р до Р и Р Tmin . Для клапана на фиг. 1 работоспособность обеспечивается, если потери давления в дросселе 17 более чем в два раза превышают потери давления в дросселе 18. Для клапана по фиг. 2 диапазон допустимых потерь давления в дросселе 17 по отношению к дросселю 18 находится в пределах 1,0-2,0.

Конкретные показатели работы газлифтного клапана по фиг. 2, установленного, например, в нефтяной скважине, эксплуатирующейся периодическим газлифтом с

Р ГХ 5 МПа .Р 4 МПа ,Р ттах 3 МПа ,

p mm МПа .могут быть следующими.

С учетом заявленного критерия соотношения перепада давления в дросселях 17 и

18 выбирает Р .3 МПа. Тогда, по выражению (3), Р ,08 МПа. По выражениям (1) и (2) находим рабочие площади, задавшись величиной одной из них из условия обеспечения оптимальных габаритов всего газлифтного клапана. Если задаться Sk см2 то ,4 см2 ,1 см2. Газлифтный клапан такой конструкции будет обеспечивать добычу нефти в периодическом режиме при автоматическом срабатывании.

Формула изобретения 1. Газлифтный клапан, включающий установленный на подъемной колонне полый корпус с выходными и входными каналами, гидравлически связывающими его полость соответственно с полостью подъемной колонны и пространством за ней, поперечную перегородку с центральным отверстием размещенную в корпусе и делящую его полость на две части, седло и установленный по оси корпуса в отверстии поперечной перегородки подвижный шток с затвором на нижнем конце и приводом на верхнем, о т- личающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы клапана, привод его штока выполнен в виде верхней и нижней подвижных непроницаемых перегородок, жестко соединенных со штоком и установленных перпендикулярно его оси, а в корпусе выполнены три дополнительных радиальных канала для гидравлического сообщения соответственно полости корпуса между подвижными перегородками с полостью подъемной колонны и пространством за ней, при этом площади поперечного сечения затвора и подвижных перегородок связаны с давлениями следующими соотношениями:

Si Р rkc - Р

make

S kр pake р make

ср мин р мин S 2 р мин - р мин

5 Q

5

0

5

0

5

0

5

где Si,S2,Sk - площади поперечного сечения соответственно верхней, нижней подвижных перегородок и затвора,

р макс р мин р макс р мин р макс р мин

Оi Г К 1Г К 1 К 1 К VrfVJ

ответственно максимальная и минимальная величины давлений в пространстве за подъемной колонной, в полости подъемной колонны и в полости над подвижными перегородками.

. 3