Клапан газлифтной сильфонный Советский патент 1993 года по МПК E21B34/06 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации газ- лифтным способом сверхглубоких скважин.

Цель изобретения - повышение надежности работы клапана при одновременном расширении области его применения за счет защиты сильфона от высокого наружного давления и снятия пиковых нагрузок.

На фигуре изображен клапан газлифт- ный сильфонный.

Клапан состоит из полого корпуса 1с входными А и выходными Б каналами и

жестко соединенными с ним узла зарядки 2 и узла обратного клапана 3.

В корпусе 1 установлены, жестко связанные шток 4 с затвором 5, седло 6 и узел демпфирования состоящий из установленного концентрично на штоке 4 сильфона 7. связанного нижним своим концом со штоком 4, а верхним с корпусом 1 м образующего тем самым с последним камеру высокого давления BJ1 частично заполненную вязкой жидкостью, направляющей 8 с радиальными отверстиями Г и свободно установленной на верхнем торце штока 4, ара 9.

ы

о

СЛ

Ьь

Јь

Направляющая 8 концентрично установлена в камере высокого давления В образует дополнительное седло с проходным отверстием делящим камеру высокого давления В на верхнюю и нижнюю полости.

Шар 9 свободно установлен на верхнем торце с возможностью перекрытия проходного отверстия Д дополнительного седла в крайнем верхнем положении штока 4.

Клапан работает следующим образом,

Через узел зарядки 2 верхняя полость камеры высокого давления В заполняется азотом до расчетного давления. При эторм сильфон 7 воспринимает это зарядное давление через проходное отверстие Д. Затвор 5 закрывает седло б, расположенное в корпусе 1. Клапан закрыт, а проходное отверстие Д в узле демпфирования открыто.

При установке клапана в скважину, наружное давление действует на сильфон 7 и он начинает сжиматься. Затвор 5 отходит от седла 6, когда давление снаружи превосходит зарядное давление. Клапан открывается, а проходное отверстие Д начинает закрываться.

Вязкая жидкость, заполняющая сильфон, медленно перетекает через проходное отверстие Д с нижней полости камеры высокого давления В в верхнюю, обеспечивая тем самым плавность хода затвора 5 и штока 4. Шар 9 выполнен из твердосплавного материала, плотность которого превышает плотность вязкой жидкости и в соответствии с этим суммарная площадь поперечного сечения радиальных отверстий Т направляющей 8 настолько больше площади поперечного сечения кольцевого зазора, что исключается подъем шара 9 гидравлическими силами, а постоянный контакт шара 9 со штоком 4 позволяет перекрыть проходное отверстие Д. Зависимость площадей определяется из выражения:

,

V.

3

Ј-

fkVc

где fa площадь поперечного сечения кольцевого зазора;

dm - диаметр шара;

g - ускорение свободного падения;

рш - плотность материала шара;

рж - плотность вязкой жидкости;

f« - площадь поперечного сечения кольцевого пространства между штоком и силь- фоном;

vc - максимальная скорость перемещения сильфона;

fpo суммарная площадь поперечного сечения радиальных отверстий-направляющей.

При полном ходе затвора 5 вверх (кла- 5 пан полностью открыт) сильфон 7 сжимается до упора, т. е. шар 9 под действием штока 4 перекрывает проходное отверстие Д и отсекает верхнюю полость камеры высокого давления В от нижнеей полости, т. е. полости сильфона. Дальнейшее повышение давления снаружи не воспринимается силь- фоном 7. Сильфон 7 полностью разгружен от действия на него внешних сил, а внутри него давление равное давлению снаружи.

При снижении давления снаружи сильфон 7 начинает разжиматься и стремиться принять свое первоначальное положение..

Шток 4 совершает ход, однако так как шар 9 со штоком 4 не связаны, а контактируют по одной точке, то шар 9 по-прежнему будет закрывать проходное отверстие Д, сообщающее нижнюю полость камеры высокого давления В, т. е. полость сильфона, с верхней полостью, заполненной азотом,

10

15

25

30

35

45

50

55

до тех пор, пока давление снаружи, а следовательно и внутри сильфона 7 не станет равным давлению зарядки. Только после этого шар 9 откроет проходное отверстие Д. При этом сильфон 7 воспримет давление,

равное давлению зарядки и не превосходящее допустимое значение. Шар 9 под действием силы тяжести опустится на шток 4.

Клапан будет закрываться, а проходное отверстие Д в узле демпфирования будет в открытом положении. Медленное перете- . кание жидкости из верхней полости камеры высокого давления В в нижнюю полость, т. е. полость сильфона 7, через проходное . отверстие Д обеспечит плавность хода за- и твора 5.

Формула изобретения Газлифтный сильфонный клапан, включающий полый корпус с входными и выходными каналами, узел зарядки, узел обратного клапана и установленные в корпусе шток с затвором, седло с проходным отверстием и узел демпфирования, выполненный в виде установленного концентрично на штоке сильфона, связанного нижним концом со штоком, а верхним - с корпусом, с образованием с последним камеры высокого давления, частично заполненной вязкой жидкостью, дополнительного седла с проходным отверстием, размещенного в камере высокого давления и делящего ее на верхнюю и нижнюю полости, жестко связанной с дополнительным седлом направляющей, выполненной в виде цилиндра с .радиальными отверстиями и установленной концентрично на штоке, и шара, свободно

установленного на верхнем торце штока с возможностью перекрытия проходного отверстия дополнительного седла в крайнем верхнем положении штока, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы клапана при одновременном расширении области его применения за счет защиты сильфона от высокого наружного давления и снятия пиковых нагрузок, шар выполнен из твердосплавного материала, а верхний торец штока выполнен плоским, при этом направляющая установлена на штоке с образованием кольцевого зазора, пло- . щадь поперечного сечения которого определяется из выражения

4dU)q(-1)

fk vc.

0

где f3 - площадь поперечного сечения кольцевого зазора;

duj диаметр шара;

РШ - плотность материала шара;

/схж - плотность вязкой жидкости;

TK- площадь поперечного сечения кольцевого пространства между штоком и силь- фоном;

vc - максимальная скорость перемещения сильфона;

f ро - суммарная площадь поперечного сечения радиальных отверстий направляющей.

g - ускорение свободного падения.

Использование: при эксплуатации скважин газлифтных способом. Обеспечивает повышение надежности работы клапана при одновременном расширении области его применения за счет защиты сильфона от высокого наружного давления и снятия пиковых нагрузок. Сущность изобретения, устройство включает полый корпус. Он выполнен с входными и выходными каналами. Имеется узел зарядки, узел обратного клапана и шток с затвором. Кроме того, устройство содержит седло с проходным отверстием и узел демпфирования. Последний выполнен в виде сильфона. Он установлен на штоке концентрично. Нижним концом он связан со штоком, Верхним коНщом связан с корпусом. С ним он образует камеру высокого давления. Она частично выполнена вязкой жидкостью. Устройство имеет дополнительное седло. Оно выполнено с проходным отверстием. Оно размещено в камере высокого давления и делит ее на верхнюю и нижнюю полости, С дополнительным седлом связана направляющая. Она выполнена в виде цилиндра. Он имеет .радиальные отверстия. Он установлен ка штоке концентрично. На верхнем торце штока установлен шар, Он установлен с возможностью перекрытия проходного отверстия у дополнительного седла в крайнем нижнем положении штока. Шар выполнен из твердосплавного материала. Верхний торец штока выполнен плоским. Направляю- щая установлена на штоке с образованием кольцевого зазора. Площадь поперечного сечения зазора определяется из приведенного выражения, фиг.1. сл