RU1806259C - Газлифтный клапан - Google Patents

Abstract

Изобретение.относитс  к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефт ных скважин. Клапан включает полый корпус с входными и выходными каналами. В корпусе размещена поперечна  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 перпендикул рных 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 имеютс  перепускные каналы. Площади поперечного сечени  затвора и подвижных пе- регородок св заны с да-влени ми соотношени ми, приведенными в описании . 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

Description

ел

с

Изобретение относитс  к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при эксплуатации нефт ных скважин газлифтным способом.

Целью изобретени   вл етс  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 размещени  газлифтного клапана в нефт ной 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 дроссел ми 17, 18, 19. Привод штока может включать (фиг. 2) вместо поршней мембраны 20, 21, подъемна  колонна ниже обратного клапана снабжаетс  (фиг. 3) обратным клапаном 22 и штуцером 23, а добыча нефти осуществл етс  из пласта 24.

Газлифтный клапан изготавливаетс  с относительными геометрическими размерами подвижных перегородок и затвора, получаемыми в соотношении с расчетными давлени ми в ск-важине по зависимост м:

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 давлени  газа (Рз) в пространстве 10 вследствие газа из выход щей из пласта 24 нефти. Одновременно в подъемной колонне 11 на уровне размещени  газлифт- ного клапана также происходит повышение давлени  (Рт), обусловленное повышением уровн  нефти, при этом из-за потерь давлени  в штуцере 23. Что касаетс  давлени  в полости 3 (фиг. 1), то оно формируетс  за счет перетока давлени  в полости 3 (фиг. 1), то оно формируетс  за счет перетока газа из пространства 10 в подъемную колонну 11 по каналам 12, 13 и регулируетс  дроссел ми 17,1 8. Поскольку , то . Дл  приведенного на фиг. 1 положени  привода характерно, что суммарное усилие, развиваемое затвором 8 и перегородками 5 и 6, направлено вверх.

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

Значени  давлений P fax , Р тшах , P , при которых суммарное усилие становитс  равным нулю и измен ет направление, задаютс  из услови  эффективной работы скважины, т. е.  вл ютс  посто нными дл  конкретных ус- ловий применени  газлифтного клапана. После перемещени  затвора вниз суммарное усилие резко увеличиваетс . Скачок усили 

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

После открыти  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 поддерживаетс  близким а Р3, т. к. регулирование расхода газа дросселем 19 осуществл етс  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 предотвращаетс  воздействие потока на уплотн ющие поверхности затвора и их износ.

В результате перетока газа давление Р3 снижаетс , а Рт остаетс  в начале близким.к

Р тах, а после начала выноса нефти из скважины также начинает снижатьс . Одновременно снижаетс  и величина Рз. Скорости снижени  (и дальнейшего повышени ) Р3, Рт, Рк различаютс . В результате непропорционального друг другу изменени  давлений измен етс  суммарное усилие на штоке 7. При достижении давлени ми Р3, Рт, Рк

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

Суммарное усилие на штоке, его величина и направление определ ют работу газлифтного клапана. Суммарное усилие алгебраически складываетс  из усилий от поршней или мембран и затвора, завис щих от Рз, Рт, Рк и рабочих площадей. Дл  газлифтного клапана по фиг. 1 работоспособность поддерживаетс  при , дл  клапана по фиг, 2 - при . Работоспособность определ етс  также величиной Рк. Величину Рк задают при расчете клапана подбором проходных сечений дросселей 17 и 18, руководству сь методикой расчета потерь давлени  при последовательной установке местных сопротивлений потоку и зависимостью изменени  Рз при снижении

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

Конкретные показатели работы газлифтного клапана по фиг. 2, установленного, например, в нефт ной скважине, эксплуатирующейс  периодическим газлифтом с

Р ГХ 5 МПа .Р 4 МПа ,Р ттах 3 МПа ,

p mm МПа .могут быть следующими.

С учетом за вленного критери  соотношени  перепада давлени  в дроссел х 17 и

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

Claims (6)

1. Формула изобретени  1. Газлифтный клапан, включающий установленный на подъемной колонне полый корпус с выходными и входными каналами, гидравлически св зывающими его полость соответственно с полостью подъемной колонны и пространством за ней, поперечную перегородку с центральным отверстием размещенную в корпусе и дел щую 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- личающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности работы клапана, привод его штока выполнен в виде верхней и нижней подвижных непроницаемых перегородок , жестко соединенных со штоком и установленных перпендикул рно его оси, а в корпусе выполнены три дополнительных радиальных канала дл  гидравлического сообщени  соответственно полости корпуса между подвижными перегородками с полостью подъемной колонны и пространством за ней, при этом площади поперечного сечени  затвора и подвижных перегородок св заны с давлени ми следующими соотношени ми:

   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 сечени  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 максимальна  и минимальна  величины давлений в пространстве за подъемной колонной, в полости подъемной колонны и в полости над подвижными перегородками.
2. 2. Клапан по п. 1, о т л.и ч а ю щ и и с   тем, что подвижные нелроницаемые перегородки выполнены в виде поршней,
3. 3. Клапан по п.1,отличающийс  тем, что подвижные непроницаемые перегородки выполнены в виде мембран.
4. 4. Клапан по пп. 1-3, отличаю щ.и й- с  тем, что затвор и седло выполнены в виде плунжерной пары, при этом в затворе выполнены перепускные каналы.
5. 5. Клапан по пп. 1-4, отличающий- с   тем, что затвор установлен с возможностью открыти  клапана в крайнем нижнем своем положении, при этом площадь поперечного сечени  радиального канала, сообщающего полость корпуса над подвижными перегородками с полостью подъемной колонны , более чем в два раза меньше площади поперечного сечени  радиального канала, сообщающего полость корпуса над подвижными перегородками с пространством подъемной колонны.
6. 6. Клапан по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что затвор установлен с возможностью открыти  клапана в крайнем верхнем своем положении, при этом площадь поперечного сечени  радиального канала, сообщающего полость корпуса над подвижными перегородками с полостью подъемной колонны , не более чем в два раза меньше площади поперечного сечени  радиального канала, сообщающего полость корпуса над подвижными перегородками с пространством за подъемной колонной.

   . 3