Газлифтный клапан заполняется сжатым газом (7 видео)

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при газлифтной эксплуатации скважин. Сущность изобретения: газлифтный клапан включает корпус 1 с входными 7 и выходными отверстиями, привод. Последний выполнен в виде сильфона 2, установленного в верхней части корпуса с образованием герметичной камеры со сжатым газом. С сильфоном своим верхним концом связан шток 3. На нижнем конце штока размещен затвор. Под затвором установлено седло 6. Затвор выполнен в виде металлического каркаса 4 с навулканизированной на нем сферой 5 из упругого нефтестойкого материала. Металлический каркас выполнен в виде перпендикулярных штоку дисков разного диаметра, больший из которых расположен по центру сферы, а меньшие — по разные стороны от него на одинаковом расстоянии. В качестве упругого нефтестойкого материала используют смесь на основе нитрильного каучука или полиуретан. В нижней части седла установлен ограничитель 8 хода затвора. Выполненная таким образом пара затвор-седло повышает надежность работы клапана за счет обеспечения герметичности при многократных ударных нагрузках. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобыче и предназначено для газлифтной эксплуатации нефтяных скважин, а также может быть использовано для освоения скважин.

Известен газлифтный клапан, состоящий из корпуса, сильфона, пружины, штока, затвора и седла (1).

Основным недостатком этого клапана является низкая надежность и работоспособность запорного узла, снабженного пружиной, ввиду быстрого нарушения герметичности пары затвор — седло.

Известно также клапанное устройство для исследования и перекрытия скважины, содержащее корпус, затвор из эластичного материала, два седла, размещенные одно над другим, и ограничитель, причем в нижнем седле параллельно его оси выполнен канал (2).

Недостатком этого клапанного устройства является ненадежность работы затвора из эластичного материала, который принудительно продавливается через нижнее седло то в одну, то в другую сторону, что приводит к выходу его из строя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является газлифтный клапан, включающий полый корпус с выходными и входными отверстиями, привод, выполненный в виде сильфона, заполненного сжатым газом шток затвор и седло (3).

Существенным недостатком этого клапана является ненадежность в работе из-за быстрого его выхода из строя от многократных ударов шарика о седло, приводящее к потере герметичности пары шарик — седло.

Целью изобретения является повышение надежности работы газлифтного клапана за счет обеспечения герметичности пары затвор — седло при многократных ударных нагрузках.

Достигается это тем, что он снабжен ограничителем хода затвора, установленным в нижней части седла, а затвор выполнен в виде металлического каркаса с навулканизированной на нем сферой из упругого нефтестойкого материала, в качестве которого использована смесь на основе нитрильного каучука или полиуретана, причем металлический каркас выполнен в виде перпендикулярных штоку дисков разного диаметра, больший из которых расположен по центру сферы, а меньшие — по разные стороны от него на одинаковом расстоянии.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Оно состоит из полого корпуса клапана 1, привода, выполненного в виде сильфона 2, установленного в верхней части корпуса с образованием с ним герметичной камеры, заполненного сжатым газом. Сильфон 2 жестко соединен со штоком 3, нижняя часть которого выполнена в виде металлического каркаса 4 с навулканизированной на нем сферой-затвором 5 из упругого нефтестойкого материала. При этом металлический каркас выполнен в виде перпендикулярных штоку дисков разного диаметра, больший из которых расположен по центру сферы, а меньшие — по разные стороны от него на одинаковом расстоянии, а в качестве упругого нефтестойкого материала использована смесь на основе нитрильного каучука или полиуретан, или другой материал: в нижней части корпуса клапана 1 имеется седло 6 под запорное устройство-затвор 5, а сбоку отверстие 7 для ввода газа, а в нижней части седло 6 снабжено ограничителем хода затвора 8.

Принцип работы этого клапана заключается в следующем. Газ из кольцевого пространства скважины через отверстие 7 попадает в корпус клапана 1, действует на нижнюю поверхность сильфона 2 и на сечение затвора 5. Ввиду разности площадей этих сечений сильфон 2 сжимается. При этом шток 3 вместе с затвором 5 отрывается от седла 6, открывая доступ для газа в насосно-компрессорные трубы. При снижении давления в затрубном пространстве до давления заправки сильфона и менее сильфон 2 разжимается и затвор 5 садится на седло 6. При ударе штока с затвором о седло ввиду наличия на затворе упругого нефтестойкого покрытия никаких деформаций седла не происходит. Кроме того, наличие ограничителя 8 в нижней части седла предотвращает засасывание затвора в седло клапана и разрушение сильфона, а при износе седла обеспечивается герметизация самоуплотнением путем упора затвора в ограничитель и принятия формы седла.

Следует отметить, что прочность связи материалов из резиновой смеси с металлом является основным показателем, характеризующим качество резинометаллических изделий, которые в процессе эксплуатации находятся под действием статических, динамических и ударных нагрузок. Основным фактором, влияющим на прочность связи навулканизированной резиновой смеси к металлу, является поверхность контакта. В этой связи в предлагаемом изобретении очень удачно использована конструкция каркаса, состоящего из дисков разной величины, жестко соединенных между собой, имеющих значительно большую площадь контакта и прочность сцепления, чем в известных типах каркасов: цилиндрических, сферических, тарельчатых и др.

Читайте также: Какие лампочки стоят в туманках ваз 2112 16 клапанов

Изготовление предлагаемого устройства не представляет трудностей. Для этого шток с каркасом предварительно вставляют в специальную пресс-форму и заливают резиновой смесью, что выполнимо в любых резиновых цехах.

Внедрение разработанного газлифтного клапана на скважинах позволяет: повысить надежность герметичности пары седло — затвор и долговечность работы клапана ввиду предотвращения деформации седла; сократить затраты, связанные с ревизией и заменой газлифтных клапанов; сэкономить значительный объем газа высокого давления за счет предотвращения утечек в газлифтном клапане; повысить эффективность газлифтной добычи.

1. ГАЗЛИФТНЫЙ КЛАПАН, включающий полый корпус с входными и выходными отверстиями, привод, выполненный в виде сильфона, установленного в верхней части корпуса с образованием с ним герметичной камеры, заполненной сжатым газом, шток, верхним концом связанный с сильфоном, затвор, размещенный на нижнем конце штока, и установленное под затвором седло, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности его работы за счет обеспечения герметичности пары затвор-седло при многократных ударных нагрузках, он снабжен ограничителем хода затвора, установленным в нижней части седла, а затвор выполнен в виде металлического каркаса с навулканизированной на нем сферой из упругого нефтестойкого материала, причем металлический каркас выполнен в виде перпендикулярных штоку дисков разного диаметра, больший из которых расположен по центру сферы, а меньшие — по разные стороны от него на одинаковом расстоянии.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в качестве упругого нефтестойкого материала используют смесь на основе нитрильного каучука.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в качестве упругого нефтестойкого материала используют полиуретан.

Видео:НЕЗАПРАВЛЯЕТСЯ ГАЗОМ!Выход есть!Скачать

Газлифтные клапаны

Существует большое число глубинных клапанов разнообразных конструкций.

Все клапаны по своему назначению можно разделить на три группы.

1. Для пуска газлифтных скважин и их освоения применяются пусковые клапаны

2. Для непрерывной или периодической работы газлифтных скважин применяются рабочие клапаны. При периодической эксплуатации через эти клапаны происходит переток газа в НКТ в те моменты, когда над клапаном накопится столб жидкости определенной высоты, и эти клапаны перекрывают подачу газа после выброса из НКТ жидкости на поверхность.

3. Для поддержания уровня жидкости в межтрубном пространстве ниже клапана на некоторой глубине устанавливают концевые клапаны. Они устанавливаются вблизи башмака колонны труб.

По конструктивному исполнению газлифтные клапаны очень разнообразны. В качестве упругого элемента в них используется либо пружина (пружинные клапаны), либо сильфонная камера, в которую заблаговременно закачан азот до определенного давления (сильфонные клапаны). В этих клапанах упругим элементом является сжатый азот. Существуют комбинированные клапаны, в которых используются и пружина, и сильфон. По принципу действия большинство клапанов являются дифференциальными, т. е. открываются или закрываются в зависимости от перепада давлений в межтрубном пространстве и в НКТ на уровне клапана. Они используются как в качестве пусковых, так и в качестве рабочих.

Газлифтные клапаны для различных условий эксплуатации имеют разные конструктивные исполнения. Наиболее распространена следующая классификация клапанов:

– по направлению потока рабочего агента – нормальные (из затрубного пространства в трубы) и обратные (из труб в затрубье);

– по способу крепления – стационарные и съемные. Последние имеют преимущественное распространение, поскольку для их смены не требуется подъема насосно-компрессорных труб, но обладают большим поперечным габаритом;

– по расположению стационарных клапанов – эксцентричные (устанавливаются сбоку) и концентричные – рукавные. Последние охватывают трубу и могут пропускать большие расходы газа.

Съемные клапаны могут быть с центральной установкой и в боковых карманах скважинных камер. Последние – наиболее распространены, так как при любом числе клапанов в установке поперечное сечение лифта остается свободным.

Меняют клапаны специальным набором спускаемого на канате инструмента. Для этой цели используются агрегаты для скважинных канатных работ, включающие передвижную лебедку с гидроприводом и оборудование устья скважины с лубрикатором и превентором.

Перед спуском в скважину газлифтные клапаны настраивают на соответствующее проекту газлифтной установки давление открытия и закрытия. На специальных стендах заряжают сильфонные камеры нейтральным газом (азотом) до расчетного давления, затем проверяют срабатывания клапана. При расчете давления зарядки учитывают, что отклонение скважинкой температуры от стендовой требует внесения соответствующей поправки.

Клапан, управляемый рабочим давлением, закрывается при его снижении (рис. 4.2). Он состоит из камеры 1 с сильфоном 2, к которому прикреплен шток 3 с шаровым клапаном 5, закрывающим отверстие в седле 6. Сообщение клапана с межтрубным пространством происходит через штуцерное отверстие 4.

Этот клапан часто используется как пусковой, поскольку им легко управлять, меняя рабочее давление.

Клапан, управляемый давлением газожидкостной среды (рис. 4.3), закрывается при его снижении. Этот тип клапана может быть использован в качестве рабочего, поскольку в определенных пределах степень его открытия зависит от давления столба жидкости и, будучи установлен вблизи забоя, он способствует поддержанию забойного давления, увеличивая расход газа при увеличении обводненности, при отложении парафина на трубах и других явлениях, приводящих к росту давления на башмаке труб. Кроме того, клапаны, управляемые давлением среды, пригодны в качестве пусковых для систем одновременной раздельной эксплуатации нескольких пластов одной скважины (ОРЭ), поскольку процесс освоения каждого пласта управляется независимо.

Читайте также: Порядок работы клапанов классика

Рисунок 4.2 – Газлифтный клапан, работающий от рабочего давления

Рисунок 4.3 –Газлифтный клапан, работающий от давления газожидкостной среды

1 – камера; 2 – сильфон; 3 – шток: 4 – штуцерное отверстие; 5 – шаровой клапан;

6 – отверстие в седле; р_р – давление рабочего агента на уровне клапана; р_т – давление в среде; р_нп – давление зарядки сильфона

Клапан дифференциального действия (управляемый перепадом давлений) открывается, когда перепад давлений рабочего агента и среды меньше заданного. Обязательным элементом в клапане является пружина.

Этот клапан нормально закрытый. Его целесообразно применять для периодической газлифтной эксплуатации.

В мировой практике известно, кроме описанных основных типов, много их разновидностей, в том числе клапаны с пилотным управлением, у которых давления открытия и закрытия практически совпадают (сбалансированные), с резиновым запорным органом, с гидравлическим амортизатором для гашения пульсаций и др.

Видео:Клапана никогда не сгорят если сделаешь это*Скачать

Газлифтные клапаны

Современная технология зксплуатации газлифтных скважин неразрывно связана с широким использованием глубинных клапанов специальной конструкции, с помощью которых устанавливается или прекращается связь между трубами и межтрубным пространством и регулируется поступление газа в НКТ. В настоящее время существует большое число глубинных клапанов разнообразных конструкций.

Все клапаны по своему назначению можно разделить на три группы.

1. Пусковые клапаны для пуска газлифтных скважин и их освоения.

2. Рабочие клапаны для непрерывной или периодической работы газлифтных скважин, оптимизации режима их работы при изменяющихся условиях в скважине путем ступенчатого изменения места ввода газа в НКТ. При периодической эксплуатации через эти клапаны происходит переток газа в НКТ в те моменты, когда над клапаном накопится столб жидкости определенной высоты и эти клапаны перекрывают подачу газа после выброса из НКТ жидкости на поверхность.

3. Концевые клапаны для поддержания уровня жидкости в межтрубном пространстве ниже клапана на некоторой глубине, что обеспечивает более равномерное поступление через клапан газа в НКТ и предотвращает пульсацию. Они устанавливаются вблизи башмака колонны труб.

Рис. 9.8. Принципиальная схема пружинного клапана

Пружинный дифференциальный клапан (рис. 9.8) укрепляется на внешней стороне НКТ. Он имеет основной 1 и вспомогательный 2 штуцера. Газ поступает через отверстия 3, число которых можно изменять. На обоих концах штока 4 имеются две клапанные головки, причем пружины, натяжение которых регулируется гайкой 6, держат шток прижатым к нижнему штуцеру 2. Таким образом, нормально клапан открыт. При его обнажении газ через отверстие 3 и штуцер 1 проникает в НКТ и газирует в них жидкость. В результате давление в НКТ Р_т падает, а Р_к остается постоянным. Возникает сила, стремящаяся преодолеть натяжение пружины Р_п и закрыть клапан. Если f₂ — площадь сечения нижнего штуцера, Р_т — давление внутри клапана (потерями на трение пренебрегаем), а Р_к — давление, действующее на нижний клапан, то условие закрытия клапана запишется как

где DР_зак = Р_к — Р_т — такая разность давлений, при которой преодолевается сила пружины F_п и клапан закрывается (закрывающий перепад). После закрытия верхняя головка прижмется к штуцеру 1, площадь которого f₁ намного больше f₂. При закрытии давление на клапане ниже штуцера 1 станет равным Р_к. Оно будет действовать на большую площадь верхнего штуцера f_1, и клапан будет надежно удерживаться в закрытом состоянии при условии

Поскольку f₁>> f₂, то согласно (9.36) клапан будет оставаться закрытым даже при малом перепаде давлений Р_к — Р_т. При уменьшении разницы Р_к — Р_т до определенного минимума пружина преодолеет силу f₁(Р_к — Р_т) и клапан откроется. Эта разница давлений называется открывающим перепадом. Таким образом, открытие клапана произойдет при условии

Сопоставляя (9.35) и (9.37) и учитывая, что f₁>> f₂, можно видеть, что DР_зак >> DР_от. Величины DР_зак и DР_от можно регулировать, изменяя натяжение пружины регулировочной гайкой 6, а также изменением сечения f₂ штуцера 2. Пропускная способность клапана по газу регулируется числом или размером отверстий 3. Важной характеристикой для клапана является зависимость его пропускной способности от перепада давлений на клапане (рис. 9.9). К моменту закрытия клапана и отсечки газа уровень жидкости в межтрубном пространстве обнажает следующий клапан, который вступает в действие вместо закрытого предыдущего.

Читайте также: Схема газового клапана газовой колонки

Рис. 9.9. Зависимость расхода газа через клапан от перепада давлений

Сильфонные клапаны бывают двух типов:

— работающие от давления в межтрубном пространстве Р_к;

— работающие от давления в НКТ Р_т.

Сильфонный клапан, управляемый давлением Р_к, (рис. 9.10), состоит из сильфонной камеры 1, заряженной азотом до давления. Эффективная площадь сечения сильфона f_с. На штоке 2 имеется клапан 3, сечение седла которого f_к. Через штуцерное отверстие 4 газ поступает из межтрубного пространства через клапан в НКТ.

Рис. 9.10. Принципиальная схема клапана, управляемого давлением в межтрубном пространстве

При закрытом клапане давление Р_к в нем будет действовать на площадь сильфона f_с за вычетом площади клапана f_к. Со стороны НКТ на площадь f_к будет действовать давление Р_т. Обе эти силы будут стремиться открыть клапан. Препятствовать открытию будет давление газа в сильфоне Р_с, действующее на площадь f_c. Открытие клапана произойдет, если

Давление, при котором откроется клапан, будет равно

Деля числитель и знаменатель справа на f_с и обозначая f_к / f_с =R, получим

Это будет давление в межтрубном пространстве, при котором клапан откроется. Решая (9.38) относительно Р_с — давления зарядки сильфона, найдем

Это будет давление, которое необходимо создать в сильфонной камере при ее зарядке на поверхности при заданном давлении в межтрубном пространстве для открытия клапана (Р_к)_от.

После открытия клапана давление внутри клапана будет действовать на всю площадь сильфона, поэтому будет справедливо равенство сил

Непосредственно перед закрытием клапана в нем под сильфоном должно быть давление закрытия (Р_а)_зак

Тогда разница открывающего и закрывающего перепадов будет равна

После подстановки в (9.40) значения Р_с согласно (9.39) найдем

Из (9.41) видно, что R = f_к / f_с является важной величиной, определяющей характеристику клапана.

Обычно диаметр седла клапана колеблется в пределах от 3 до 12 мм, а R от 0,08 до 0,5. Однако действительная величина R из-за неучета сил трения газа в клапане меньше расчетной, определяемой формулой (9.41). Это означает, что эффективное значение R меньше действительного. Уменьшение составляет

6 — 7 %. Таким образом, изменением давления в межтрубном пространстве можно управлять работой клапана, т.е. открывать его или закрывать.

Рис. 9.11. Принципиальная схема клапана, управляемого давлением в трубах

Принципиальная схема клапана, чувствительного к изменениям давления в трубах, показана на рис. 9.11. В нем на сильфон всегда действует давление Р_т, устанавливающееся в трубах. При накопленни жидкости в НКТ и соответствующем увеличении давления сопротивление сильфона преодолевается, и клапан открывается, впуская газ в НКТ из мсжтрубного пространства. После открытия давление Р_т, будет действовать на всю площадь сильфона f_с. При снижении давления в трубах до некоторой величины клапан закроется, так как сила, действующая со стороны сильфона, станет больше, чем сила, дсйствующая со стороны камеры клапана. Комбинированные клапаны имеют в дополнение к сильфону цилиндрическую пружину, которая воспринимает на себя часть нагрузки. Это позволяет делать сильфон более чувствительным к изменениям давления, действующего на него при прямом и обратном ходе.

Рис. 9.12. Газлифтный клапан для наружного крепления, управляемый давлением в НКТ:

1 — ниппель дли зарядки сильфоонной камеры азотом, 2 — сильфонная камера, 3 — сильфон,

4 -центрирующий шток, 5 — шток клапана, б — клапан, 7 — штуцерное отверстие для

поступления газа в НКТ, 8, 9 — каналы, по которым газ поступает в НКТ

Клапаны этого типа могут применяться при периодической газлифтной эксплуатации. После выброса жидкости клапан закроется и откроется вновь только при накоплении жидкости в НКТ до определенной величины. Газлифтные клапаны в зависимости от конструкции укрепляются на колонне НКТ либо снаружи, либо внутри в специальных камерах, имеющих эллиптическое сечение. При наружном креплении клапанов для их замены при поломке или при необходимости изменения регулировки из скважины извлекают всю колонну труб. При креплении клапанов в эллиптических камерах внутри НКТ они извлекаются с помощью специальной, так называемой канатной техники, а колонна труб остается и скважине.

Газлифтные клапаны и особенно его рабочие органы изготавливаются из специальных сталей и сплавов, стойких к действию коррозии и износу. Для того чтобы можно было осуществлять при необходимости промывку скважины, оборудованной газлифтными клапанами, последние снабжаются дополнительным узлом, выполняющим роль обратного клапана. При создании давления внутри НКТ обратный клапан закрывается, и поток промывочной жидкости идет не через газлифтный клапан, а через башмак колонны труб. Газлифтные клапаны, несмотря на их кажущуюся простоту, как это может показаться, если рассматривать их принципиальные схемы, в действительности являются сложными приборами, для изготовления которых нужна совершенная технология и высокая точность производства. Конструкция газлифтного клапана, управляемого давлением в трубах, показана в качестве примера на рис. 9.12. Клапан предназначен для крепления снаружи НКТ. Принципиальная схема такого клапана была показана на рис. 9.11. Такой газлифтный клапан комплектуется обратным клапаном, привинченным к нижнему концу.