Газлифтный клапан

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти и м.б. использовано при газлифткой эксплуатации нефтяных скважин . Цель - повышение надежности работы при циклических ударных нагрузках. Внутри корпуса 1 клапана установлено седло 4 с осевым каналом 5, выполненное из композиционного материала. Над седлом 4 концентрично размещен шток 6 с затвором 7 в нижней части. С верхним концом штока 6 связан чувствительный элемент в виде сильфонов 8 и 9 с узлом зарядки 11, взаимодействующий с седлом. Под седлом 4 расположен обратный калапан 13. На внешней части седла 4 расположен слой высокопрочного материала , а со стороны осевого канала - слой металлического сплава толщиной не менее 0,5 мм, обладающего демпфирующими свойствами . Рабочий газ поступает в корпус 1 через отверстия 2. Сжимая сильфоны 8 и 9, рабочий газ перемещает шток 6 вверх, открывая в седле 4 осевой канал 5 для нагнетаемого газа. При выбросе определенного объема жидкости в выкидной коллектор давление на сильфоны 8 и 9 падает, шток 6 кается и затвор 7 перекрывает канал 5 в седле 4. Слой демпфирующего материала на поверхности канала обеспечивает снижение уровня напряжений на кромке и плотное соединение седла 4 с затвором 7. При этом обеспечивается необходимая жесткость клапана . 1 з.п. ф-лы, 1 ил. i (/

° СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЙЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4491208/03 (22) 08.07.88 (46) 07.01.91. Бюл. № 1 (71) Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева, Институт проблем освоения Севера

СО АН СССР и Сибирский научно-исследовательский институт нефтяной промышленности (72) Н. А. Костюков, И. В. Мочалов, P. Х. Исмагилов, В. А. Попов и P. К. Мухаметшин (53) 622.276.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 973798, кл. Е 21 В 43/00, 1980. (54) ГАЗЛИФТНЫЙ КЛАПАН (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти и м.б. использовано при газлифтной эксплуатации нефтяных скважин. Цель — повышение надежности работы при циклических ударных нагрузках. Внутри корпуса 1 клапана установлено седло 4 с осевым каналом 5, выполненное из композиционного материала. Над седлом 4 концентÄÄSUÄÄ 1618872 А 1 (51)5 E 21 В 34 06

2 рично размещен шток 6 с затвором 7 в нижней части. С верхним концом штока 6 связан чувствительный элемент в виде сильфонов 8 и 9 с узлом зарядки 11, взаимодействующий с седлом. Под седлом 4 расположен обратный калапан 13. На внешней части седла 4 расположен слой высокопрочного материала, а со стороны осевого канала — слой металлического сплава толщиной не менее

0,5 мм, обладающего демпфирующими свойствами. Рабочий газ поступает в корпус 1 через отверстия 2. Сжимая сильфоны 8 и 9, рабочий газ перемещает шток 6 вверх, открывая в седле 4 осевой канал 5 для нагнетаемого газа. При выбросе определенного объема жидкости в выкидной коллектор давление на сильфоны 8 и 9 падает, шток 6 опускается и затвор 7 перекрывает канал 5 в седле 4. Слой демпфирующего материала на поверхности канала обеспечивает снижение уровня напряжений на кромке и плотное соединение седла 4 с затвором 7. При этом обеспечивается необходимая жесткость клапана. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1618872. /4з — 4*—

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при газлифтной эксплуатации нефтяных скважин.

Целью изобретения является повышение надежности работы при циклических ударных нагрузках.

На чертеже изображен клапан, общий вид

Газлифтный клапан содержит корпус 1 с отверстиями 2 и 3 для прохода газа, установленное внутри корпуса 1 седло 4 с осевым клапаном 5, концентрично размещенный над седлом 4 шток 6 с затвором 7 в нижней части, устновленный с возможностью взаимодействия с седлом 4, связанный с верхним концом штока чувствительный элемент в виде сильфонов 8 и 9, сильфон 9 образует с корпусом 1 камеру 10, заполненную сжатым газом через узел 11 зарядки. Сильфон 8 совместно с корпусом 1 и сильфоном 9 образует герметичную камеру 12 и служит для уменьшения давления зарядки. Верхний конец штока 6 связан с сильфоном 9 чувствительного элемента. Под седлом 4 расположен обратный клапан 13. Седло 4 выполнено из композиционного материала, на внешней части которого расположен слой высокопрочного материала, а со стороны осевого канала расположен слой металлического сплава, обладающего демпфирущими свойствами, причем слой металлического сплава имеет толщину от 0,5 до 0,9 мм.

Нанесение на поверхность осевого канала 5 слоя демпфирующего материала обеспечит снижение уровня напряжений на кромке и плотное соединение седла 4 с затвором 7.

В качестве демпфирующего компонента могут быть использованы металлические сплавы, обладающие способностью рассеяния энергии в процессе циклического ударного нагружения. Наиболее перспективными в этом плане являются сплавы с бездиффузионным обратимым фазовым превращением мартенситного типа, характеризующимся значительным изменением параметров кристаллической решетки и, следовательно, размеров нагружаемой области.

Типичными примерами указанных материалов могут служить сплавы системы никель-титан. В частности, наибольший интерес представляет мононикелид титана, который наряду с наличием мартенситного превращения обладает хорошей пластичностью, высокими значениями временного сопротивления разрыва и предела текучести. Применение мононикелида титана в качестве демпфирующего слоя позволит достичь одновременного выполнения следующих условий: релаксации напряжений и обеспечение герметичности соединения затвора с седлом вследствие высокой пластичности. Это обстоятельство, а также обратимыЙ характер фазового превращения являются необходимыми условиями повышения долговечности седла.

Сущность изобретения заключается в том, что седло газлифтного клапана выполнено не из однородного материала, как в прототипе, а из композитного. При этом его внешняя часть, придающая детали необходимую жесткость, выполнена из высокопрочного материала, например стали 45, прошедшей специальную термообработку, а внутренняя часть, образующая канал, выполнена из металлического сплава, обладающего демпфирующими свойствами, например мононикелида титана. Толщина слоя демпфирующего материала при этом составляет 0,5 — 0,9 мм.

Такое выполнение позволяет обеспечитьнеобходимую жесткость клапана в целом, а выполнение необходимой толщины демпфирующего слоя на поверхности осевого канала из мононикелида титана позволяет увеличить срок службы клапана в 5 — 10 раз.

Выбор толщины демпфирующего слоя определяется необходимостью выполнения двух требований, предъявляемых к каналу: герметичности и постоянства давления зарядки газа в камере А, что в значительной мере определяет стабильность дебита нефти.

Герметичность клапана обусловлена наличием зазора между затвором 7 и кромкой осевого канала в седле 4. На величину зазора (о) влияют три основных фактора: чистота обработки кромки канала и поверхности затвора; несоосность штока 6 с каналом, возникающая в процессе изготовления и сборки деталей клапана, и наличие в рабочем газе твердых частиц во взвешенном состоянии.

Влияние каждого из перечисленных факторов на зазор по порядку величины не превышает 0,1 мм. Поэтому в реально существующих клапанах 6<0,3 мм. Эта величина является нижней границей области допустимых упруго-пластичных деформаций демпфирующего слоя в осевом направлении.

Из простых геометрических ссюбражений вытекает следующее соотношение между диаметром канала dK, диаметром сферической части затвора <Ь, зазором 6 и толщиной демпфирующего слоя а:

Соотношение получено в предложении, что внешняя часть седла изготовлена из абсолютно жесткого материала.

В настоящее время наиболее распространенными в нефтепромысловой практике являются клапаны 2Г-25-21, имеющие диаметр осевого канала 8 мм и диаметр сферической части затвора 10 мм.Приняв о=0,3, из приведенного соотношения находим нижнюю границу толщины демпфирующего слоя: а=0,5 мм.

Увеличение толщины демпфирующе1 о слоя приводит к увеличению абсолютного значения осевой деформации кромки канала и, как следствие, увеличению хода штока 6, 1618872

Формула изобретения

Составитель В. Борискина

Редактор А. Шандор Техред А. Кравчук Корректор А. Оса ленко

Заказ 28 Тираж 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r. Ужгород, ул. Гагарина, 10! что, в свою очередь, служит причиной падения давления газа в зарядной камере А.

Максимально допустимое увеличение хода штока может быть найдено из условия изменения давления в зарядной камере в пределах 10Я. Это условие выполняется, если увеличение хода штока не превышает

1 мм. Такому перемещению штока соответствует толщина демпфирующего слоя а=

=0,9 мм, которая и является верхней допустимой границей.

Газлифтный клапан работает следующим образом.

Перед спуском клапана в скважину камера 10 заряжается сжатым газом. Под действием давления газа в сильфоне 9 клапан закрывается, т.е. обеспечивается полное соединение затвора 7 с седлом 4. В этом положении клапан опускается в скважину.

Нагнетаемый в затрубное пространство рабочий газ через отверстия 2 поступает в корпус 1. Сжимая сильфоны 8 и 9, рабочий газ перемещает шток 6 вверх, открывая в седле 4 осевой клапан 5 для нагнетаемого газа. Газ из затрубного пространства через отверстия 3 поступает в колонну подъемных труб скважины, где аэрирует скважинную жидкость и осуществляет ее подъем на дневную поверхность. При выбросе определенного. объема жидкости в выкидной коллектор давление в подъемных трубах на уровне клапана снижается, происходит некоторое уменьшение давления закачиваемого газа в затруб. ном пространстве, что приводит к падению давления на сильфоны 8 и 9, шток 6 опускается и затвор 7 перекрывает канал 5 в седле 4.

1. Газлифтный клапан, содержащий корпус с отверстиями для прохода газа, установленное внутри него седло с осевым каналом, концентрично размещенный над седлом шток с затвором в нижней части, установленный с

15 возможностью взаимодействия с седлом, связанный с верхним концом штока чувствительный элемент с узлом зарядки и расположенный под седлом обратный клапан, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы при циклических ударных нагрузках, седло выполнено из композиционного материала, на внешней части которого расположен слой высокопрочного материала, а со стороны осевого канала расположен слой металлического сплава, обладающего

25 демпфирующими свойствами.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что слой металлического сплава имеет толщину не менее 0,5 мм.