книги / Оборудование для добычи нефти и газа. Т. 1

Одноступенчатый редуктор 4 предназначен для понижения давления воздуха (газ), поступающего из нагнетательной линии, и автоматиче­ ского поддержания постоянным заданного рабочего давления.

Перепускной клапан 9 устанавливается в боковом отверстии корпу­ са б и, в зависимости от положения рычага 10, перепускает воздух (газ) в полость а мембранно-исполнительного механизма. В перепускном клапане имеется движущийся сердечник с манжетами. Перепускной клапан 9, разрядник 8, рычаг 10, захватывающий винт //, регулирую­ щее колесо 12, часовой механизм 13 станции регулирования помещены в коробке для предотвращения коррозии и проникновения в них пыли и влаги.

Разрядник 8 представляет собой винт с отверстием для разрядки по­ лости а и возврата в верхнее положение штока 2 под действием пружи­ ны 18.

Рычаг 10 упирается в хвост сердечника перепускного клапана 9 при свободном состоянии захватывающего винта 11. Винт захвата 11 под углом вворачивается в отверстие рычага 10 и попадает острым концом в наружную проточку регулирующего колеса 12. Регулирующее колесо 12 представляет собой барабан с наружными проточками и пазами. В его пазах устанавливаются скобы, перемещающиеся в сторону наруж­ ной проточки для регулирования цикла подачи рабочего агента. Бара­ банно-часовой механизм 13 предназначен для вращения регулирующе­ го колеса 12.

Нагнетаемый в затрубное пространство рабочий агент через отвер­ стия в и е, кольцевую полость б и трубы 3 попадает в редуктор 4. После понижения давления рабочего агента до заданного через трубку 14 ра­ бочий агент попадает под перепускной клапан 9.

При перемещении острого конца захватывающего винта по скобкам регулирующего колеса 12 перепускной клапан открывается и рабочий агент через трубы 22, 22, патрубок 15 попадает в полость а и, действуя на площадь мембраны /7, создает усилие, перемещающее шток 2 в нижнее положение, и отверстие г седла 1 закрывается. При этом пре­ кращается подача рабочего агента в скважину. После заданного време­ ни острый конец захватывающего винта 11 попадает на проточку регу­ лирующего колеса 12, рычаг 10 действует на хвост сердечника перепу­ скного клапана 9 и закрывает его. Разрядник 8, разряжая полость а, ос­ вобождает мембрану /7 от действия рабочего агента. Шток 2 под дей­ ствием пружины 18 открывает отверстие г седла 1 и обеспечивает подаЧУрабочего агента в скважину.

Последующие циклы работы регулятора происходят аналогично.

При работе скважины на установившемся режиме пусковые клапаны остаются все время закрытыми, а ггр подается через рабочие клапаны. Управляющим давлением для этих клапанов является давление газо­ жидкостной смеси в колонне подъемных труб.

При непрерывном газлифте в качестве нижнего рабочего клапана можно использовать пусковой, отрегулированный на открытие при дав­ лении, соответствующем глубине ввода газа.

Открытие или закрытие газлифтного клапана осуществляется чувст­ вительным элементом, который настраивается до установки клапана в скважину на определенное усилие. Чувствительным элементом в кла­ панах может быть сильфонная или мембранная камера, пружина или комбинация их.

Клапаны с сильфонными, пружинными и комбинированными чувстви­ тельными элементами могут быть уравновешенными и неуравновешенны­ ми. Для уравновешенных клапанов давления открытия и закрытия равны.

Широкое применение в нефтедобывающей промышленности нашли газлифтные клапаны с сильфонным чувствительным элементом. Силь­ фонную камеру клапана заряжают азотом, давление которого в ней для правильной работы клапана должно быть увязано с параметрами сква­ жины и нагнетаемого газа.

Основными узлами неуравновешенного сильфонного газлифтного клапана, управляемого давлением нагнетаемого газа (рис. 4.7.2, а, б), являются корпус, узел зарядки, сильфон, шток, седло и обратный кла­ пан, предотвращающий обратный переток жидкости, что особо важно при установке пакеров, посадка которых осуществляется гидравличе­ ским или гидромеханическим способами.

Клапан работает следующим образом: давление азота в сильфонной камере действует на его эффективную площадь и создает силу, прижи­ мающую шток к седлу.

Давление нагнетаемого газа в затрубном пространстве и давление газожидкостной смеси в колонне подъемных труб стремятся открыть клапан (см. рис. 4.7.2, а). Баланс сил в клапане непосредственно перед открытием имеет следующий вид

где рс - абсолютное давление в сильфонной камере, МПа; pv- абсолют­ ное давление нагнетаемого газа на глубине ввода в клапан, МПа; /;т - абсолютное давление газожидкостной смеси в колонне подъемных труб на глубине расположения клапана, МПа; S>ф - эффективная плошадь сильфона, см"; S0 - площадь проходного сечения седла клапана, см"

Эффективная площадь сильфона определяется в зависимости от на­ ружного (7?н) и внутреннего (.RB) радиусов гофра сильфона:

Отношение площадей SQ/S^ = R определяет степень неуравновешен­ ности клапана.

Исходя из (4.7.1) давление в сильфонной камере и давление нагне­ таемого газа, при котором клапан откроется, определяют соответствен­ но по уравнениям:

Конструктивное исполнение газлифтных клапанов представлено на рис. 4.7.3.

Клапаны фиксируют в скважинных камерах специальными фикси­ рующими устройствами, выполненными в виде самостоятельного изде­ лия либо в виде узла самого клапана.

Клапаны Г-38 и Г-38Р фиксируют при помощи кулачкового фиксато­ ра ФК-38 (рис. 4.7.4), который наворачивают перед спуском на посадоч­ ную головку 3. При посадке клапана в скважинную камеру выступ ку­ лачка б задевает за край кармана камеры и кулачок, поворачиваясь, уто­ пает в окне <з, обеспечивая проход фиксатора в расточку кармана. Когда окно совпадает с расточкой, кулачок под действием пружины 9 выходит из окна и своим выступом фиксирует клапан в расточке кармана.

При извлечении фиксатора с клапаном из скважинной камеры при помощи инструмента канатной техники срезается штифт 5, шток от­ ключения 4 поднимается и освобождает кулачок, выступ которого под действием пружины утапливается в окне фиксатора, позволяя извлечь клапан.

Техническая характеристика кулачкового фиксатора ФК-38

Клапаны Г-20 и Г-20Р (см. рис. 4.7.3, а) фиксируют в скважинных камерах фиксаторами 4 и втулками 2, поджимаемыми пружиной 3. При посадке клапана пружина сжимается, фиксатор перемещается по втулке на меньший диаметр и проходит в карман скважинной камеры, где фиксатор возвращается в исходное положение, фиксируя клапан в рас­ точке кармана камеры. Освобождается фиксатор при извлечении кла­ пана после среза штифта /.

Рис. 4.7.4. Кулачковый фиксатор

кулачок; 7 - ось; 8 - установочный вшгг; 9 ~ пружина

В клапанах Г-25, Г-25Р, 1Г-25 и 1Г-25Р (см. рис. 4.7.3, в) фикси­ рующим элементом является цанга 13, перья которой при спуске собра­ ны, а при посадке раскрываются и фиксируют клапан в расточке карма­ на скважинной камеры.

В клапанах 1Г-25 и 1Г-25Р (см. рис. 4.7.3, ж) благодаря верхнему расположению цанги увеличивается объем сильфрнной камеры, что повышает чувствительность клапана и одновременно уменьшается воз­ можность повреждения цангой посадочных мест в скважинной камере.

Эксплуатация газлифтных клапанов Г показала, что при нестабиль­ ных условиях работы скважины, несмотря на демпфирующие свойства сильфонов, при работе клапанов наблюдаются колебания штока и уда­ ры его о седло, вызывающие разрушение пары шток - седло. Для уст­ ранения указанного недостатка создан клапан, рассчитанный на высо­ кое рабочее давление с дополнительным демпфирующим устройством.

Демпфирующее устройство клапана Г-38-70Д представляет собой гидравлическую камеру, встроенную в корпус клапана между сильфон­ ной камерой и седлом клапана. Камеру заполняют полиэтилсилоксановой жидкостью. Шток клапана играет роль поршня и имеет отверстия, через которые перетекает жидкость при осевом перемещении штока, оказывая демпфирующее действие на шток. В остальном конструкция клапана аналогична клапану Г-38 (см. рис. 4.7.3, а, з).

Газлифтные клапаны Г - съемные, но при необходимости возможна их установка в стационарных скважинных камерах.

Газлифтный клапан ГМ (рис. 4.7.5) применяется в газлифтных скважинах с подводным расположением устья. Клапан автоматически регулирует поступление агента для подъема продукции скважины.

Техническая характеристика клапанов ГМ-8 и ГМ-45Р

Условный диаметр клапана, мм ............................................................................. 45 Рабочее давление клапана при максимальном давлении

Основные узлы газлифтного клапана: мембранная камера и узел об­ ратного клапана, Мембранная камера 4 представляет собой герметичный сосуд высокого давления с основным рабочим органом - резинот­ каневой мембраной 7. На наружной поверхности камеры устанавлива­ ется резиновая прокладка 6 и зажимается пробкой 5, через которую за­ ряжают мембранную камеру и регулируют в ней давление азота. Мем­ брана крепится к корпусу 3 специальными втулками 8 и 12, которые накатываются роликом после их установки на мембраны. Узел мембра­ ны защищается кожухом II, положение которого фиксируется нако­ нечником 10. Узел обратного клапана состоит из резинотканевых мем­ бран 9 к 13.

Газлифтный клапан устанавливается в карман скважинной камеры при помощи специального посадочного инструмента. Клапан захваты­ вается этим инструментом за замок, закрепляемый на переводнике 1, и при закачке жидкости в насосно-компрессорные трубы вставляется в карман скважинной камеры. Для герметичности разобщения полостей рабочей и обслуживающей колонны служат уплотнительные манжеты 2.

При работе клапанов, управляемых давлением газа в затрубном про­ странстве, газ проходит через отверстия а и действует на мембрану 7. Когда давление газа превысит давление зарядки клапана, мембрана отожмется, газ поступит в полость б, откроет обратный клапан и через боковое отверстие в поступит в трубу.

При работе клапанов, управляемых давлением газожидкостной сме­ си в трубах, жидкость через отверстие д обратного клапана поступает в полость б. Когда давление жидкости в полости г превысит давление зарядки клапана, мембрана 7 отожмется и откроет доступ нагнетаемому газу через отверстие а.

Стационарный газлифтный клапан ГПТС-38-210 (рис. 4.7.6) отлича­ ется от клапана Г-38Р отсутствием уплотнительных манжет и исполне­ нием корпуса 7, который выполняет функцию переводника и имеет на нижнем конце коническую трубную резьбу для установки клапана в стационарной скважинной камере.

Скважинные камеры

В скважинных камерах газлифтных установок в процессе эксплуатации скважины фонтанным и затем газлифтным способами устанавливаются глухие пробки, ингибиторные, циркуляционные и газлифтные клапаны.

По конструктивному исполнению скважинные камеры можно клас­ сифицировать следующим образом [20] (рис. 4.7.7).

Скважинные камеры с эксцентричным расположением кармана для клапанов являются наиболее совершенными и распространенными. Они сохраняют лролодное сечение в месте установки клапана, равным про­ ходному сечению колонны подъемных труб. Это позволяет проводить все скважинные работы (исследование, промывку призабойной зоны,