RU2029073C1

RU2029073C1 - Valve for flow regulation

Info

Publication number: RU2029073C1
Authority: RU
Inventors: М.З. Шарифов; В.А. Леонов; А.А. Осипов
Original assignee: Шарифов Махир Зафар оглы
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: oil-producing industry. SUBSTANCE: valve has hollow body with passing channels, bellows, charging unit, seals and rod with locking member rigidly connected with bellows. Attached to each end of bellows is rod with locking member. In first case, bellows with locking members is installed freely in body, and charging unit is located in one locking member. In the other case, bellows is made of two mutually opposite hydraulically communicated parts rigidly connected in body with charging unit arranged between them. Made between bellows chambers may be rigid partition. In this case, each rod with locking member has charging unit. Diameters of locking members may be similar or larger than diameters of bellows. Each rod with locking member may be provided with retaining unit. EFFECT: higher efficiency. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к технике добычи нефти, и может быть применено для управления давлением в потоке скважинной жидкости. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to the technique of oil production, and can be applied to control the pressure in the flow of well fluid.

Известен клапан [1] , содержащий полый корпус с входными и выходными отверстиями, уплотнительные элементы, узел зарядки, сильфоны, верхний из которых образует с корпусом камеру сжатого газа, а нижний - полость, сообщающуюся с потоком жидкости, шток, жестко связанный с сильфоном и затворным элементом. A known valve [1], comprising a hollow body with inlet and outlet openings, sealing elements, a charging unit, bellows, the upper of which forms a compressed gas chamber with the body, and the lower one - a cavity in communication with the fluid flow, a rod rigidly connected to the bellows and shutter element.

Известен клапан [2], состоящий из корпуса с каналами для входа и выхода газа, сильфонов, образующих с корпусом камеру сжатого газа, регулирующей пружины, узла зарядки, уплотнений и затворного элемента. Known valve [2], consisting of a housing with channels for gas inlet and outlet, bellows, forming with the housing a compressed gas chamber, control springs, charging unit, seals and shutter element.

Эти клапаны имеют низкую пропускную способность при ограниченных их габаритных размерах (диаметр и длина), что снижает диапазон регулирования давлением в потоке скважинной жидкости (а значит и забойного давления), а также и эффективность работы подъемника, особенно при поршневом вытеснении периодической эксплуатации газлифтных скважин. These valves have low throughput with limited overall dimensions (diameter and length), which reduces the range of pressure regulation in the flow of well fluid (and hence bottomhole pressure), as well as the efficiency of the elevator, especially with piston displacement of periodic operation of gas lift wells.

Цель изобретения - повышение эффективности работы нефтяных скважин за счет расширения диапазона регулирования давления в потоке скважинной жидкости при ограниченных габаритных размерах клапана. The purpose of the invention is to increase the efficiency of oil wells by expanding the range of regulation of pressure in the flow of well fluid with limited overall dimensions of the valve.

Цель изобретения достигается за счет того, что к каждому из концов сильфона прикреплен шток с затворным элементом, т.е. сильфон своими концами (торцами) жестко связан (соединен) с затворными элементами через штоки. Это позволяет увеличить пропускную способность клапана в два раза. Сильфон с затворными элементами установлен в корпусе свободно, а в одном из затворных элементов расположен узел зарядки. Это повышает надежность работы сильфонной камеры, значительно упрощает изготовление клапана, а также повышает точность центровки затворных элементов при эксплуатации клапана. Сильфон выполнен из двух взаимопротивоположных гидравлически связанных частей, жестко закрепленных в корпусе, между которыми расположен узел зарядки. Это позволяет расширить регулировочные характеристики за счет расширения диапазона перемещения затворов при использовании существующих сильфонных элементов. Кроме того, это позволит увеличить объем камеры сжатого газа путем увеличения расстояния между сильфонами, образующаяся при этом полость гидравлически связана с полостями сильфонных элементов, что снизит изменение давления в камере при изменениях объемов сильфонов, тем самым обеспечивается высокая точность регулировочной характеристики клапана. Узел зарядки при установке между сильфонами облегчает тарировку клапана на стенде. Между сильфонными камерами выполнена жесткая перегородка, а в каждом из штоков с затвором установлен узел зарядки. Это гидравлически разобщает сильфонные камеры и обеспечивает разнообразие (по зависимостям расхода газа от давления) регулировочных характеристик клапана путем изменения давления зарядки каждой из сильфонных камер в отдельности и возможности их последовательного открытия от давления. The purpose of the invention is achieved due to the fact that a rod with a shutter element is attached to each end of the bellows, i.e. the bellows with its ends (ends) is rigidly connected (connected) with the shutter elements through the rods. This allows you to double the valve throughput. The bellows with the shutter elements is installed in the housing freely, and in one of the shutter elements there is a charging unit. This increases the reliability of the bellows chamber, greatly simplifies the manufacture of the valve, and also improves the accuracy of alignment of the shutter elements during operation of the valve. The bellows is made of two mutually opposite hydraulically connected parts, rigidly fixed in the housing, between which there is a charging unit. This allows you to expand the regulatory characteristics by expanding the range of movement of the valves when using existing bellows elements. In addition, this will increase the volume of the compressed gas chamber by increasing the distance between the bellows, the cavity formed in this case is hydraulically connected with the cavities of the bellows elements, which will reduce the pressure change in the chamber with changes in the volume of the bellows, thereby ensuring high accuracy of the valve control characteristic. The charging unit when installed between the bellows facilitates the calibration of the valve on the stand. A rigid partition is made between the bellows chambers, and a charging unit is installed in each of the rods with a shutter. This hydraulically divides the bellows chambers and provides a variety (depending on gas flow versus pressure) of the valve control characteristics by changing the charging pressure of each of the bellows chambers separately and the possibility of their sequential opening from pressure.

Диаметры затворов и сильфонов равны. Это исключает действие давления рабочего агента на состояние открыт-закрыт клапана при газлифтной эксплуатации скважины, т.е. работа клапана происходит только под воздействием давления газожидкостной смеси на эффективную площадь сильфона через их затворный элемент. The diameters of the closures and bellows are equal. This eliminates the effect of the pressure of the working agent on the state of the open-closed valve during gas-lift operation of the well, i.e. valve operation occurs only under the influence of gas-liquid mixture pressure on the effective area of the bellows through their shutter element.

Диаметры затворов (D_з) больше, чем диаметры сильфонов (D_c), причем отношение их диаметров определяется по формуле:
D_с/D_з=

где (dP_п/dP_г)_max - максимальное отношение изменения диапазона давления потока к изменению давления в рабочем агенте на глубине расположения клапана. Это позволяет управлять давлением в потоке скважинной жидкости с поверхности скважины путем изменения давления рабочего агента, так как при каждом изменении давления рабочего агента оказывается различное значение сопротивления перемещению затворов и тем самым изменяется давление открытия клапана при постоянном давлении зарядки сильфонов. Забойное давление управляется в заданном диапазоне, что позволяет подбирать его оптимальное значение при эксплуатации скважины.The diameters of the valves (D _s ) are larger than the diameters of the bellows (D _c ), and the ratio of their diameters is determined by the formula:
D _c / D _s =

where (dP _p / dP _g ) _max is the maximum ratio of the change in the pressure range of the flow to the change in pressure in the working agent at the depth of the valve. This allows you to control the pressure in the flow of the borehole fluid from the surface of the well by changing the pressure of the working agent, since with each change in the pressure of the working agent there is a different resistance value to the movement of the gates and thereby changing the valve opening pressure at a constant charging pressure of the bellows. Downhole pressure is controlled in a given range, which allows you to select its optimal value during well operation.

Каждый шток с затвором снабжен фиксирующим узлом, оказывающим заданное сопротивление их осевому перемещению в момент открытия и закрытия клапана. Это обеспечивает дискретную регулировочную характеристику клапана по заданным диапазонам давлений, которые необходимы для пусковых газлифтных клапанов, и особенно для клапанов используемых при периодическом газлифте с целью достижения оптимального диапазона изменения забойного давления. Each stem with a shutter is equipped with a locking unit that provides a given resistance to their axial movement at the time of opening and closing of the valve. This provides a discrete control characteristic of the valve according to the specified pressure ranges that are necessary for starting gas-lift valves, and especially for valves used in periodic gas-lift in order to achieve the optimal range of bottom-hole pressure change.

На фиг. 1-3 изображен клапан в закрытом состоянии. In FIG. 1-3 shows the valve in the closed state.

Клапан содержит полый корпус 1 с пропускными каналами 2 и 3, узел зарядки 4 и уплотнений 5. В корпусе клапана установлен сильфон 6 (на фиг. 2 и 3 сильфон 6 состоит из двух частей, причем каждая из них жестко связана с корпусом 1). Концы сильфона жестко соединены с затворными элементами 7 и 8 через штоки 9 и 10. Узел зарядки 4 в одном случае может быть установлен в штоке 9 или (и) 10, а другом в корпусе 1 между частями сильфона 6 (фиг. 2). В клапане имеются узлы 11 и 12, фиксирующие положение штоков 9 и 10. На фигуре 3 между частями сильфона 6 имеется жесткая перегородка 13. The valve comprises a hollow body 1 with passage channels 2 and 3, a charging unit 4 and seals 5. A bellows 6 is installed in the valve body (in FIGS. 2 and 3, the bellows 6 consists of two parts, each of which is rigidly connected to the body 1). The ends of the bellows are rigidly connected to the shutter elements 7 and 8 through the rods 9 and 10. The charging unit 4 in one case can be installed in the rod 9 or (and) 10, and the other in the housing 1 between the parts of the bellows 6 (Fig. 2). The valve has nodes 11 and 12, fixing the position of the rods 9 and 10. In figure 3, between the parts of the bellows 6 there is a rigid partition 13.

Клапан работает следующим образом. При его функционировании давление в потоке скважинной жидкости действует на затворные элементы 7 и 8, или же давление рабочего агента действует на поперечную площадь сильфона 6. Клапан открывается в случае преобладания суммарная сила направлена во внутрь сильфона. В этом случае происходит движение газа или (и) жидкости через пропускные отверстия 2 и 3, причем клапан закрывается, если давление в потоке жидкости падает до давления ниже чем давление тарировки клапана. При поддержании давления в потоке скважинной жидкости клапан работает как регулятор, т.е. при изменении давления в потоке скважинной жидкости, затворные элементы 7 и 8 изменяют свое положение, поддерживая тем самым заданное давление (диаметр затвора 7 и 8 должен быть равным диаметру сильфона 6, причем из клапана должны быть исключены фиксирующие узлы 11 и 12). Если требуется управлять давлением потока скважинной жидкости (забойным давлением), то диаметр затворов 7 и 8 должен приниматься больше, чем диаметр сильфона 6. В данном случае давление рабочего газа для требуемых условий, должно поддерживаться постоянным на заданном уровне, соответствующем работе скважины на оптимальном режиме (в этом случае фиксирующие узлы 11 и 12 также устраняются из клапана). Если осуществляется периодическая эксплуатация скважины, то уровень скважинной жидкости в подъемнике накапливается и при достижении его заданного значения, затворы 7 и 8 освобождаются от фиксирующих узлов 11 и 12, что обеспечивает импульсное открытие клапана при заданном давлении в сильфоне 6 и приводит к максимально возможной пропускной способности клапана (до двух раз). Увеличение темпа откачки обеспечивает преобладание поршневого вытеснения жидкости и, как следствие, увеличение КПД газлифтного подъемника. При падении давления в потоке скважинной жидкости, а значит и на забое скважины до заданного уровня, клапан выходит из внутреннего фиксирующего положения и мгновенно закрывается. The valve operates as follows. When it operates, the pressure in the flow of the borehole fluid acts on the shutter elements 7 and 8, or the pressure of the working agent acts on the transverse area of the bellows 6. The valve opens if the prevailing total force is directed into the inside of the bellows. In this case, gas or (and) liquid moves through passage openings 2 and 3, and the valve closes if the pressure in the liquid stream drops to a pressure lower than the valve calibration pressure. While maintaining the pressure in the borehole fluid flow, the valve acts as a regulator, i.e. when the pressure in the flow of the well fluid changes, the shutter elements 7 and 8 change their position, thereby maintaining a predetermined pressure (the diameter of the shutter 7 and 8 should be equal to the diameter of the bellows 6, and the fixing nodes 11 and 12 should be excluded from the valve). If it is necessary to control the pressure of the borehole fluid flow (bottomhole pressure), then the diameter of the gates 7 and 8 should be taken larger than the diameter of the bellows 6. In this case, the pressure of the working gas for the required conditions should be kept constant at a given level corresponding to the well’s operation in optimal mode (in this case, the locking nodes 11 and 12 are also removed from the valve). If periodic operation of the well is carried out, then the level of the borehole fluid in the lift accumulates and when it reaches its set value, the shutters 7 and 8 are released from the fixing units 11 and 12, which provides pulse opening of the valve at a given pressure in the bellows 6 and leads to the maximum possible throughput valve (up to two times). An increase in the pumping rate ensures the predominance of piston displacement of the liquid and, as a result, an increase in the efficiency of the gas lift. When the pressure drops in the flow of the borehole fluid, and therefore at the bottom of the well to a predetermined level, the valve leaves its internal locking position and closes instantly.

С применением изобретения пропускная способность клапана увеличивается в два раза при ограниченных его габаритных размерах (диаметр). Положительный эффект при использовании изобретения заключается в увеличении добычи нефти за счет расширения диапазона регулируемых давлений в потоке скважинной жидкости (подбора оптимального забойного давления), а также увеличения темпа подачи газа в колонну труб. With the application of the invention, the throughput of the valve is doubled with its limited overall dimensions (diameter). A positive effect when using the invention is to increase oil production by expanding the range of controlled pressures in the wellbore fluid flow (selecting the optimal bottomhole pressure), as well as increasing the rate of gas supply to the pipe string.

Claims

1. КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТОКА, содержащий полый корпус с пропускными каналами, внутри которого установлены сильфон, узел зарядки, уплотнения и шток с затворным элементом, жестко связанный с одним из концов сильфона, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы скважины за счет расширения диапазона регулирования давления в потоке скважинной жидкости при ограниченных габаритных размерах клапана, он снабжен дополнительным штоком с затворным элементом, а корпус выполнен с дополнительными пропускными каналами, при этом дополнительный шток с затворным элементом связан с другим концом сильфона. 1. VALVE FOR FLOW REGULATION, comprising a hollow body with passage channels, inside which a bellows, charging unit, seals and a rod with a shutter element are mounted, rigidly connected to one of the ends of the bellows, characterized in that, in order to increase the efficiency of the well due to expanding the range of regulation of the pressure in the flow of the borehole fluid with limited overall dimensions of the valve, it is equipped with an additional rod with a shutter element, and the body is made with additional through channels, an additional stem with a shutter member is connected to the other end of the bellows.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что сильфон выполнен в виде двух взаимно противоположных гидравлически связанных частей, жестко закрепленных в корпусе, между которыми расположен узел зарядки. 2. The valve according to claim 1, characterized in that the bellows is made in the form of two mutually opposite hydraulically connected parts, rigidly fixed in the housing, between which there is a charging unit.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что сильфон с затворными элементами установлен в корпусе свободно, а в одном из затворных элементов расположен узел зарядки. 3. The valve according to claim 1, characterized in that the bellows with the shutter elements is installed in the housing freely, and in one of the shutter elements there is a charging unit.

4. Клапан по пп.1 и 3, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным узлом зарядки, а между частями сильфона выполнена жесткая перегородка, при этом узлы зарядки расположены в каждом из штоков. 4. The valve according to claims 1 and 3, characterized in that it is equipped with an additional charging unit, and a rigid partition is made between the parts of the bellows, while the charging units are located in each of the rods.

5 . Клапан по пп.1 - 4, отличающийся тем, что диаметры затворных элементов и сильфонов равны. 5 . The valve according to claims 1 to 4, characterized in that the diameters of the gate elements and bellows are equal.

6. Клапан по пп. 1 и 5, отличающийся тем, что он снабжен фиксирующими узлами для фиксации соответствующих штоков. 6. The valve according to paragraphs. 1 and 5, characterized in that it is equipped with locking nodes for fixing the respective rods.