давление рн, а с другой — рс; на площадь клапана /кл — анало гично рТ и рк. При сопоставлении действующих сил можно за писать условие открытия клапана
|
|
|
Ртр/к ~\~ Р к [с ^ Рк/кл ”1“ Рс/с* |
(8 .1 6 ) |
|||
Отсюда давление |
в кольцевом пространстве открытия клапана |
||||||
|
|
|
Ркот ^ |
Р с К с |
Ртр^Ск» |
(8 .1 7 ) |
|
где |
K c |
= f d ( f c — /к л )— конструктивный |
коэффициент сильфона; |
||||
К к = { к л 1 |
( f c — /кл) — конструктивный |
коэффициент клапана, |
при |
||||
чем |
K |
c = f c l ( f c |
f кл) = ( f c |
f кл "Т f кл ) / ( f c |
f КЛ ) = 1 + /к л / ( f c |
f ^ ) = |
|
=1 + / C K-
При открытом клапане только на площадь сильфона дейст вуют давления рс и рк. Клапан 3 находится в среде газа под давлением рк перед штуцерным устройством. Тогда условие за крытия клапана
Р с > Р к . |
(8 .1 8 ) |
Давление в кольцевом пространстве закрытия клапана |
|
Ркзакр ^ Рс* |
(8.19) |
Сопоставим давления рк от и рк закр, приняв |
в соотношениях |
(8.17) и (8.19) знак равенства. Для этого подставим рс из ра венства (8.19) в равенство (8.17), т. е.
Ркот — РкзакрКс РтрКк — Ркзакр (1 “f* Кк) |
РтрКк = |
|
||
= Ркзакр 4“ Кк (Ркзакр |
Ртр)» |
|
(8.20) |
|
откуда разница открывающего и закрывающего давлений |
|
|||
ДРкл = Рк от |
Рк закр — Кк (Рк закр |
Ртр) • |
(8 .2 1 ) |
|
Для применяемыхгазлифтных клапанов диаметр штуцер |
||||
ного отверстия составляет |
3—12 мм, |
а Кк = 0,033—0,342. Дей |
||
ствительная величина К к по сравнению с расчетной, определен ной выше, без учета сил трения в клапане при движении газа
меньше |
на |
6—7% . Из |
уравнения |
(8.21) |
следует, |
что ркот> |
> Р к закр» |
а |
изменением |
давления |
газа в |
затрубном |
простран |
стве можно открывать или закрывать клапан, т. е. с момента начала подачи газа в затрубное пространство все клапаны от крываются. После поступления газа через клапан давление ртр уменьшается, увеличивается перепад давления на клапане, рас ход газа через клапан растет, снижается давление рк и клапан закрывается.
Надежность работы клапана в условиях скважины зависит от его зарядки азотом и последующей тарировки. Тарировка
клапана проводится |
на тарировочном стенде при температуре |
|
20 °С. На |
клапан |
действует атмосферное давление (клапан |
нормально |
закрыт), |
а для действия на сильфон внутри созда |
ется номинальное давление тарировки рном, т. е. внешнее дав
ление, |
при котором |
клапан |
открывается |
при нормальной |
(20 °С) |
температуре |
(аналог |
ркот). Тогда |
давление азота |
в сильфоне при температуре Т в месте установки клапана со гласно закону Шарля можно записать
р С= Рен — = Рс,Л,, |
(8.22)' |
откуда давление зарядки сильфона при нормальной темпера
туре (20 °С) |
(8.23) |
PcH = pdKtf |
где /0 = 77293— температурный коэффициент.
Для условий тарировки аналогично равенству (8.17) при
избыточном |
давлении |
ртр = 0 |
можно записать |
потребное номи |
|
нальное давление тарировки |
|
РсКс |
|
||
|
|
|
|
(8.24) |
|
|
Рном — Р с п К с — |
||||
|
|
|
|
Kt |
(8.17), запишем |
Выражая произведение рсКс из равенства |
|||||
номинальное давление тарировки |
|
||||
|
Р ном--- |
|
Р кот ~Ь Ртр^к |
(8.25) |
|
|
|
Kt |
|||
|
|
|
|
в сильфоне при |
|
и с учетом |
уравнения |
(8.24) |
давление азота |
||
условиях тарировки |
|
|
|
|
|
|
Реп |
Ркоч Ч~ РтуКк |
(8.26) |
||
|
|
KtKc |
|||
|
|
|
|
|
|
Расчет сильфонного клапана, управляемого давлением смеси в трубах
В сильфонном клапане (см. рис. 8.3, г), управляемом дав лением в подъемных трубах ртр, на сильфон всегда действует давление ртр. Тогда аналогично можно записать условия и дав ления соответственно открытия и закрытия клапана:
Ртр/с + |
Рк!кл > |
Pcfc + |
PrpfКЛ* |
(8.27) |
||
Ртр от ^ |
РсКс |
Рк/Ск; |
(8.28) |
|||
|
Рс |
^ |
Ртр» |
|
(8.29) |
|
|
Ртрзакр |
^ |
Рс. |
|
(8.30) |
|
Расчет пружинного клапана |
|
|
|
|
|
|
Пружинный газлифтный |
клапан |
(см. |
рис. |
8.3, г) относится |
||
к дифференциальному типу. Отличительный |
элемент его — пру |
|||||
жина 11, которая держит |
шток |
прижатым к вспомогательному |
||||
(нижнему) штуцеру 12. При этом клапан нормально открыт. Расход газа через клапан (пропускная способность) регулиру ется числом или размером отверстий 9.
При открытом клапане на нижнюю клапанную головку дей ствуют давления рк, рТ и сила натяжения пружины Fn. Тогда можно записать условие закрытия клапана:
|
Дрзакр/г ^ Fn, |
(8.31) |
где |
Др3акр = Рк—Ртр — закрывающий перепад |
давления, f2 — |
площадь сечения нижнего штуцера. |
|
|
|
При закрытом клапане на верхнюю клапанную головку дей |
|
ствуют рк, Ртр и Fп. Тогда аналогично имеем условие открытия |
||
клапана: |
|
|
|
Дрот/1<С^п, |
(8.32) |
где |
Др0т = Рк—Ртр — открывающий перепад давления; f\ — пло |
|
щадь сечения верхнего штуцера. |
|
|
|
Сопоставим эти условия по силе Fn: |
|
|
Дрзакр Дрот ~~—• |
(8.33) |
|
12 |
|
|
Так как / 1^ 2, то Дрзакр^>Дрот. Величины Др3акр и Дрот мо |
|
жно регулировать изменением Fn и /2- Сила натяжения пру жины f n регулируется гайкой 13.
Комбинированные клапаны в качестве упругого элемента имеют сильфон и цилиндрическую пружину, воспринимающую на себя часть нагрузки. Это обеспечивает большую чувстви тельность клапана к изменениям давления при открытии и за крытии.
§ 8.6. РАСЧЕТ РАЗМЕЩЕНИЯ ПУСКОВЫХ ГАЗЛИФТНЫХ КЛАПАНОВ АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ^
Глубина установки первого верхнего клапана определяется аналогично глубине размещения первого пускового отверстия (см. § 8.4). Для пружинных клапанов дальнейший расчет ве дется аналогично расчету размещения пусковых отверстий, причем в момент обнажения следующего клапана предыду щий закрывается. Клапаны регулируются натяжением пру жины.
Для сильфонных клапанов, управляемых давлением зака чиваемого газа в затрубном пространстве, дальнейший расчет ведется по формулам типа (8.15). Так как в момент открытия второго клапана первый закрывается, то можно записать для
263
этого момента уравнение баланса Давлений в затрубном прост ранстве и трубах на уровне второго клапана в виде:
Ркзакр (1) — L f o g + L i ^ |
)^ + |
(8.34) |
|
откуда |
|
|
|
L 2 = |
Р к з а к р Ш -^ ^ -^ -^ + л ] |
|
|
-------------------------------------- , |
(8.35) |
||
где (Ap/AL) 1 — градиент давления газожидкостной смеси |
в ко |
||
лонне подъемных |
труб выше первого клапана (ввиду трудности |
||
определения его |
обычно принимают |
равным 0,2 pg). |
Ана |
логично записывают для последующих клапанов. При этом при нимают рКот(1)=Рко» Ркзакро) рассчитывают по формуле регули ровки с учетом Р к о т о ) , Р к за к р (1 )= Р к о т (2 ) и т. д., т. е. давление открытия каждого последующего клапана уменьшают таким образом, чтобы оно равнялось давлению закрытия предыду щего. Разницу давлений открытия клапанов устанавливают с целью создания условий их последовательного закрытия в процессе пуска. Для обеспечения ввода газа при нормальной работе только через один рабочий клапан давление его откры тия должно быть меньше давления открытия последнего пуско вого клапана на 0,25 МПа и более.
Сильфонные клапаны, управляемые давлением в подъемных трубах, размещают согласно расчету по одному из двух мето дов. По первому методу все клапаны в рабочих условиях имеют одинаковое давление открытия рот, которое выбирается равным 75 % рабочего (или пускового) давления или на 1,05—1,4 МПа меньше его. Расчет выполняется с учетом того, что пусковое давление скважины равно ее рабочему давлению. Предвари тельно определяют давление газа р3 на забое по барометриче ской формуле и строят график линейного распределения дав ления газа по глубине скважины. Вычисляют первое прибли жение
й = Рз~ Рот , |
(8.36) |
Рб |
|
а по формуле (8.15)— L2. Затем по графику устанавливают давление pL2 на глубине L2, по формуле (8.36) при PS= PL2
находят второе (окончательное) приближение L2' и по формуле (8.15)— L2. Аналогично определяют глубину размещения ос тальных клапанов, предварительно допуская равенство рассто яний Li-\' = Li' в качестве первого приближения.
По второму методу одинаковой для всех клапанов прини мают разность Дркл пускового рк0 и открывающего давлений, равной 1,05—1,4 МПа или 25 % от рабочего давления рр. Рас стояние А/ между любыми клапанами (кроме первого) вычис-