本發(fā)明涉及海上深水油田人工舉升工藝技術(shù)，特別涉及一種用于深水油田氣舉的高壓波紋管式氣舉閥。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的氣舉技術(shù)在淺水油田開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用，氣舉系統(tǒng)最大注入開啟壓力不超過15MPa，注氣量在每天十萬方以下，而常規(guī)所謂高壓氣舉閥，如已有專利一種可投撈高壓氣舉閥，專利號(hào)201320162934.6里所指高壓氣舉閥為氣舉閥整體耐壓能力高，不是指閥開啟工作壓力高，僅適用于陸上井和油藏深度較淺、生產(chǎn)壓力較低的近海陸架井。另外傳統(tǒng)非流線型氣舉閥閥座正常注氣時(shí)會(huì)造成較高的壓力損失，在大排量注氣的情況下可能會(huì)造成油套環(huán)空的不穩(wěn)定，導(dǎo)致較大的流量變動(dòng)，甚至出現(xiàn)間噴，無法保證注氣的可靠性。隨著深水油氣田開發(fā)向著水更深、離岸更遠(yuǎn)、環(huán)境更復(fù)雜的方向發(fā)展，油田開發(fā)不僅要保證井筒內(nèi)人工舉升，在某些環(huán)境下，還要確保流體在海底長(zhǎng)回接管線中的順利流動(dòng)，可輸送的距離盡可能遠(yuǎn)。當(dāng)采用氣舉輔助生產(chǎn)時(shí)，如在水深300m以上因其操作工作壓力較大，氣舉注氣壓力要達(dá)到15MPa以上，注氣量達(dá)每天幾十萬方甚至幾百萬方，需要保持水下井口處維持較高的井口壓力滿足遠(yuǎn)輸要求。因此傳統(tǒng)的氣舉技術(shù)不能適應(yīng)深水開發(fā)的要求。作業(yè)者面臨所安裝系統(tǒng)要能夠滿足深水作業(yè)環(huán)境對(duì)高可靠性能和注氣持續(xù)穩(wěn)定的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種適用于深水油田的高壓開啟氣舉閥，本發(fā)明氣舉閥可用于深水注氣采液，有效提升氣舉閥打開壓力，大幅提高注入深度，以增加油井產(chǎn)量，同時(shí)該氣舉閥具有流線閥座，氣體通過效率更高，更穩(wěn)定，滿足海上深水作業(yè)環(huán)境對(duì)高性能和持續(xù)穩(wěn)定性的要求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適用于深水油田的高壓開啟氣舉閥，包括由上至下依次連接的打撈頭、氮?dú)馐疑辖宇^、氮?dú)馐覛んw、閥桿導(dǎo)向筒、閥流體入口、閥座護(hù)套和單向溢流閥；所述氮?dú)馐覛んw內(nèi)設(shè)置有高壓波紋管，所述高壓波紋管與所述氮?dú)馐覛んw之間形成環(huán)形腔室；所述高壓波紋管內(nèi)和所述閥桿導(dǎo)向筒內(nèi)穿設(shè)有閥桿，所述閥桿的上端部設(shè)置有圓柱凸臺(tái)，所述高壓波紋管的上端面與所述閥桿的圓柱凸臺(tái)的下端面相連接，所述高壓波紋管的下端面與所述閥桿導(dǎo)向筒內(nèi)的上部相連接；所述閥桿的下端連接有位于所述閥流體入口內(nèi)的閥球，所述閥座護(hù)套內(nèi)設(shè)置有與所述閥球相配合的閥座。

所述腔室內(nèi)填充有使所述高壓波紋管受壓處于壓縮狀態(tài)的氮?dú)狻?/p>

所述腔室內(nèi)填充有幫助緩沖高壓波紋管內(nèi)外沖擊的硅油。

所述閥座的內(nèi)孔采用流線型流道。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明氣舉閥具有較高的打開壓力可使注氣深度增加；

2.本發(fā)明中，高壓波紋管內(nèi)部增加閥桿支撐可減少高壓波紋管變形，提高耐壓強(qiáng)度；

3.本發(fā)明中，高壓波紋管與氮?dú)馐覛んw之間形成的環(huán)空腔室填充有氮?dú)?，預(yù)填充的氮?dú)馐垢邏翰y管外部受壓處于壓縮狀態(tài)，氣舉閥開啟壓力作用于高壓波紋管內(nèi)部，由于作用于高壓波紋管內(nèi)外面積存在差異從而使開啟壓力被提高，使氣舉閥打開壓力為預(yù)充氮壓力的2～2.5倍，在較低預(yù)充氮?dú)鈮毫ο?，?shí)現(xiàn)了高壓開啟氣舉閥；

4.本發(fā)明中，高壓波紋管與氮?dú)馐覛んw之間形成的環(huán)空腔室內(nèi)充滿硅油，當(dāng)閥桿到上限位過程中，硅油幫助緩沖高壓波紋管內(nèi)外沖擊，使高壓波紋管得到了有效的保護(hù)；

5.本發(fā)明中，閥座采用流線型流道，相同注氣壓力、注氣量情況下本發(fā)明氣舉閥過閥壓差明顯減小，注氣更穩(wěn)定可靠。

附圖說明

圖1：本發(fā)明氣舉閥結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本發(fā)明初始狀態(tài)下氮?dú)馐覛んw與閥桿位置示意圖；

圖3：本發(fā)明初始狀態(tài)下閥球和閥座位置示意圖；

圖4：本發(fā)明氣舉閥完全關(guān)閉狀態(tài)下閥球和閥座位置示意圖；

圖5：本發(fā)明氣舉閥完全打開狀態(tài)下閥球和閥座位置示意圖；

圖6：本發(fā)明氣舉閥完全打開狀態(tài)下氮?dú)馐覛んw與閥桿位置示意圖。

附圖標(biāo)注：1、打撈頭；2、氮?dú)馐疑辖宇^；3、高壓?jiǎn)瘟鏖y；4、氮?dú)馐覛んw；5、高壓波紋管；6、閥桿；7、閥桿導(dǎo)向筒；8、上密封組合；9、閥球；10、閥座；11、閥座護(hù)套；12、下密封組合；13、單向溢流閥；14、金屬密封；15、閥流體入口；16、流線型流道；17、硅油；18、預(yù)留間隙；19、預(yù)留間隙；20、腔室。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

如附圖1至圖6所示，一種適用于深水油田的高壓開啟氣舉閥，包括由上至下通過螺紋依次連接的打撈頭1、氮?dú)馐疑辖宇^2、氮?dú)馐覛んw4、閥桿導(dǎo)向筒7、閥流體入口15、閥座護(hù)套11和單向溢流閥13。其中，所述打撈頭1用于下入本發(fā)明氣舉閥，當(dāng)本發(fā)明氣舉閥下井時(shí)，可通過鋼絲作業(yè)連接所述打撈頭1將本發(fā)明氣舉閥投入到預(yù)先下井的偏心工作筒里；所述單向溢流閥13用于防止油管壓力大于注氣壓力時(shí)井液倒流到油套環(huán)空。

所述氮?dú)馐疑辖宇^2內(nèi)設(shè)置有高壓?jiǎn)瘟鏖y3。

所述氮?dú)馐覛んw4內(nèi)設(shè)置有高壓波紋管5，所述高壓波紋管5和所述氮?dú)馐覛んw4之間形成環(huán)空腔室20，所述腔室20內(nèi)填充有硅油17和氮?dú)?。?dāng)閥桿6到上限位過程中，硅油17幫助緩沖高壓波紋管5內(nèi)外沖擊，使高壓波紋管5得到了有效的保護(hù)；預(yù)填充的氮?dú)馐垢邏翰y管5外部受壓處于壓縮狀態(tài)，氣舉閥開啟壓力作用于高壓波紋管5內(nèi)部，由于作用于高壓波紋管5內(nèi)外面積存在差異從而使開啟壓力被提高，使氣舉閥打開壓力為預(yù)充氮壓力的2～2.5倍，在較低預(yù)充氮?dú)鈮毫ο?，?shí)現(xiàn)了高壓開啟氣舉閥。

所述高壓波紋管5內(nèi)和所述閥桿導(dǎo)向筒7內(nèi)穿設(shè)有閥桿6，所述閥桿6的上端部設(shè)置有圓柱凸臺(tái)，其圓柱凸臺(tái)的上端面與閥桿6本體之間設(shè)計(jì)有錐形面；所述高壓波紋管5的上端面與所述閥桿6的圓柱凸臺(tái)的下端面焊接連接，所述高壓波紋管5的下端面與所述閥桿導(dǎo)向筒7內(nèi)的上部焊接連接。

所述閥桿6的下端通過螺紋連接有位于所述閥流體入口15內(nèi)的閥球9，其中，所述閥流體入口15的中間壁上周向開設(shè)有若干個(gè)等直徑通孔，流體通過通孔后能進(jìn)入本發(fā)明氣舉閥內(nèi)部。所述閥座護(hù)套11內(nèi)設(shè)置有與所述閥球9相配合的閥座10；所述閥球9和所述閥座10的圓弧面之間設(shè)置有預(yù)留間隙19；所述閥座10的內(nèi)孔采用流線型流道16，相比非流線型閥座10不僅能減少大排量注氣時(shí)壓力損失，還能增大注氣時(shí)穩(wěn)定區(qū)間的范圍，實(shí)現(xiàn)大排量，連續(xù)穩(wěn)定注入。

本發(fā)明中，所述氮?dú)馐覛んw4的中部設(shè)置有與所述閥桿6的圓柱凸臺(tái)及其錐形面相配合的圓柱凸臺(tái)。所述氮?dú)馐覛んw4的圓柱凸臺(tái)和所述閥桿6的圓柱凸臺(tái)之間設(shè)置有預(yù)留間隙18，并且，所述氮?dú)馐覛んw4的圓柱凸臺(tái)的內(nèi)部、位于與所述閥桿6的錐形面的相接觸處，設(shè)置有金屬密封14。

本發(fā)明中，所述閥桿導(dǎo)向筒7的外表面上和所述閥座護(hù)套11的外表面上分別設(shè)置有上密封組合8和下密封組合12，所述上密封組合8和下密封組合12可與偏心工作筒配合實(shí)現(xiàn)油套環(huán)空與油管內(nèi)部的密封，以防止油套環(huán)空氣體提前進(jìn)入油管。

本發(fā)明氣舉閥初始狀態(tài)如圖1所示，高壓波紋管5處于自然狀態(tài)，閥桿6的圓柱凸臺(tái)與氮?dú)馐覛んw4內(nèi)圓柱凸臺(tái)之間有預(yù)留間隙18(如圖2所示)，閥球9和閥座10之間有預(yù)留間隙19(如圖3所示)。在對(duì)氣舉閥氮?dú)馐覜_入高壓氮?dú)庵?，預(yù)先在氮?dú)馐覂?nèi)加入一定量的硅油17，使高壓波紋管5與氮?dú)馐覛んw4之間的環(huán)空腔室20充滿硅油17。氣舉閥下井到工作筒前通過地面試驗(yàn)臺(tái)在氮?dú)馐覛んw4內(nèi)充如一定壓力的氮?dú)?，氮?dú)鈮毫χ饾u增大時(shí)，作用到高壓波紋管5的外部壓力也增加，產(chǎn)生的作用力首先對(duì)高壓波紋管5進(jìn)行壓縮，連同閥桿6，閥球9向下移動(dòng)，當(dāng)閥球9與閥座10接觸后閥桿6沒有行程可走，剩余的力促使閥球9緊貼閥座10，關(guān)閉氣舉閥閥座10與流體入口通道。此時(shí)，球閥與閥座10位置如圖4所示。

氣舉閥工作時(shí)，油套環(huán)空注氣壓力逐漸升高，氣體經(jīng)過閥流體入口15的若干個(gè)直徑均布圓孔進(jìn)入氣舉閥內(nèi)并作用與高壓波紋管5內(nèi)部，由于閥球9和閥座10緊貼，氣體作用在高壓波紋管5內(nèi)部的面積會(huì)小于高壓氮?dú)庾饔迷诟邏翰y管5外部的面積，由于力的平衡原理，要使閥球9離開閥座10注氣壓力要大于氮?dú)馐页涞獕毫?，這樣就對(duì)氣舉閥的打開壓力進(jìn)行了一定的放大，高壓波紋管5內(nèi)外作用面積的比決定了壓力的放大倍數(shù)。注氣壓力達(dá)到一定值后，壓力迫使高壓波紋管5伸長(zhǎng)，高壓波紋管5帶動(dòng)閥桿6，閥桿6帶動(dòng)閥球9離開閥座10向上移動(dòng)，當(dāng)閥桿6圓柱凸臺(tái)面與氮?dú)馐覛んw4內(nèi)圓柱凸臺(tái)接觸，高壓波紋管5伸長(zhǎng)量到最大值，此時(shí)，氣舉閥完全打開，油套環(huán)空與油管內(nèi)溝通，閥球9與閥座10位置如圖5所示。高壓波紋管5伸長(zhǎng)到上限位時(shí)，在高壓波紋管5和氮?dú)馐覛んw4之間形成了一個(gè)密閉的環(huán)空腔室20，腔室20內(nèi)充滿硅油17，注氣壓力進(jìn)一步升高或氣壓不穩(wěn)定時(shí)，作用在高壓波紋管5內(nèi)部的力會(huì)發(fā)生變化，但是由于高壓波紋管5外部被硅油17包圍且這些硅油17都在一個(gè)密閉的腔室20中，由于液體壓縮性差，硅油17產(chǎn)生在高壓波紋管5外的壓力會(huì)隨著高壓波紋管5內(nèi)部壓力增加而快速增加，這樣使高壓波紋管5內(nèi)外受力均衡高壓波紋管5得到了有效的保護(hù)。閥桿6到上限位如圖6所示。

油套環(huán)空注入氣體通過打開的閥球9進(jìn)入閥座10，閥座10采用流線流線型結(jié)構(gòu)，油套環(huán)空壓力經(jīng)閥座10后產(chǎn)生一個(gè)壓力降，同等氣量下該閥座10產(chǎn)生的壓力損失較小，閥座10后壓力較大，這樣就能進(jìn)行更深點(diǎn)的注氣。同時(shí)，氣體經(jīng)過閥座10速度達(dá)到臨界流速后，下游的壓力變化對(duì)注氣不會(huì)產(chǎn)生影響，所以，壓力損失小的閥座10下游穩(wěn)定區(qū)域更大，使上游注氣更穩(wěn)定可靠。