一种适用于深水油田的高压开启气举阀的制作方法

本发明涉及海上深水油田人工举升工艺技术，特别涉及一种用于深水油田气举的高压波纹管式气举阀。

背景技术：

传统的气举技术在浅水油田开发中得到广泛应用，气举系统最大注入开启压力不超过15MPa，注气量在每天十万方以下，而常规所谓高压气举阀，如已有专利一种可投捞高压气举阀，专利号201320162934.6里所指高压气举阀为气举阀整体耐压能力高，不是指阀开启工作压力高，仅适用于陆上井和油藏深度较浅、生产压力较低的近海陆架井。另外传统非流线型气举阀阀座正常注气时会造成较高的压力损失，在大排量注气的情况下可能会造成油套环空的不稳定，导致较大的流量变动，甚至出现间喷，无法保证注气的可靠性。随着深水油气田开发向着水更深、离岸更远、环境更复杂的方向发展，油田开发不仅要保证井筒内人工举升，在某些环境下，还要确保流体在海底长回接管线中的顺利流动，可输送的距离尽可能远。当采用气举辅助生产时，如在水深300m以上因其操作工作压力较大，气举注气压力要达到15MPa以上，注气量达每天几十万方甚至几百万方，需要保持水下井口处维持较高的井口压力满足远输要求。因此传统的气举技术不能适应深水开发的要求。作业者面临所安装系统要能够满足深水作业环境对高可靠性能和注气持续稳定的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用于深水油田的高压开启气举阀，本发明气举阀可用于深水注气采液，有效提升气举阀打开压力，大幅提高注入深度，以增加油井产量，同时该气举阀具有流线阀座，气体通过效率更高，更稳定，满足海上深水作业环境对高性能和持续稳定性的要求。

本发明所采用的技术方案是：一种适用于深水油田的高压开启气举阀，包括由上至下依次连接的打捞头、氮气室上接头、氮气室壳体、阀杆导向筒、阀流体入口、阀座护套和单向溢流阀；所述氮气室壳体内设置有高压波纹管，所述高压波纹管与所述氮气室壳体之间形成环形腔室；所述高压波纹管内和所述阀杆导向筒内穿设有阀杆，所述阀杆的上端部设置有圆柱凸台，所述高压波纹管的上端面与所述阀杆的圆柱凸台的下端面相连接，所述高压波纹管的下端面与所述阀杆导向筒内的上部相连接；所述阀杆的下端连接有位于所述阀流体入口内的阀球，所述阀座护套内设置有与所述阀球相配合的阀座。

所述腔室内填充有使所述高压波纹管受压处于压缩状态的氮气。

所述腔室内填充有帮助缓冲高压波纹管内外冲击的硅油。

所述阀座的内孔采用流线型流道。

本发明的有益效果是：

1.本发明气举阀具有较高的打开压力可使注气深度增加；

2.本发明中，高压波纹管内部增加阀杆支撑可减少高压波纹管变形，提高耐压强度；

3.本发明中，高压波纹管与氮气室壳体之间形成的环空腔室填充有氮气，预填充的氮气使高压波纹管外部受压处于压缩状态，气举阀开启压力作用于高压波纹管内部，由于作用于高压波纹管内外面积存在差异从而使开启压力被提高，使气举阀打开压力为预充氮压力的2～2.5倍，在较低预充氮气压力下，实现了高压开启气举阀；

4.本发明中，高压波纹管与氮气室壳体之间形成的环空腔室内充满硅油，当阀杆到上限位过程中，硅油帮助缓冲高压波纹管内外冲击，使高压波纹管得到了有效的保护；

5.本发明中，阀座采用流线型流道，相同注气压力、注气量情况下本发明气举阀过阀压差明显减小，注气更稳定可靠。

附图说明

图1：本发明气举阀结构示意图；

图2：本发明初始状态下氮气室壳体与阀杆位置示意图；

图3：本发明初始状态下阀球和阀座位置示意图；

图4：本发明气举阀完全关闭状态下阀球和阀座位置示意图；

图5：本发明气举阀完全打开状态下阀球和阀座位置示意图；

图6：本发明气举阀完全打开状态下氮气室壳体与阀杆位置示意图。

附图标注：1、打捞头；2、氮气室上接头；3、高压单流阀；4、氮气室壳体；5、高压波纹管；6、阀杆；7、阀杆导向筒；8、上密封组合；9、阀球；10、阀座；11、阀座护套；12、下密封组合；13、单向溢流阀；14、金属密封；15、阀流体入口；16、流线型流道；17、硅油；18、预留间隙；19、预留间隙；20、腔室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如附图1至图6所示，一种适用于深水油田的高压开启气举阀，包括由上至下通过螺纹依次连接的打捞头1、氮气室上接头2、氮气室壳体4、阀杆导向筒7、阀流体入口15、阀座护套11和单向溢流阀13。其中，所述打捞头1用于下入本发明气举阀，当本发明气举阀下井时，可通过钢丝作业连接所述打捞头1将本发明气举阀投入到预先下井的偏心工作筒里；所述单向溢流阀13用于防止油管压力大于注气压力时井液倒流到油套环空。

所述氮气室上接头2内设置有高压单流阀3。

所述氮气室壳体4内设置有高压波纹管5，所述高压波纹管5和所述氮气室壳体4之间形成环空腔室20，所述腔室20内填充有硅油17和氮气。当阀杆6到上限位过程中，硅油17帮助缓冲高压波纹管5内外冲击，使高压波纹管5得到了有效的保护；预填充的氮气使高压波纹管5外部受压处于压缩状态，气举阀开启压力作用于高压波纹管5内部，由于作用于高压波纹管5内外面积存在差异从而使开启压力被提高，使气举阀打开压力为预充氮压力的2～2.5倍，在较低预充氮气压力下，实现了高压开启气举阀。

所述高压波纹管5内和所述阀杆导向筒7内穿设有阀杆6，所述阀杆6的上端部设置有圆柱凸台，其圆柱凸台的上端面与阀杆6本体之间设计有锥形面；所述高压波纹管5的上端面与所述阀杆6的圆柱凸台的下端面焊接连接，所述高压波纹管5的下端面与所述阀杆导向筒7内的上部焊接连接。

所述阀杆6的下端通过螺纹连接有位于所述阀流体入口15内的阀球9，其中，所述阀流体入口15的中间壁上周向开设有若干个等直径通孔，流体通过通孔后能进入本发明气举阀内部。所述阀座护套11内设置有与所述阀球9相配合的阀座10；所述阀球9和所述阀座10的圆弧面之间设置有预留间隙19；所述阀座10的内孔采用流线型流道16，相比非流线型阀座10不仅能减少大排量注气时压力损失，还能增大注气时稳定区间的范围，实现大排量，连续稳定注入。

本发明中，所述氮气室壳体4的中部设置有与所述阀杆6的圆柱凸台及其锥形面相配合的圆柱凸台。所述氮气室壳体4的圆柱凸台和所述阀杆6的圆柱凸台之间设置有预留间隙18，并且，所述氮气室壳体4的圆柱凸台的内部、位于与所述阀杆6的锥形面的相接触处，设置有金属密封14。

本发明中，所述阀杆导向筒7的外表面上和所述阀座护套11的外表面上分别设置有上密封组合8和下密封组合12，所述上密封组合8和下密封组合12可与偏心工作筒配合实现油套环空与油管内部的密封，以防止油套环空气体提前进入油管。

本发明气举阀初始状态如图1所示，高压波纹管5处于自然状态，阀杆6的圆柱凸台与氮气室壳体4内圆柱凸台之间有预留间隙18(如图2所示)，阀球9和阀座10之间有预留间隙19(如图3所示)。在对气举阀氮气室冲入高压氮气之前，预先在氮气室内加入一定量的硅油17，使高压波纹管5与氮气室壳体4之间的环空腔室20充满硅油17。气举阀下井到工作筒前通过地面试验台在氮气室壳体4内充如一定压力的氮气，氮气压力逐渐增大时，作用到高压波纹管5的外部压力也增加，产生的作用力首先对高压波纹管5进行压缩，连同阀杆6，阀球9向下移动，当阀球9与阀座10接触后阀杆6没有行程可走，剩余的力促使阀球9紧贴阀座10，关闭气举阀阀座10与流体入口通道。此时，球阀与阀座10位置如图4所示。

气举阀工作时，油套环空注气压力逐渐升高，气体经过阀流体入口15的若干个直径均布圆孔进入气举阀内并作用与高压波纹管5内部，由于阀球9和阀座10紧贴，气体作用在高压波纹管5内部的面积会小于高压氮气作用在高压波纹管5外部的面积，由于力的平衡原理，要使阀球9离开阀座10注气压力要大于氮气室充氮压力，这样就对气举阀的打开压力进行了一定的放大，高压波纹管5内外作用面积的比决定了压力的放大倍数。注气压力达到一定值后，压力迫使高压波纹管5伸长，高压波纹管5带动阀杆6，阀杆6带动阀球9离开阀座10向上移动，当阀杆6圆柱凸台面与氮气室壳体4内圆柱凸台接触，高压波纹管5伸长量到最大值，此时，气举阀完全打开，油套环空与油管内沟通，阀球9与阀座10位置如图5所示。高压波纹管5伸长到上限位时，在高压波纹管5和氮气室壳体4之间形成了一个密闭的环空腔室20，腔室20内充满硅油17，注气压力进一步升高或气压不稳定时，作用在高压波纹管5内部的力会发生变化，但是由于高压波纹管5外部被硅油17包围且这些硅油17都在一个密闭的腔室20中，由于液体压缩性差，硅油17产生在高压波纹管5外的压力会随着高压波纹管5内部压力增加而快速增加，这样使高压波纹管5内外受力均衡高压波纹管5得到了有效的保护。阀杆6到上限位如图6所示。

油套环空注入气体通过打开的阀球9进入阀座10，阀座10采用流线流线型结构，油套环空压力经阀座10后产生一个压力降，同等气量下该阀座10产生的压力损失较小，阀座10后压力较大，这样就能进行更深点的注气。同时，气体经过阀座10速度达到临界流速后，下游的压力变化对注气不会产生影响，所以，压力损失小的阀座10下游稳定区域更大，使上游注气更稳定可靠。