一種高壓液面自動監(jiān)測儀限壓閥的設(shè)計

鄧衛(wèi)平　周文強(qiáng)　謝觀福

【摘? 要】在氣井生產(chǎn)的過程中，氣井積液過多會導(dǎo)致產(chǎn)氣量下降，甚至氣井報廢，過度排液又會使生產(chǎn)成本嚴(yán)重超支。因此有必要進(jìn)行井筒積液診斷，為此全國各大氣田都對液面測試越來越重視，但氣井井口壓力較高，現(xiàn)有儀器不能滿足現(xiàn)場的測試需要，因此各大廠商都在進(jìn)行高壓氣井液面自動監(jiān)測儀的研制，針對高壓氣井液面自動監(jiān)測儀的設(shè)計需要，本文提出了一種高壓氣井液面自動監(jiān)測儀限壓閥的設(shè)計，對限壓閥的結(jié)構(gòu)及閥芯組件進(jìn)行了分析，證明了限壓閥設(shè)計的可行性，滿足了液面自動監(jiān)測儀現(xiàn)場的測試的需要。

【關(guān)鍵詞】液面自動監(jiān)測儀;高壓氣井;限壓閥

1? 引言

常規(guī)的液面自動監(jiān)測儀主要用于油井測試，壓力較低，因此傳統(tǒng)的液面自動監(jiān)測儀只能測試套管壓力低于10MPa的井，無法滿足10MPa以上的高壓井測試，近年來，由于天然氣能源的勘探與開發(fā)，而公司液面測試產(chǎn)品也逐漸轉(zhuǎn)向高壓油氣井測試，一些氣井的井口壓力有的高達(dá)25MPa，并且每口氣井壓力各不相同，為保證液面自動監(jiān)測儀擊發(fā)測試后閥桿能密封關(guān)閉和擊發(fā)壓差，從而獲得更好的測試效果，因此設(shè)計一個性能可靠的限壓閥就顯得至關(guān)重要。

本文針對高壓氣井液面自動監(jiān)測儀測試需要提出了一種高壓氣井液面自動監(jiān)測儀用限壓閥，通過限壓閥來限制高壓液面自動監(jiān)測儀氣室內(nèi)的出口壓力以及擊發(fā)測試時所需擊發(fā)壓差，從而保證高壓液面自動監(jiān)測儀測試時閥桿能正常關(guān)閉，密封可靠，以下將對這種限壓閥的原理及結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析說明。

2? 限壓閥的工作原理及結(jié)構(gòu)特點

限壓閥的結(jié)構(gòu)由氣室接頭（序號1）、限壓閥閥體（序號2）、閥芯組件（序號3）、彈簧（序號4）、接頭（序號5）和調(diào)節(jié)螺桿（序號6）等幾部分組成，閥芯組件（序號3）與限壓閥閥體（序號2）的密封為軟密封，密封處為線密封方式，保證密封可靠。通過調(diào)節(jié)調(diào)壓螺桿（序號6）改變彈簧（序號4）的壓縮量，進(jìn)而改變彈簧（序號4）的預(yù)緊力，從而調(diào)節(jié)閥芯組件（序號3）的密封壓力，進(jìn)而起到限制輸出壓力的作用，保證液面自動監(jiān)測儀主機(jī)氣室的壓力，從而保證液面自動監(jiān)測儀在高壓下能正常擊發(fā)和關(guān)閉，讓氣室與井口有一定的擊發(fā)壓差，獲得更好的測試效果，保證儀器在井口壓力超過10MPa都能正常運行，限壓閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該限壓閥具有結(jié)構(gòu)簡單、能手動調(diào)節(jié)關(guān)閉壓力、密封可靠、氣室內(nèi)液體順利排出等特點。

限壓閥的工作原理，限壓閥的氣室接頭（序號1）與液面自動監(jiān)測儀主機(jī)的氣室相連，高壓氣體從氣室接頭進(jìn)入限壓閥的限壓閥閥體，高壓氣體對閥芯組件（序號3）的作用力向右，然而彈簧（序號4）在預(yù)緊力的作用下對閥芯組件（序號3）的作用力向左，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓螺桿（序號6）改變彈簧（序號4）的壓縮量，從而調(diào)節(jié)彈簧（序號4）對閥芯組件（序號3）的預(yù)緊力。當(dāng)高壓氣體對閥芯組件（序號3）向右的作用力小于彈簧（序號4）對閥芯組件（序號3）向左的作用力時，則閥芯組件（序號3）密封關(guān)閉，當(dāng)高壓氣體對閥芯組件（序號3）向右的作用力大于彈簧（序號4）對閥芯組件（序號3）向左的作用力時，彈簧（序號4）被壓縮，則閥芯組件（序號3）打開，從而起到限壓作用。

3? 限壓閥閥芯組件的設(shè)計與受力分析

從限壓閥的結(jié)構(gòu)圖可以看出，限壓閥的設(shè)計主要是閥芯組件的設(shè)計和彈簧的設(shè)計，為保證液面自動監(jiān)測儀在高壓25MPa下打開后能自動關(guān)閉，則限壓閥的最大密封壓力為P1，限壓閥閥體溢流孔的大小對閥芯組件的作用力影響較大，作用面積越小則單位壓強(qiáng)產(chǎn)生的作用力越小，在彈簧的作用力一定情況下，彈簧的作用力就遠(yuǎn)大于氣體對閥芯組件產(chǎn)生的壓力，密封就越牢靠。

閥芯組件的結(jié)構(gòu)及受力情況如圖2所示，因液面自動監(jiān)測儀安裝在井上長期測試，測試頻率高，結(jié)合現(xiàn)場條件，硬密封方式不能滿足現(xiàn)場使用要求，故采用軟密封的方式，閥芯組件密封部位選用了一種具有抗拉強(qiáng)度高、氧化穩(wěn)定性好、較高的柔韌性和回彈性、耐沖擊、耐磨、耐油和耐腐蝕等特點的材料，將密封閥芯加工成球面，這樣閥芯組件在彈簧力的作用下與限壓閥閥體小孔接觸形成線密封，有利于液面自動監(jiān)測儀氣室內(nèi)的氣體快速釋放，保證測試所需壓差，使得密封也更加可靠。

高壓氣體對閥芯組件的作用力為F1，彈簧對閥芯組件的作用力為F2，φd1為限壓閥閥體與閥芯組件的密封接觸位置。

根據(jù)力公式得：

F1=P1×S………………………………………（1）

將壓力和密封口直徑代入公式（1）即可求得作用力F1。

根據(jù)所得數(shù)據(jù)即可計算處彈簧力，設(shè)計出彈簧，因彈簧的設(shè)計較簡單，不在敘述。

4? 結(jié)束語

本文對限壓閥的工作原理及特點進(jìn)行了說明，對限壓閥的閥芯組件進(jìn)行了分析，說明了限壓閥在滿足高壓氣井液面自動監(jiān)測儀測試要求的可行性，達(dá)到了高壓氣井液面自動監(jiān)測儀限壓閥的預(yù)期設(shè)計目的。

參考文獻(xiàn)：

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