油气井自动排气阀与气体净化装置的设计与分析

2015-01-29 张建斌合肥通用机械研究院

　　分析了石油开采过程中油气井下原油中分离气体的过程及其对大气环境的影响。介绍了油气井自动排气阀与气体净化装置的结构特点、工作原理和使用性能。

1、概述

　　在石油开采过程中，从油气井下原油中分离出来的气体会直接影响抽油泵的泵效，使抽油机的产液量随井口气体回压升高而降低，抽油机的耗电量随井口气体回压升高而上升，导致油气井的产油量低、能耗高。目前，传统解决抽油机井口气体回压的方法是通过人工打开井口预置的角阀，将井下的高压气体直接排放到大气中。这种排放方法不能及时卸压，不仅使产油效率低下，且由于排出气体中的硫化氢导致大气环境的严重污染。针对抽油机井气体回压不能自动卸压及排放气体污染环境的问题，提供一种油气井自动排气阀与气体净化装置。

2、油气井自动排气阀与气体净化装置的结构特点

　　油气井自动排气阀与气体净化装置( 图1) 由阀体、阀盖、阀芯、顶杆、弹簧、压盖、螺栓、外衬套管、排气管及溶剂箱等组成。阀体的下部设有进气通道，进气通道的上部为阀腔，阀腔的一侧设有出气通道，进、出气通道呈角形相通。阀盖通过螺栓紧固于阀体上部。排气管通过螺栓连接在阀体一侧的出气通道上。压盖通过外螺纹旋拧在阀盖上部的内螺纹中。阀芯外径间隙配合在阀体中的阀腔内径内。

油气井自动排气阀与气体净化装置

图1 油气井自动排气阀与气体净化装置

　　①阀体下部的进气通道上设有压力表。

　　②阀体下部进气通道的上端与阀芯的下端分别设有密封平面，且两密封平面相平行。

　　③阀盖与阀芯之间设有顶杆，顶杆的外部套有弹簧。弹簧的一端抵靠阀盖下平面，另一端抵靠顶杆下端台阶的上平面。顶杆的下端通过弹簧力顶紧阀芯，使阀芯下端的平面与阀体下部进气通道上端的密封平面实现密封。

　　④阀体进气通道、阀腔、出气通道及排气管的外部均设有外衬套管，形成外衬套管与阀体进气通道、阀腔、出气通道及排气管之间的暖气流通空间。

　　⑤阀体进气通道、阀腔、出气通道与排气管外部的外衬套管上均设有暖气进口法兰与出口法兰。

　　⑥排气管的出口置于溶液箱内，溶液箱内置有氢氧化钠溶剂。

　　在阀体的进气通道上设置压力表，并通过旋拧压盖调整弹簧的设定预压。

3、油气井自动排气阀与气体净化装置的工作原理

　　工作时，阀体下部的进口通道与抽油管相连接。调整压盖弹簧并通过压力表设定预压，当井下的气体回压大于设定预压时，气体回压顶起弹簧，使阀芯的密封平面与阀体进气通道上端的密封平面脱开，井下的高压气体从进口通道进入阀腔、出口通道进入排气管，并通过排气管的排放出口将高压气体排放在溶液箱内，从而实现自动卸压。由于排放出的气体中含有大量的硫化氢，溶液箱中盛有氢氧化钠溶剂，故排放出的硫化氢气体在溶液箱中得到酸、碱中和。当溶液箱中的气体压力达到设定值时，排气阀自动打开，实现气体的自动排放，且排放出的气体不污染环境。为防止高压气体进入进口通道、阀腔、出口通道和排气管时发生冻结而堵塞通道，通过进口法兰将蒸汽源源不断地流过外衬套管与阀体进气通道、阀腔、出气通道、排气管之间的暖气流通空间，并从出口法兰流出，始终保持高压气体排放的一路畅通，使阀的使用稳定性得到了可靠的保证。