Особенности применения фонтанной арматуры в нефтедобывающей отрасли

Размещено на http://allbest.ru

Содержание

Введение

1. Анализ существующих схем, технических характеристик фонтанной арматуры

1.1 Анализ отечественных фонтанных арматур

1.2 Анализ зарубежных фонтанных арматур

1.3 Выбор прототипа

2. Особенности эксплуатации фонтанной арматуры

2.1 Техника безопасности

2.2 Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

2.3 Эксплуатация и ремонт фонтанной арматуры

Литература

фонтанный арматура скважина герметизация



Введение

Эксплуатация фонтанных нефтяных и газовых скважин осуществляется комплексами, включающими наземное и скважинное оборудование, обеспечивающее отбор продукции в надлежащем режиме, проведение всех технологических операций в процессе эксплуатации и гарантирующее от возникновения открытых фонтанов и загрязнения окружающей среды.

Фонтанная арматура для нефтяных и газовых скважин предназначена для герметизации устья скважин, контроля и регулирования режима их эксплуатации, а также для проведения различных технологических операций.

Для добычи нефти тремя основными способами-фонтанным, газлифтным и насосным в настоящее время разработаны и широко применяются соответствующие виды оборудования для эксплуатации скважин: фонтанным способом, бес компрессорным и компрессорным газлифтом, штанговыми скважинными насосами с механическим или гидравлическим приводом, бес штанговыми насосами-гидропоршневыми, центробежными и винтовыми электронасосами. Кроме того, для эксплуатации скважин, пробуренных на несколько горизонтов, применяется комбинированное оборудование, позволяющее эксплуатировать одной скважиной разными способами отдельно каждый из разрабатываемых горизонтов. Такая эксплуатация скважины часто называется совместно-раздельной.

В большинстве случаев фонтанный способ эксплуатации позволяет добывать из скважины наибольшее количество нефти при наименьших удельных затратах. Поэтому одной из главных задач при эксплуатации скважин этим способом является обеспечение возможности длительного фонтанирования скважины, что связано с рациональным использованием энергии пласта путем обеспечения высокого к.п.д. работы фонтанного подъемника.

После бурения с колонной головки демонтируют превенторы и устанавливают фонтанную арматуру, состоящую из трубной головки и фонтанной елки.

Трубная головка предназначена для подвески колонны насосно-компрессорных труб, герметизации и контроля пространства между подъемными трубами и эксплуатационной колонной, а также для проведения технологических операций при освоении, эксплуатации и ремонте скважины. К трубной головке подвешивают один или два ряда насосно-компрессорных труб.

Фонтанная елка предназначена для направления потока продукции через манифольд и выкидную линию на замерную установку, для регулирования режима эксплуатации и контроля действия скважины путем спуска глубинных приборов.

Елка арматуры выполняется тройниковой-однострунной или двухструнной, либо крестовой-двухструнной.

Арматура тройниковая с двухструнной елкой рекомендуется для скважин, в продукции которых содержатся механические примеси.

При обеспечении высокой надёжности элементов запорных устройств становится возможным и целесообразным, особенно при больших давлениях, изготавливать фонтанную арматуру из моноблоков, каждый из которых содержит несколько элементов арматуры: две-четыре задвижки, тройник или крестовину. В этом случае вообще отсутствуют стыки между этими элементами и отпадает необходимость в их герметизации, уменьшаются размеры, значительно сокращается металлоемкость.

При конструировании фонтанной арматуры основные ее элементы, в частности, толщину стенок и прочностные свойства материалов рассчитывают по эмпирическим формулам, так как теоретические формулы не обеспечивают необходимой точности расчета. В основном конструирование осуществляется на основе норм и приемов тензометрирования, а расчету подлежат лишь зоны стыков элементов арматуры по методикам, зависящим от их конструкции. Целью работы является проектирование фонтанной арматуры на давление 17 МПа.



1. Анализ существующих схем, технических характеристик фонтанной арматуры

1.1 Анализ отечественных фонтанных арматур

ГОСТ 13846 - 84 предусматривает изготовление фонтанной арматуры (АФ) на рабочее давление 14, 21, 35, 70, 105 и 140 МПа. Основные параметры АФ приведены в таблице 1.

Таблица 1. Типоразмеры фонтанной арматуры отечественных фирм

Условный проход, мм	Рабочее давление, МПа
Ствола елки	Боковых отводов елки	Боковых отводов трубной головки
50	60	50	14, 21, 35, 70, 105, 140
65	50, 65	50,65	14, 21, 35, 70, 105, 140
80	50, 65, 80	50,65	14, 21, 35, 70, 105
100	65, 80, 100	65	21, 35, 70
150	100	65	21

Полный шифр АФ (ГОСТ 13846 - 84) условно представляется в виде:

АФ=X₁·X₂·X₃ - X₄/X₅ - X₆·X₇,

где АФ - арматура фонтанная;

X₁ - обозначение места подвески подъемной колонны (в трубной головке на муфте не обозначается, в переводнике трубной головки на резьбе - К, для эксплуатации скважин с УЭЦН - Э);

X₂ - обозначение типовой схемы;

X₃ - обозначение системы управления (ручное не обозначается, дистанционное - Д, дистанционное с применением предохранительных устройств - В, автоматизированной - А);

X₄ - условный проход ствола, мм;

X₅ - условный проход бокового отвода (при совпадении с условным проходом ствола не указывается);

X₆ - рабочее давление, МПа;

X₇ - исполнение изделия в зависимости от условий применения.

АФ исполняется для эксплуатации с обычными и коррозионными средами и имеет следующее обозначение:

К1 - для среды с объемным содержанием CO₂ до 6%;

К2 - для среды с объемным содержанием CO₂+H₂S до 6%;

К2И - то же при условии непрерывной подачи ингибитора;

К3 - для среды с объемным содержанием CO₂+H₂S до 25%.

АФ состоит из трубной головки, фонтанной елки, запорных устройств (кранов, задвижек) и регулирующего устройства (дроссель, штуцер).

Трубная головка устанавливается на колонный фланец или колонную головку и служит для подвески одного или двух рядов насосно-компрессорных труб (НКТ); для герметизации и контроля давления среды в кольцевом пространстве между НКТ и эксплуатационной колонной. Колонны подъемных труб подвешиваются к трубной головке на резьбе либо на муфте.

При резьбовой подвеске:

- при однорядной конструкции лифта - трубы на резьбе подвешивают на стволовой катушке;

- при двухрядной конструкции внутренний ряд труб подвешивают на стволовой катушке, наружный - на тройнике трубной головки.

При муфтовой подвеске:

- при однорядной конструкции лифта трубы подвешиваются на муфтовой подвеске, устанавливаемой в крестовине трубной головки;

- при двухрядной конструкции для внутреннего ряда труб муфтовую подвеску устанавливают в тройнике трубной головки, а для наружного ряда - в крестовике.



Рис. 1.1 Стандартизованные схемы фонтанных арматур: 1 - манометр; 2 - вентиль; 3 - буферный фланец под манометр; 4 - запорное устройство; 5 - тройник; 6 - дроссель; 7 - переводник трубной головки; 8 - ответный фланец; 9 - трубная головка; 10 - крестовина

Фонтанная елка устанавливается на трубной головке. Служит для направления и регулирования поступающей из скважины продукции; для установки специальных сальниковых устройств (лубрикаторов); для спуска глубинных приборов или скребков для очистки отложений парафина со стенок НКТ; для осуществления контроля над работой скважины путем установки приборов в катушке, установленной на боковых струнах фонтанной елки.

Запорные устройства АФ выполняются 3 типов: пробковые краны со смазкой, прямоточные задвижки со смазкой типа ЗМ и ЗМС с однопластинчатым и ЗМАД - с двухпластинчатым шибером. Задвижки типов ЗМС и ЗМАД имеют модификацию с ручным и пневмоприводом.

По условиям эксплуатации в зависимости от состава скважинной среды запорные устройства изготавливаются в трех исполнениях: для нефти, газа и газоконденсата с содержанием H₂S и CO₂ до 0,003% по объему каждого; H₂S и CO₂ до 6% по объему каждого; CO₂ до 6% по объему.

Регулирующие устройства (дроссели) предназначены для регулирования режима эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Дроссели изготавливают двух типов: регулируемые и нерегулируемые (сменные). Регулируемые дроссели позволяют осуществлять плавное регулирование режима эксплуатации скважин, а нерегулируемые - ступенчатое. В нерегулируемых дросселях изменение режима осуществляется путем замены корпуса с насадками одного диаметра проходного отверстия на другой.

Для скважин, эксплуатирующих один горизонт, применяют тройниковую и крестовую АФ.

Тройниковые схемы АФ применяют для скважин, в продукции которых возможно наличие песка и других механических примесей. Достоинства тройниковой схемы:

- наличие в схеме, помимо крестовины, тройника позволяет нести до двух рядов НКТ;

- упрощена обвязка арматуры, так как струны направлены в одну сторону;

- возможность проведения ремонтных работ по замене верхнего тройника без остановки скважины в схемах 3 и 4.

Арматуру тройникового типа применяют на скважинах со средним избыточным давлением (14-35 МПа).

АФ крестового типа применяются на скважинах, не содержащих абразив. Такие арматуры имеют две крестовины - большую и меньшую по диаметру. Меньшая крестовина имеет две рабочие струны, расходящиеся в разные стороны. Кроме того, ГОСТом предусмотрены фонтанные арматуры крестового типа без стволовой задвижки с двумя дополнительными задвижками на затрубном пространстве (по одной задвижке на каждой струне), контролирующие затрубное (НКТ) пространство для газовых и газоконденсатных скважин.

Достоинства тройниковых схем АФ:

- применяются для всего ряда рабочих давлений, предусмотренных ГОСТ 13846 - 84;

- имеют меньшую высоту по сравнению с тройниковыми схемами.

Недостатки:

- срок службы на скважинах, содержащих песок сокращается вдвое по сравнению с тройниковыми схемами, так как абразивный износ верхнего крестовика практически выводит из строя всю фонтанную арматуру;

- струны, обвязывающие крестовую арматуру, расходятся в разные стороны, что усложняет обвязку.

Фонтанные арматуры для эксплуатации двух (и более) продуктивных горизонтов оборудуют двумя (и более) крестовинами или концентрической подвеской трех рядов труб НКТ.

Разработана трубная головка на четыре параллельные колонны подъемных труб, каждая из которых снабжена циркуляционным клапаном и затрубным пакером. Арматуру для раздельной эксплуатации изготавливают на рабочее давление 14-35 МПа.

Фонтанная арматура на рабочее давление 14 МПа изготавливается с крановым запорным устройством (типа КППС) тройникового и крестового типов для скважин, эксплуатируемых фонтанным способом и погружными центробежными электронасосами.

Арматура предназначена для работы с некоррозионной средой, объемным содержанием механических примесей до 0,5% и температурой среды до 120°C.



Таблица 2. Типоразмеры и параметры фонтанной арматуры на давление 14 МПа

Шифр арматуры	Условный проход, мм	Габаритные размеры, мм	Масса в собранном виде, кг
	ствола	боковых отводов	длина L	ширина	высота
АФК1Э-65Ч14 АФК3-65Ч14 АФК5-65Ч14 АФК1Э-65Ч14ХЛ АФК1Э-65Ч14-2 АФК1Э-65Ч14ХЛ-2	65	65	1205 1525 1525 1205 1570 1570	420	1755 2430 1760 1755 1755 1755	495 736 648 495 558 558

Фонтанная арматура на рабочее давление 21 и 35 МПа изготавливаются по тройниковой схеме для подвески одного или двух рядов подъемных насосно-компрессорных труб.

Запорным устройством в арматуре являются прямоточные задвижки типов ЗМС1 и ЗМС с затворами, герметичность которых обеспечивается плотным контактом шибера с седлами.

АФ на данные давления поставляется как в обычном, так и в коррозионном исполнении.

Фонтанная арматура на рабочее давление 70 МПа изготавливается крестового типа.

В качестве запорного устройства применяются прямоточные задвижки типа ЗМАД и ЗМАДП с двухпластинчатым шибером, с уплотнением «металл по металлу», с автоматической подачей смазки в затвор типа ЗМС, ЗМСП с однопластинчатым шибером, с двухсторонней принудительной подачей смазки. Арматура в зависимости от типа комплектуется задвижками с ручным и пневматическим управлением со станцией управления.



Таблица 3. Типоразмеры и параметры фонтанной арматуры на давление 21 и 35 МПа

Шифр арматуры	Условный проход, мм	Габаритные размеры, мм	Масса в собранном виде, кг
	ствола	боковых отводов	длина L	ширина	высота
АФКЭ1-65Ч21 АФК1-65Ч21 АФК2-65Ч21 АФК3-65Ч21 АФК3а-65Ч21 АФК1-65Ч35 АФК3-65Ч35 АФК3а-65Ч35 АФК3-65Ч21К1 АФ6В-80/65Ч35К2 АФК6-150/100Ч21ХЛ АФК6-100Ч21ХЛ АФК6-100Ч35ХЛ АФК6-100Ч35К1 АФК6В-100Ч21К2И АФК6В-100Ч35К2И АФК6-100Ч35К2 АФК6В-100Ч35К2	65 65 65 65 65 65 65 65 65 80 150 100 100 100 100 100 100 100	65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 100 100 100 100 100 100 100 100	1360 1360 1360 1360 1360 1590 1350 1350 1640 2315 3650 3570 3590 3540 3360 3540 3300 3540	720 720 720 720 720 760 760 760 780 1180 1485 1120 1130 1130 1410 1400 1130 1400	1730 1560 1920 2050 2545 1875 2585 3135 2490 2755 2900 3120 2865 2945 2718 2945 2835 2945	926 807 880 1023 1287 1060 1322 1670 1325 2537 3555 2926 3645 3760 3833 4955 4626 4955

Таблица 4. Типоразмеры и параметры фонтанной арматуры на рабочее давление 70 МПа

Шифр арматуры	Условный проход, мм	Габаритные размеры, мм	Масса в собранном виде, кг
	ствола	боковых отводов	длина L	ширина	высота
АФ6М-50Ч70 АФК6М-50Ч70 АФ6аВ-80/50Ч70 АФ6В-100/80Ч70М АФК6А-80/50Ч70К2	50 50 80 100 80	50 50 50 80 50	2500 2500 3360 4840 3350	870 870 1525 1665 1530	2865 2865 3930 3610 3520	2400 2396 5220 4850 3785



1.2 Анализ зарубежных схем фонтанной арматуры

Зарубежные фирмы "Люсеат" (ФМС/ОСТ), ФМС/ОСТ, "Ньюмэн Мак Эвой", ВКМ, "Камерон", "Серег Шлюмберже" изготавливают фонтанную арматуру на давления от 14 до 105 МПа. В настоящее время выпускаются фонтанные арматуры, где отдельные их узлы объединены в один моноблок -- задвижки, штуцера, тройники и др. Например, фирма "Камерон" объединяет в один блок 4-5 задвижек вместе с двумя угловыми регулирующими штуцерами.

Рис. 1.2 Фонтанная арматура фирмы "Люсеат" на 35 МПа

Этой же фирмой предложено хомутовое соединение основных узлов вместо фланцевого. Аналогичное соединение использует фирма "Грей Тулз".

Схемы фонтанной арматуры различные -- от тройникового типа до V-образного и крестового: при этом типы и число узлов зависят от назначения оборудования -- сколько горизонтов будет эксплуатироваться. В арматуре может быть от одного до нескольких тройников или крестовиков. Струны направлены в основном в одну сторону для упрощения обвязки, особенно на морских скважинах, где фонтанные арматуры крестового типа заменены V-образными. Преимуществом V-образной арматуры с хомутовым соединением является быстрота монтажа, ремонта и демонтажа.

Фирмы ОСТ/ФМС, "Камерон", "Шлюмберже" изготавливают фонтанную арматуру с V-образной елкой для эксплуатации скважин под водой.

Рис. 1.3 Фонтанная арматура фирмы "Хюбнер Вамаг" на 35 Мпа

Арматуры классифицированы по схемам, число задвижек и штуцеров предусматривается заказчиком в зависимости от вида продукции скважины и пластового давления. При эксплуатации газовых скважин, содержащих примеси, число штуцеров увеличивается почти вдвое. На устьевой арматуре устанавливают четыре угловых регулируемых штуцера, а на струнах -- по два. Рабочими струнами являются верхние (V-образные), а резервными - нижние на крестовине.

При V-образной форме елки от абразивного воздействия скважинного продукта выходят из строя в основном узлы и детали на струнах фонтанной арматуры.

Фирмы ФМС/ОСГ и "Шлюмберже" изготовляют фонтанную арматуру для использования в агрессивной сероводородной среде на давления 35 МПа (ФМС/ОСТ) и 70 МПа ("Шлюмберже"). Арматуры изготовлены из сталей Уранус-50 и АНИ2 Сервис. Фонтанная арматура фирмы "Люсеат" изготовлена из стали Уранус-50, Маустинакс-С Помпеи, Монел К.

На рис. 1.2., 1.3. приведены фонтанные арматуры фирм "Люсеат" и "Хюбнер-Вамаг" на 35 МПа. Крестовина изготовлена из кованой заготовки.

Исследования растрескивания стали Уранус-50 от действия Н₂S, проведенные фирмой "Камерон", показали, что разрушающее напряжение составляет 100% от предела текучести.

В табл. 1.3. приведены типы используемых задвижек и материалы, из которых они изготовлены.

Фирма "Люсеат" поставляет фонтанную арматуру в антикоррозионном исполнении, укомплектованную тремя задвижками с пневмоприводом (одна основная и две рабочие); рабочие задвижки - с автоприводом (одна основная и две рабочие). Рабочие задвижки автоматически закрываются при повышении давления в скважине выше рабочего или резком уменьшении ниже 11 МПа. Основная задвижка с дистанционным управлением; специальные приспособления позволяют заменять задвижки арматуры под давлением газа скважины без ее задавки.



Таблица 5. Типоразмеры и материалы АФ фирм "ФМС", "Хюбнер Вамаг", "Борда-Фуч"

Тип и материал	Фирма
	ФМС	"Хюбнер Вамаг"	"Борда-Фуч"
Фонтанная арматура крестового типа на 21 МПа с диаметром проходного сечения и отводов 100 мм: Тип задвижки Материал задвижки	ОСТ-56 Уранус-50	WКМР-R-S СА-15	СА-6NМ
Колонная головка 325x245x194 мм для подвески НКТ с резьбой VАМ	АИСИ 430	АИСИ 4135	АИСИ4130
Колонная головка с четырьмя задвижками на 21 МПа: Тип задвижки Материал	ОСТ-50 АИСИ-4125	WКМР-К-S АИСИ4135

Таблица 6. Техническая характеристика фонтанной арматуры фирмы "Люсеат" на 35 МПа

Тип фонтанной арматуры	Крестовая
Пробное давление, МПа	70
Рабочая температура, °С	От -45 до +45
Материал труб	Сталь Уранус-50СL
Диаметр проходного сечения елки, мм: Ствола Боковых отводов	63 50
Подвеска насосно-компрессорных труб	Конус с резьбой для 73-мм труб
Рабочее давление колонных головок, МПа	21
Уплотнение межколонных пространств	Пакерное
Подвеска труб диаметрами 140 и 219 мм	Клиновая
Резьба на колонной головке диаметром 325 мм	По ГОСТ 632-80
Привод задвижек	Ручной
Габаритные размеры фонтанной арматуры, мм : Длина Высота Ширина	3600 2355 755
Масса, кг	2700

В комплект фонтанной арматуры 299x219x140x73 фирмы "Люсеат" входит колонная головка типа С-22 с резьбой под 299-мм трубы, верхний фланец, плашки для захвата труб, колонная головка с фланцами типа С-22-00 с резьбой под 219-мм трубы, плашки для захвата труб диаметром 293x140 мм, головки насосно-компрессорных труб и задвижки типа ГОСТ. Кольца выполнены из нержавеющей стали С-27.

Для скважин, в продукции которых содержатся Н₂S и СO₂ , используют фонтанные арматуры фирмы "Люсеат" для обвязки трех обсадных и одной насосно-компрессорной колонн труб (325x219x140x73 мм), изготовленных из стали Уранус-50С.

Фонтанная арматура состоит из колонной головки с фланцами типа С-22-00, крестовины типа С-600, верхнего переводника, специального фланца типа А-45 и катушки для подвески насосно-компрессорных труб типа ИЗО-Е.

Конструкция фонтанной арматуры фирмы "Камерон" болей компактна, служит для заканчивания скважин в двух горизонтах. Для скважин с высокими пластовыми давлениями она изготовляется единым массивным блоком с отводами типа BYE.

В отличие от фонтанной арматуры фирмы "Камерон" на 21 МПа в арматуре фирмы "Люсеат" на давление 35 МПа имеется дополнительный фланец с односторонним и двусторонним кольцевыми пазами под уплотнительные кольца. Дополнительный фланец устанавливается между двумя фланцами.

Фонтанное оборудование устья скважины фирмы "Мак Эвой" (США) применяют для обвязки обсадных труб 325x245x199 и 114-мм НКТ. Оно состоит из четырех секций: нижней и промежуточной обсадных головок, насосно-компрессорной трубной головки и фонтанного оборудования. Оборудование полностью выполнено из высоколегированной и нержавеющей сталей специального сплава и отдельные детали -- из кадмированной стали. На рис. 1.4. приведена схема оборудования устья скважины фонтанной арматурой фирмы "Мак Эвой" в сборе. На боковых отводах установлены три клинкерные задвижки фирмы "Мак Эвой" с проточным каналом диаметром 52 мм и с фланцами на обоих концах.

Задвижки арматуры "Люсеат" прямоточные. Во внутренней расточке корпуса установлены два седла, нижнее (по потоку) поджимается тарельчатой пружиной и на шейке имеет одно уплотнительное резиновое кольцо. В расточку по проходному отверстию устанавливают тефлоновое уплотнительное кольцо.

Верхнее седло (по потоку) на шейке имеет три кольцевые проточки. В крайних устанавливается два резиновых кольца, средняя проточка соединена с наружной проточкой 6-8 каналами для прохода уплотнительной массы из пластика.

Гайка на штоке служит для регулирования выхода шибера, чтобы не поднять его выше первых уплотнительных колец.

Катушка для подвески НКТ -- герметизирующая с двумя металлическими кольцами. Чтобы не допустить движение катушки (для подвески НКТ) вверх при неустановленной фонтанной арматуре, ставят четыре болта во фланце колонной головки.

За центральной задвижкой предусмотрена вторая задвижка, V-образная крестовина с центральным выводом и разделителем под манометр. Все головки, задвижки, подвески, фланцы, пробки выполнены из нержавеющей стали. Кольцевые уплотнения овальной формы изготовлены из кадмированной стали, а корпус угловых штуцеров -- из легированной. Детали фонтанной арматуры классифицированы по номерам.

Например, обсадная головка А-103899 типа S-V диаметром 305 мм (12''), подвеска для обсадной трубы А-53515 типа S-V диаметром 76 мм (3''); клинкетная задвижка фирмы "Мак Эвой" типа А-104142; головка насосно-компрессорная А-103304 типа S-VV. Два боковых отвода укомплектованы угловыми замерными клапанами (штуцерами) с индексами Р-100499 и Р-104160, 1/2'', тройниками и коленами из нержавеющей стали. Трубки Бурдона на показывающих манометрах выполнены из нержавеющий стали, а циферблаты на манометрах защищены особо прочным стеклом.



Рис. 1.4 Фонтанная арматура фирмы "Мак Эвой": 1 - нижняя секция колонной головки типа S из легированной стали; 2 - задвижка; 3 - овальное кольцевое уплотнение из стали с покрытием из кадмия; 4 - клинкетная задвижка из легированной стали; 5 - обсадная головка типа S-V из легированной стали; 6 - крестовина типа S-VV из легированной стали; 7 - задвижка из нержавеющей стали; 8 - центральная стволовая задвижка из нержавеющей стали; 9 - вторая стволовая задвижка из легированной стали; 10 - крестовина с двумя трубопроводами для химического впрыска (с двумя встроенными клапанами) из нержавеющей стали; 11 - задвижка проходным сечением 80 мм из нержавеющей стали; 12 - кольцевое уплотнение из нержавеющей стали, 13 - задвижка; 14 - фланец манометра; 15 -регулируемый штуцер

Фонтанное оборудование фирмы "Мак Эвой" имеет ряд недостатков: не все клинкетные задвижки взаимозаменяемы, на правом отводе от крестовины установлена одна задвижка; кроме того, задвижки предусмотрены с фланцевыми и резьбовыми соединениями с обеих сторон.

Фонтанное оборудование фирмы "Мак Эвой" рассчитано на 21,35 и 70 МПа. Оно широко используется на газоконденсатных месторождениях при содержании в скважинной среде агрессивного сероводорода. Количество сероводорода при эксплуатации арматуры не регламентировано.

Применение коррозионно-устойчивых деталей и оборудования улучшает эксплуатационные характеристики скважин и обеспечивает их длительную работу без ремонта.

В настоящее время зарубежные фирмы "Грей Тулз", "Борда-Фуч", "Хюбнер Вамаг'' поставляют на экспорт фонтанные арматуры. Указанные арматуры на предприятиях нашей страны за исключением "Борда-Фуч", не были использованы при эксплуатации нефтяного газа, содержащего сероводород, поэтому не могут быть однозначно рекомендованы к внедрению.

Большое количество фонтанной арматуры выпускает фирма ФМС на 70МПа.

Фонтанная арматура фирмы ФМС представляет собой массивную головку с двумя стволовыми задвижками и одной боковой задвижкой с электроприводом (пневмоприводом). Резервная стволовая задвижка монтируется без маховика на время эксплуатации скважины. Задвижки на 70 и 105 МПа с электроприводом (пневмоприводом) укомплектованы предохранительным клапаном и протарированы заранее на определенное давление.

Задвижка на рабочей струне выполнена с электроприводом (гидропривод), для замера дебита скважинной среды используется счетчик. Для более высоких давлений изготавливают фонтанные арматуры с тремя задвижками, которые монтируют выше крестовины трубной головки. Верхняя задвижка имеет электропривод. Как правило, фонтанная арматура изготавливается из кованого тройника с тремя отводами, а струны имеют V-образный выход и каждая струна комплектуется двумя задвижками, из которых одна электроприводом. Манифольды фирм "Грей Тулз", "Хюбнер Вамаг", ФМС на рабочее давление до 21 МПа упрощены и состоят из трех задвижек, одного тройника, манометра и прибора для замера расхода. Струны не имеют строгого направления и монтируются на резьбе и сварке без колен и фланцев. Для того чтобы исключить дополнительные резьбовые и фланцевые соединения в устьевом оборудовании, трубы манифольда изгибают и после этого приваривают к линии трубопровода. Подвод электропривода (пневмопривода) осуществляют по наружной поверхности трубопровода. Наиболее часто используемые на рабочих струнах рабочие задвижки имеют дистанционное управление. На месторождениях с аномально высоким пластовым давлением не устанавливают фонтанные арматуры с хомутовым соединением трубной головки ввиду опасности утечки газа, промыва соединения и перехода скважины на открытый выброс.

Если пропуск газа в арматуре происходит выше стволовой задвижки, то его ликвидация не представляет особого затруднения, так как стволовая задвижка закрывается дистанционно.

Фирма "Камерон" изготовляет прямоточные задвижки типа Р с ручным управлением (где запорные поверхности контактируют как "металл по упругому элементу") и задвижки с однопластинчатым шибером и плашками типа F (модели С, LС и др.). Упругие элементы выполнены из тефлона и устанавливаются на седлах. Корпуса задвижек литые, со сварными фланцами и днищем. По конструкции задвижки фирмы "Камерон" мало отличаются друг от друга; крышки корпусов закрепляются болтами, в них размещены однороликовый подшипник, сальниковое уплотнение и пружина. В самом корпусе размещается шибер. Для подачи смазки предусмотрен штуцер с обратным клапаном. Плашки уплотнительными поверхностями прижимаются к упругому элементу.

В последнее время фирма выпускает задвижки типа Р с пневматическим и гидравлическим приводом. Пневмопривод (гидропривод) прикреплен непосредственно к задвижке: для пневмопривода используют воздух (газ), поступающий через специальные редукторы для воздушной среды. Электрический сигнал с пульта управления попадает на соленоидный клапан пневмопривода, и газ под давлением направляется в полость цилиндра после срабатывания клапана. В зависимости от того, на какой из двух соленоидных клапанов пневмопривода поступил электрический сигнал, газ направляется в нижнюю или верхнюю полость пневмоцилиндра и задвижки открываются или закрываются. Для питания пневмопривода используют инертный газ, в основном азот. На таком же принципе работают задвижки с гидравлическим приводом.

Фирма ВКМ изготовляет задвижки с расклинивающим шибером, основанные на незначительном изменении крутящего момента на маховике, обеспечивающего предварительное прижатие уплотняемых поверхностей. Уплотнительные поверхности входят в контакт непосредственно при расклинивании: в крайнем нижнем положение шибер (в закрытом его состоянии) обеспечивает герметичность, а в верхнем положении (в открытом состоянии предотвращает попадание скважинной среды в корпус и вымывание смазки. В промежуточных положениях плашки прижаты под действием дугообразных пружин. В нижнем положении шибер входит между седлами, т. е. создается расклинивающий эффект. Задвижки применяют на рабочее давление до 35 МПа.

Французская фирма ФМС выпускает задвижки с затворами "металл - упругий элемент (тефлон) с односторонним действием (только на закрытие). Прямоточная задвижка состоит из литого корпуса со сварными фланцами, шибера и двух седел с упругим элементом. Одно из седел подвижное со стороны входа рабочей среды, второе -- неподвижное со стороны ее выхода. Первое прижимается к шиберу тарельчатой пружиной, создавая определенный натяг в затворе. Во второе седло нагнетается паста по системе отверстий и кольцевых каналов. Под гидравлические давлением смазки восстанавливается первоначальная плоскость упругого элемента по мере ее износа. Другой тип задвижки (ОСТ) содержит невращающийся стержень, исключал, таким образом, возможность возникновения аварий от крутильного момента. Нарезка стержня предохранена от влияния скважинной среды и атмосферных осадков.

В крышке корпуса установлены игольчатые подшипники, самоуплотняющийся сальник, затвор и одно плавающее седло. В корпусе задвижки предусмотрены отверстия для подачи пластика и удаления жидкости. Отверстие для впрыскивания пластика дает возможность вновь восстановить плотность (упругость материала) седла, не разбирая запорный узел задвижки (задвижки на 14, 21 и 35 МПа). Таким же образом восстанавливается плотность у двух седел на задвижках на 70 и 105 МПа. Герметизирующие поверхности верхнего и нижнего седел выполнены из пластика высокой ударной вязкости. Кольцо из нержавеющей стали надевается на затвор для вдавливания пластика в канавку. Если седла или затвор задвижки необходимо заменить, то пластик может служить временным затвором.

Фирма "Ракер-Шеффер" выпускает задвижки типа СВ в двух модификациях с компенсирующими камерами большого и малого объемов. Задвижка автоматически закрывается пружинам при отсутствии давления в распорной камере. Запорная (штоковая) камера гидропривода заполнена маслом и соединена с контрштоковой камерой, и для открытия задвижки требуется подвод трубопровода.

Задвижки открываются и закрываются с помощью гидравлического привода.

В однопластинчатом шибере, в его нижней части установлен специальный кулачок, который поворачивает седло вокруг оси прохода при закрытии и открытии затвора задвижки. Как и в отечественных задвижках, седло смонтировано в направляющих щеках, однако оно обеспечено специальным храповым механизмом для поворачивания седла в требуемую сторону, чтобы износ уплотняемых поверхностей седла был равномерным.

Плашки на шиберах полированными поверхностями плотно прилегают, к упругим элементам, обеспечивая герметичность при давлениях 35 и 70 МПа в процессе эксплуатации газовых скважин.

Фирма ФМС/ОСТ выпускает задвижки, конструкция которых аналогична конструкциям задвижек фирмы ВКМ. Седла затвора с упругими элементами имеют разное назначение: одно является неподвижным и устанавливается со стороны входа скважинной среды, а второе - подвижное, устанавливается со стороны выхода среды. Седло прижимается к шиберу тарельчатой пружиной, создавая предварительный натяг в затворе.

При такой конструкции задвижки (односторонность действия) необходимо иметь несколько задвижек на струнах фонтанной арматуры и с целью увеличения эксплуатационного ресурса седла на газовых скважинах часто нагнетать пасту на его поверхность Паста приготовляется из вязкого тефлона.

В фонтанной арматуре "Люсеат" крестового типа, выпускаемой в антикоррозионном исполнении, смонтированы три задвижки с пневмоуправлением, которые автоматически закрываются в случае понижения давления в скважине до 11 МПа и менее или увеличения выше рабочего; открываются рабочие задвижки вручную после выяснения причин автоматического закрытия.

Имеется возможность замены задвижек под давлением без задавливания скважины, так как в подвеску НКТ в нужный момент можно спустить обратный клапан и установить в расточку подвески.

Фирма "Мак Эвой" изготавливает задвижки из специальных сплавов для их эксплуатации в условиях добычи окисленных газов и нефти. Они предусмотрены с автоматической смазкой.

В открытом и закрытом положениях стержень шибера не подвержен давлению и уменьшена его восприимчивость к водородной хрупкости. Все части задвижки постоянно наполнены смазкой, что позволяет предотвращать действие водных окислов или инородных частиц. В зависимости от условий корпус задвижки изготавливают из легированной или специальной стали "Мак Эвой", а шибер и седла -- из легированной или нержавеющей стали. Изготовляют шибер незаклиниваемого типа, что позволяет легко управлять его работой.

В конструкции задвижки модели С на 70 и 105 МПа предусмотрена автоматическая смазка между замком и стволом в верхнем корпусе задвижки и между шибером и седлом для остановки течи. Кожух штока и сальниковые уплотнения стержня предусмотрены к замене при полном давлении как в открытом, так и в закрытом положениях.

В задвижке типа "Супер Мандвандер" фирмы "Мак Эвой" корпус отлит из углеродистой стали с обработанной полостью для вставки новых колец и седел ввиду износа предыдущих. Кольца из нержавеющей стали выполнены с поверхностной закалкой и препятствуют эрозионному действию абразивных жидкостей. В седла вставлены уплотнения из упругой синтетической резины Вайтон или Буна-М, соединенные с коррозионно-устойчивыми кольцами.

Шибер выполнен из термообработанной хромомолибденовой стали с чистой шлифовкой и никелированием.

Уплотнительные кольца круглого сечения применяются в 50,8-мм задвижках, квадратного сечения - в задвижках больших размеров.

Из приведенного выше анализа фонтанных арматур отечественного и зарубежного производства за прототип возьмем фонтанную арматуру АФК3-64Ч14 с запорными устройствами типа КППС-65Ч14 и регулирующим устройством в виде нерегулируемого дросселя.



2. Особенности эксплуатации фонтанной арматуры

2.1 Техника безопасности

1. При оборудовании устья фонтанной скважины наиболее ответственной частью является колонная головка. Неправильная и некачественная сборка оборудования устья в процессе эксплуатации скважины может быть причиной открытого фонтана. Поэтому монтировать колонную головку следует с особой тщательностью.

2. До начала сварочных работ на скважине должны быть выполнены противопожарные мероприятия: в первую очередь должна быть очищена от ненужных и посторонних предметов площадка устья скважины, заготовлен песок, кошма, приведены в порядок огнетушители и гарантирована подача воды. Во избежание деформаций по окончании сварочных работ необходимо обеспечить равномерное остывание сварочного шва, для чего фланец накрывают металлическим листом. Допущенные дефекты в процессе сварки нельзя исправлять зачеканкой и подваркой. Дефектные места шва должны быть удалены вырубкой и вновь тщательно заварены с последующим обязательным контролем шва.

3. При установке трубной головки на колонную должны быть чистыми уплотнительные канавки на фланцах и правильно уложены прокладки. Во избежание перекоса фланцев шпильки следует затягивать равномерно. Фонтанную елку устанавливают после спуска в скважину насосно-компрессорных труб, В зависимости от подъемного механизма или приспособления, применяемого для установки фонтанной елки, должны быть подготовлены приспособления, обеспечивающие безопасность работ.

4. После монтажа арматуры выполняют работы но присоединению выкидной линии. Так как работы проводятся на высоте и в неудобном положении, требуется сооружение подмостков.

5. При эксплуатации фонтанной скважины должен быть установлен систематический контроль за арматурой, исправностью манометров, фланцевых соединений, штуцера и сальниковых уплотнений задвижек. Выход из строя любого перечисленного звена и несвоевременное его устранение могут служить причиной серьезной аварии, на устранение которой потребуется затратить значительное время.

С внедрением фонтанной арматуры с прямоточными задвижками и пробковыми кранами, которые более надежны в работе и герметичны, число пропусков через запорные устройства сократилось. После установки арматуры на устье скважины требуется проверить поднабивку уплотнительной смазки запорных устройств и плавность работы затвора.

Конструкция прямоточной задвижки обеспечивает возможность замены уплотнительной манжеты шпинделя при ее эксплуатации как в открытом положении, так и в закрытом.

2.2 Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

По окончании бурения скважины в зависимости от ожидаемого дебита и максимального давления на устье подбирается фонтанная арматура и подготавливается к монтажу. Для пуска фонтанной скважины в эксплуатацию необходимо смонтировать наземное оборудование, т.е. проложить выкидные линии, смонтировать манифольд и собрать арматуру. Из указанных работ прокладка выкидной линии и сборка манифольда могут быть выполнены заблаговременно, до сдачи скважины в эксплуатацию.

В фонтанной арматуре должны быть проверены запорные устройства на легкость проворачивания шпинделя, наличие уплотнительной смазки в прямоточных задвижках, крепление фланцевых соединений, исправность манометров. Необходимо при транспортировке арматуры, а также при погрузке и выгрузке ее, беречь от ударов, приводящих к поломке маховиков задвижек

В процессе монтажа фонтанной арматуры требуется тщательно собирать фланцевые соединения. При затяжке шпилек необходимо соблюдать равномерный зазор между фланцами. Для обеспечения равномерного зазора и избежания перекосов фланцев при креплении следует попеременно затягивать диаметрально расположенные болты. Монтаж фонтанной арматуры на устье скважины может быть осуществлен имеющимися в распоряжении НГДУ самоходными автомобильными или транспортными кранами. Монтаж может быть осуществлен при помощи талевого механизма, специального приспособления, лебедки или подъемника.

2.3 Эксплуатация и ремонт фонтанной арматуры

В отличие от клиновой задвижки пробковый кран и прямоточная задвижка, уплотняемые смазкой ЛЗ-162, не требуют больших усилий при управлении ими. В прямоточных задвижках для увеличения герметичности категорически воспрещается применять рычаг, так как герметичность от увеличения усилия не возрастает, поскольку плашки плоские. Дополнительные усилия могут привести только к поломке шпинделя.

В процессе эксплуатации арматуры с прямоточными задвижками требуется через два-три месяца смазывать подшипники шпинделя. В качестве смазки применяют солидолы УС (ГОСТ 1033-51) или УС (ГОСТ 4366-64). Необходимо также через штуцер в днище корпуса задвижки в соответствии с инструкцией набивать смазку ЛЗ-162. Заполнение корпуса смазкой не дает возможности оседать различным механическим примесям, а также скапливаться агрессивной жидкости. Герметичность затвора прямоточной задвижки повышается за счет применения уплотнительной смазки, которая автоматически подается к поверхности затвора за счет давления среды в корпусе задвижки.

В фонтанной арматуре с крановыми запорными устройствами после установки на скважине необходимо провести дополнительную набивку уплотнительной смазкой всех кранов и проверить краны на плавность работы затвора. Смазка подается масленкой, которая ввинчивается в резьбовое отверстие шпинделя вместо вывинченного нажимного болта. Кран в момент набивки смазки должен быть или полностью открыт или полностью закрыт. Допускается проводить поднабивку смазки при помощи нажимного болта. Однако это менее удобно и требует большой затраты времени.

После заполнения крана смазкой нажимной болт необходимо поставить в исходное положение. Рекомендуется ввинтить его на половину длины, чтобы в процессе эксплуатации продавливать смазку на уплотнительные поверхности вращением нажимного болта на 5-6 оборотов.

Регулярная подача смазки на уплотнительные поверхности крана обеспечит постоянную герметичность затвора. Если давление среды в скважине близко к рабочему давлению крана (140 кгс/см²), то смазку рекомендуется подавать при помощи нажимного болта после 3-5 перекрытий затвора. Обязательно проводить поднабивку смазки после депарафинизации скважин паром и после других технологических операций, проводимых при давлениях, близких к рабочему.

Для надежной работы затвора следует регулярно проверять наличие смазки в системе крана и по мере необходимости, но не реже одного раза в три месяца, проводить поднабивку смазки масленкой.

Смазку необходимо подавать масленкой в кран до тех пор, пока подача смазки не станет затруднительной.

Если кран разбирался, то при сборке необходимо установить правильный зазор между уплотнительными поверхностями корпуса и пробки. Для этой цели уплотнительные поверхности как корпуса, так и пробки должны быть очищены от старой смазки, протерты досуха чистой тряпкой и промыты в керосиновой ванне. Полость над пробкой должна быть заполнена смазкой, а уплотнительная поверхность пробки вновь смазана тонким слоем уплотнительной смазки. Только после этого пробка может быть поставлена на место. После установки зазора между корпусом и пробкой кран заполняют смазкой.

При аварийном заклинивании пробки надо отвинтить регулирующий винт на один-два оборота, затем добавить масленкой в кран смазку и завинтить нажимной болт в шпиндель до тех пор, пока пробка не освободится от заклинивания. После ликвидации заклинивания требуется отрегулировать кран.

Перед сменой манжеты под давлением надо отвинтить регулировочный винт до отказа. Этим будет достигнута герметичность регулировочного винта и нижней крышки. Затем можно менять манжеты. После смены манжет снова отрегулировать кран.

Фонтанную арматуру, эксплуатировавшуюся перед установкой на другую скважину, как правило, необходимо проверять и если требуется, то и ремонтировать с обязательным последующим гидравлическим испытанием.

Ремонт задвижки или пробкового крана включает: разборку и промывку деталей в керосиновой ванне, промер деталей и их отбраковку, ремонт изношенных деталей и изготовление новых, сборку задвижки и гидравлическое испытание. Этот порядок сохраняется при ремонте задвижек всех диаметров и типов. В процессе разборки и сборки применяется обычный слесарный инструмент и необходимые приспособления. Операции в процессе ремонта в основном сводятся к ликвидации раковин наплавленном металла и последующей расточкой, к исправлению резьбы, шабровки уплотняющих поверхностей и т. д.

Простые по конструкции и не требующие специальной термической обработки детали изготовляют в ремонтно-механической мастерской. Возможности по изготовлению новых деталей в каждом случае определяются мощностью и технической оснащенностью предприятия, выполняющего ремонт.

В арматуре с прямоточными задвижками во фланцевых соединениях, за исключением соединений крестовика с тройником, тройника с переводной катушкой, применены прокладки одностороннего касания. В связи с этим на затяжку шпилек требуются значительно меньшие усилия, чем при использовании овальных прокладок с двусторонним касанием. Поэтому при сборке фонтанной арматуры с прямоточными задвижками не следует прибегать к дополнительным удлинителям ключей.



Литература

1. Бочарников В.Ф., Петрухин В.В. Расчет фланцевой фонтанной арматуры. Методические указания для выполнения контрольных работ для студентов заочного обучения специальностей 1702, 0907. Тюмень: ТюмГНГУ, 1989. - 28 с.

2. Бухаленко Е.И., Шульга В.Г. Устьевое оборудование нефтяных и газовых скважин. Справочная книга, М., Недра, 1978. - 235 с.

3. Справочник по нефтепромысловому оборудованию. Под ред. Бухаленко Е.И. - М.: Недра, 1983. - 399с.

4. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа. Учебник для вузов. - М.: Недра, 1984. - 464с.

5. Композит-каталог нефтегазового оборудования и услуг. 1993 - 94. В 3-х томах. Указатель фирм. Предметный указатель. - 1-е изд. [М.:ВНИИОЭНГ], 1993.

6. Каталог нефтяного оборудования, средств автоматизации, приборов и спецматериалов. Под общей редакцией Скрыпника С.Г. Том 1, ВНИИОЭНГ, 1993, 215 С.

Размещено на Allbest.ru