1327
.pdfТ аблица 3.1.1
Рекомендуемые материалы для изготовления арматуры при различных рабочих давлениях
Л»«-w na |
Марка стали |
<т„ МН/м2 |
До 14 |
08КГ1 |
180 |
21...50 |
Сталь 20 |
250 |
50... 70 |
Сталь 30 |
300 |
70. 100 |
Сталь 45 |
360 |
Манифольдьг имеют запорные устройства, регулируемый штуцер, предо хранительные клапаны, крестовины, тройники, вентили для сброса дав ления и подсоединения приборов и т. д. Рекомендуется использовать схемы манифольдов, состоящих из более прочных и надежных сборок заводского изготовления.
На месторождениях Западной Сибири применяется фонтанная арма тура как отечественного, так и импортного производства.
3 .1 .2 . ОТЕЧЕСТВЕННОЕ НАЗЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ УСТЬЯ
ФОНТАНИРУЮЩИХ СКВАЖИН
Арматура с крановыми запорными устройствами. Фонтанная ар матура с кранами (крестовая схема) предназначена для герметизации устья фонтанирующих нефтяных, газовых и газоконденсатных сква жин, а также скважин, эксплуатируемых при помощи электропогружных насосов. Арматуру комплектуют по трем типовым схемам, из них две тройниковые и одна крестовая.
Кроме того, предусмотрена арматура, допускающая спуск в скважи ну электроцентробежного насоса. В стволовой катушке этой арматуры установлена сальниковая камера, через которую пропускается кабель электропогружного насоса, уплотняемый сальниковой набивкой.
На боковых струнах фонтанной елки установлены штуцера в виде диска со сменной втулкой. Боковые струны арматуры оканчиваются свободными фланцами, которые приваривают к присоединительным патрубкам манифольда.
С фонтанной арматурой поставляется колонный фланец, устанавли ваемый на эксплуатационную колонну размером от П4 (4 7 2") до 168 мм (65/8"). Перед установкой колонного фланца необходимо расточить отверстие и нарезать в нем резьбу соответствующего размера.
Запорное устройство арматуры - пробковый кран КФПЛ-65-14 диа метром проходного отверстия 65 мм. Применение кранов одного типо размера облегчает обслуживание арматуры и ремонтные работы. Нали чие в кране пробки с уменьшающимся кверху диаметром дает возмож-
иметь шипом, расположенным в крышке, регулировать зазор между шддобшм м корпусом [18].
Ушшопштельная смазка герметизирует затвор крана и резьбу шпиндшв. Смазка, закладываемая в канал шпинделя (при вывернутом на жимавши болте), при ввертывании нажимного болта продавливается черга обратный клапан в верхнюю полость корпуса, попадает в четыре вертикальные канавки пробки и далее в нижний кольцевой канал.
Смазочные канавки выполнены так, что две противоположные кашивквв на пробке, соприкасающиеся с потоком среды при открывании и закрывании крана, сообщаются с общей системой смазки только при ишностъю открытом или полностью закрытом кране. Во всех других шюдоикеннях пробки эти канавки не соединяются с обшей системой смазки, что предотвращает вымывание смазки из полости корпуса.
Кран оснащен специальным устройством для отжатия пробки при ее заклинивании в корпусе.
Арматура с прямоточными задвижками, уплотняемыми смазкой. Фонтанная арматура с прямоточными задвижками предназначена для герметизации устья фонтанирующих нефтяных, газовых и газоконден сатных скважин.
Арматуру собирают по тройниковой и крестовой схемам.
В арматуре на Рр= 21 и 35 МПа подъемные трубы (один или два ря да) подвешены на резьбе стволовой катушки (или на тройнике). По тре бованию заказчика они могут быть подвешены на муфтовой подвеске.
В арматуре на Р?= 70 МПа, Dy= 50 мм трубы подвешены на резьбе,
ана Д = 65 мм и 65/50 мм того же давления - на муфтовой подвеске. Регулирование режима эксплуатации скважин осуществляют быст
росменными штуцерами.
Варматуре предусмотрена возможность замера температуры, дав ления и подачи ингибиторов в затрубное пространство и ствол елки.
Запорными устройствами арматуры являются прямоточные задвиж ки с уплотнением “металл по металлу”, с принудительной или автома тической смазкой. Герметичность затвора в задвижках при низких дав лениях обеспечивается удельным давлением на уплотняющих поверх ностях, создаваемым пружинами. При более высоких давлениях созда ется эффект самоуплотнения затвора.
Взадвижке предусмотрена возможность временного восстановления герметичности затвора путем нагнетания уплотнительной смазки в за твор со стороны выходного седла (для задвижек с принудительной смазкой) и входного седла (для задвижек с автоматической смазкой). Регулирование соосности проходных отверстий шибера и корпуса дос тигается при помощи регулировочного винта.
Техническая характеристика арматуры представлена в табл. 3.1.2 [18].
|
|
|
|
|
Таблица 3.1.2 |
|
|
Техническая характеристика арматуры |
|
|
|
Условное обозначение |
Давление, МПа |
Диаметр условного прохода |
Габариты, мм |
Масса, кг |
|
арматуры |
рабочее |
пробное |
ствола и боковых отводов, |
|
|
|
мм |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
АФЗК-65*21 |
21 |
42 |
65 |
2035*695*2560 |
1455 |
АФЗКа-65*21 |
|
|
|
2035*695*3040 |
1838 |
1АФК-Ю0ПС*21 |
|
|
100 |
3560*1210*2540 |
4315 |
АФЗК-65*35 |
35 |
70 |
65 |
2035*820*2560 |
1525 |
АФЗКа-65*35 |
|
|
|
2035*820*3040 |
1934 |
2АФТ-65П035 |
|
|
|
2560*630*3185 |
2316 |
4АФК-50*70 |
70 |
105 |
50 |
2730*785*3065 |
2320 |
АФК-65-70 |
|
|
65 |
2560»1070*3050 |
3110 |
ЛФЗК-65/50-70 |
|
|
65/50 |
2775*1070*3150 |
3305 |
Для облегчения управления задвижками опоры шпинделя расположены в упорных шарикоподшипниках. Задвижки на Рр= 21, 35, 70 МПа с условным диамеаром Dy = 100 мм изготовлены с выдвижным уравновешенным шпинделем (для задвижек с принудительной смазкой и за движек с автоматической смазкой). Задвижка с автоматической смазкой состоит из сварно-литого корпуса, в котором имеются две направляю щие щеки с емкостями для уплотнительной смазки и системой каналов для прохода смазки к уплотнительным поверхностям. Между направ ляющими щеками установлены две плашки, собранные с шестью ци линдрическими пружинами и предохранительной фторопластовой втулкой.
Повышение герметичности затвора задвижки достигается примене нием уплотнительной смазки, которая в момент возникновения утечек подается к поверхности затвора автоматически, под действием давле ния среды в корпусе задвижки. Через два обратных клапана в корпусе задвижки емкости в щеках заполняются смазкой. При закрытой за движке давление среды в корпусе через поршень действует на смазку, которая заполняет кольцевую и цилиндрические канавки на щеке.
При открывании задвижки смазка частично вымывается из кольце вой канавки, и тогда при закрывании, как только кольцевая канавка совместится со сверлением в щеке, давление среды, действующее на поршень, заставит смазку переместиться и вновь заполнить канавки.
Чтобы устранить пропуск среды через сальниковый узел, в него на гнетается уплотнительная смазка. Для предотвращения скопления во внутренней полости грязи и рабочей среды в задвижках предусмотрен обратный клапан, расположенный в корпусе и предназначенный для заполнения его смазкой ЛЗ-162.
3.1.3. ФОНТАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Фонтанное оборудование для добычи нефти и газа за рубежом в ос новном производится в США, Канаде, Франции, ФРГ и Великобритании (до 60...70 % всего изготовляемого оборудования в Европе). Машино строительные фирмы Канады, Франции, Великобритании, ФРГ и Италии выпускают устьевое оборудование по американским лицензиям, за ис ключением некоторых фирм ФРГ и Франции. Вследствие этого европей ские фирмы находятся в зависимости от поставок техники из США и часго даже получают материал для изготовления фонтанной арматуры. Согласно договорным контрактам и действующим лицензиям, изготов ление фонтанной арматуры ведется по технологическим требованиям, составленным Американским нефтяным институтом (API). Бурение сверхглубоких скважин на нефть и газ с высоким пластовым давлением
потребовало создания высокопрочной и антикоррозионной фонтанной арматуры. Состав и количество элементов ФА часто определяется заказ чиком, включая~типы колонных головок и стволовых задвижек.
В Американском нефтяном институте на основании опыта добычи нефти и газа в различных регионах мира составлены практические ре комендации по выбору и эксплуатации фонтанной арматуры в зависи мости от пластового давления и агрессивности скважины. Составлены схемы и классификация оборудования по рабочему давлению, опреде лен материал элементов, приведены данные о пробном давлении и ме тодах гидравлических испытаний.
3.1.4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ
Выбор и установка соответствующего типа фонтанной арматуры для различных условий эксплуатации определяются давлением газонефтя ной среды, фонтанное оборудование скважин состоит из трех основных узлов: колонной головки, трубной головки и фонтанной елки. Назначе ние колонной головки заключается в обвязке всех спущенных обсадных колонн (кондуктора, промежуточной и эксплуатационной) между собой и герметизации межтрубных пространств колонн. Колонная головка служит для подвески труб, подачи через боковой отвод воздуха или газа
вмежтрубное пространство и контроля давления в нем.
Внастоящее время фирмы Cameron и ОСТ (США) выпускают арма туру с соединением зажимного типа и проходным отверстием диамет ром от 48 до 127 мм (в фонтанной арматуре для двух и трех колонн на сосно-компрессорных труб - до J52 мм) [19].
Для увеличения стойкости, прочности и надежности все основные детали фонтанной арматуры фирмы Cameron изготавливают из стали, выпускаемой этой фирмой. Эта сталь используется для изготовления элементов на различные давления и технологические процессы при од но-, двух-, трех-, четырех- и пятитрубных колоннах. Фирма Cameron выпускает также системы управления для использования в обычных и сложных условиях с возможностью регулирования от одиночного низ конапорного автоматического предохранительного клапана до управле ния группой скважин и систем временной остановки. Фирма поставляет предохранительные клапаны, переходники, крышки, манометры, фон танные штуцера. Главными запорными органами в фонтанной арматуре служат задвижки типа F и регулируемые штуцера на концах отводов. В задвижке типа F установлены долговечные вращающиеся седла. Она снабжена дистанционным управлением. Создана дистанционная панель Для управления штуцерами и одной стволовой задвижкой. Изготовлены регулируемые штуцера Н-2, Н-3, специальные наконечники и тройники.
Заслуживает внимания типовая предохранительная система времен ной остановки скважины, где стволовые задвижки арматуры заменены запорным органом поршневого типа, установленным в монолитном блоке. К запорным органам и регулируемым штуцерам подсоединены трубы высокого давления, идущие от насоса и включаемые с пульта управления.
Фирма FMC (Франция) выпускает клапаны модели 30 на рабочее давление 70 и 105 МПа, устанавливаемые на струнах фонтанной арма туры, управляемой с пульта. Фирма Luceat (Франция) разработала кла- пан-отсекатель 63.5IS на давление 70 МПа. Он устанавливается в ко лонную головку и позволяет при закупорке головки демонтировать устьевое оборудование, не опасаясь выброса. Клапан монтируется вручную или гидравлическим способом. Герметичность клапана дости гается за счет колец 0-образного сечения, уплотняющих колонную го ловку, а не обсадную колонну.
Фирма FMC/OCT (Франция) изготовляет фонтанное оборудование для многопластового заканчивания скважин, состоящее из колонной головки, подвески, переводной катушки и двойных тройников с отво дами. Каждая колонна НКТ сообщается самостоятельно с тройником и отводом.
Фирма FMC выпускает также фонтанное оборудование с двумя стволовыми задвижками и двумя задвижками для одноколонной сква жины высокого давления. В США выпускается большое число типо размеров фонтанной арматуры на различные условные проходы и рабо чее давление.
Фонтанная арматура в США унифицирована согласно API Spec 6А с целью сокращения до минимума количества выпускаемых изделий. Для высоких устьевых давлений (75... 105 МПа) фирмы выпускают малога баритную фонтанную арматуру условным проходом 40 мм, предназна ченную для эксплуатации глубоких и сверхглубоких скважин и на ме сторождениях с высоким пластовым давлением (табл. 3.1.3).
|
|
|
Таблица 3 1.3 |
Параметры фонтанной арматуры зарубежных фирм |
|||
Рабочее давление, МПа |
Условный проход, мм |
Тип |
|
14 |
50; 65; 80; 100 |
Крестовая |
|
21 |
|
|
тройниковая |
35 |
|
|
Крестовая V-образмая |
70 |
40; 50; 65; 80; |
100 |
|
105 |
40; 50, 65 |
|
Моноблочная V-образная |
ВAPI Spec 6A приведены следующие основные требования:
кстали: высокое качество отливки, однородность структуры, высо кое сопротивление пластической деформации, равномерность распре деления фаз, повышающих прочность стали, и максимальная стойкость
ккоррозии;
кфонтанной арматуре в целом и комплектующим деталям: абсо
лютная герметичность задвижек и других запорных органов; герметичность фланцевых и хомутовых соединений в течение дли
тельного времени; комплектование фонтанной арматуры для скважин с высоким усть
евым давлением прямоточными запорными органами, а для скважин с нормальным давлением (14 и 21 МПа) - клиновыми задвижками;
комплектование арматуры для коррозионных сред, содержащих се роводород и углекислый газ, деталями из легированных и специальных сталей;
использование унифицированных марок сталей для изготовления тройников, крестовиков, фланцев, вентилей и штуцеров;
ограничение использования крестовиков с малыми углами поворота манифольда (струны);
применение внутренних деталей в арматуре с механически обрабо танными поверхностями.
Фирмы Cameron, Me Evoy (США) и Sereg Schlumberger, Luceat (Франция) и др. изготовляют фонтанную арматуру по типоразмерам и нормам API или придерживаются их.
Выпускаемое устьевое оборудование по API Spec 6А “Оборудование устья скважин” указывается на трафарете знаком “API” Оборудование классифицировано в зависимости от максимального рабочего давления (от 7 до 140 МПа и более), при котором фонтанная арматура может ра ботать.
Предусмотрены нормы испытательных (пробных) давлений для устьевого оборудования скважин в зависимости от максимального ра бочего давления и назначения фонтанной арматуры (табл. 3.1.4). Так, например, фонтанная арматура на рабочее давление 70 МПа преду смотрена на пробное давление 73,2 и 158,2 МПа.
Основные фирмы-поставщики Cameron, Gray Tool Company изго
товляют фонтанную арматуру на рабочее давление от 21 до 140 МПа и 210 МПа.
Согласно API Spec 6А разработаны схемы оборудования устья скважин фонтанной арматурой в зависимости от ожидаемого пластово го давления. Этих схем должны придерживаться подрядные фирмы, вылолняющие буровые работы.
|
|
Таблица 3.1.4 |
|
Нормы испытательных давлений |
|
Максимальное |
Испытательное давление, МПа |
|
рабочее дав |
для арматуры с условным прохо |
для арматуры с условным прохо |
ление, МПа |
дом 355 мм и менее и фланцевыми |
дом 406 мм и более и фланцевы |
|
соединениями 340 мм и менее и |
ми соединениями |
|
резьбовыми соединениями |
|
7 |
14 |
10,5 |
14 |
28,1 |
21,5 |
21 |
42,1 |
36,1 |
35,1 |
70,3 |
70,3 |
70,3 |
73,2 |
73,2 |
73,2 |
158,2 |
- |
140,6 |
210,9 |
- |
Схемы фонтанной арматуры делятся на тройниковую, крестовую и совмещенную типа елки. Арматура может комплектоваться следующим образом:
содним тройником, тремя стволовыми задвижками, из которых две установлены ниже тройника, и двумя задвижками на отводе;
содним тройником и тремя задвижками ниже тройника - для сква жин на суше и море на давление 70... 105 МПа;
ввиде монолитного блока с одним отводом и тремя запорными ор ганами ниже отводной струны;
содним крестовиком V-образного типа, с двумя отводами и двумя задвижками ниже крестовика на рабочее давление 35, 70 и 105 МПа;
содним крестовиком, двумя боковыми отводами по одной линии и двумя стволовыми задвижками - для скважин на суше;
содним крестовиком, совмещенными отводами (не на одной линии)
итремя стволовыми задвижками для заканчивания газовых скважин на суше;
содним крестовиком, одним тройником, тремя струнами и двумя стволовыми задвижками - для высокодебитных скважин на суше.
Впрактике оборудования скважин используются различные схемы фонтанной арматуры с обязательным условием выбора, ее по рабочему давлению.
Для скважин на море преобладают схемы тройникового типа, а для скважин, эксплуатирующихся с платформ и эстакад, - в виде монобло ка и крестовика с V-образным манифольдом.
Фирмы Luceat, FMC/OCT, Me Evoy, Cameron, Sereg Schlumberger и другие изготовляют фонтанную арматуру на давление от 14 до 105 МПа. В
этой арматуре отдельные узлы объединены в один блок: задвижки, |
|
штуцера, тройники и др. |
|
Фирма Cameron объединяет в один блок 4-5 задвижек вместе с дву |
|
мя угловыми регулирующими штуцерами с хомутовыми соединениями |
|
основных узлов вместо фланцевых соединений. Аналогичные соедине |
|
ния использует фирма Gray Tool Company. |
|
Струны направлены в одну сторону для облегчения обвязки, осо |
|
бенно на морских скважинах, где елки крестового типа заменены V- |
|
образными. |
|
Преимуществом V-образной арматуры с хомутовым соединением |
|
является быстрота монтажа (демонтажа) и ремонта. Фирма Gray Tool |
|
Company рекомендует V-образные елки и хомутовое соединение как |
|
надежные, долговечные и компактные. Фирмы FMC/OCT, Cameron, |
|
Sereg Schlumberger изготовляют фонтанную арматуру с V-образной |
|
елкой для эксплуатации скважин под водой. Рабочими струнами служат |
|
верхние V-образные, а нижние на крестовине - резервные. |
|
Фирма Luceat изготовляет фонтанную арматуру из стали Уранус 50 |
|
на давление 14, 21 и 35 МПа. |
|
Фонтанная арматура фирмы Luceat для обвязки грех обсадных ко |
|
лонн и одной насосно-компрессорной диаметром 324x219x139,7x73 мм. |
|
Ранее в Советском Союзе эксплуатировалась арматура фирмы |
|
Luceat на давление 35 и 70 МПа. |
|
Техническая характеристика ф онтанной арм атуры на 36 М П а |
|
Тип .................................................................................................................. |
Крестовая |
Испытательное давление, МПа |
70 |
Рабочая температура, 'С |
От -45 до +45 |
Материал деталей ............................... |
Сталь Уранус 50 |
Диаметр, мм: |
|
центрального прохода ствола елки |
63 |
проходного сечения боковых отводов елки |
......................................50,8 |
Подвеска насосно-компрессорных труб |
Конус с резьбой для труб |
.............................................. |
диаметром 73 мм |
Рабочее давление в колонной головке,МПа |
21 |
Уплотнение межколонных пространств труб диаметром |
|
324*219* 139.7, мм |
Пакер |
Подвеска труб диаметром 219 и140 мм |
Клиновая |
Резьба на колонной головке ................... |
Соответствует ГОСТ 632-80 |
Привод задвижек |
Ручной |
Габариты, мм |
3600*2355*755 |
Масса, кг |
2700 |
Фонтанная арматура состоит из колонной головки с фланцами, кре стовика, верхнего переводника, специального фланца и катушки для
подвески насосно-компрессорных труб. Фирма изготовляет арматуру для различных условий эксплуатации.
Комплект фонтанной арматуры фирмы Luceat состоит из колонной головки и фонтанной арматуры для обвязки обсадных труб диаметром 299x219*139*7x73 мм для газовых скважин, содержащих H2S и С02. Конструкция выполнена из стали Маустинокс C-Помпей. Колонная го ловка С-22 выполнена с резьбой 299 мм. Верхний фланец головки диа метром 305 мм испытывается на рабочее давление 14 МПа. В головке имеются два отверстия с внутренней резьбой 2" Плашки предназначены для захвата обсадных труб диаметром 299*219 мм. Кольцевая прокладка R-57 диаметром 12" выполнена из нержавеющей стали и испытана на давление 14 МПа. Вентили игольчатого типа диаметром 12,5 мм.
Первая промежуточная колонна в колонной головке фирмы Luceat подвешивается на резьбе. Вторая промежуточная и эксплуатационная колонны сажаются на клиновую подвеску.
Колонная головка фирмы Luceat на давление 35 МПа отличается от колонной головки на давление 14 МПа усиленным корпусом.
Важное условие поставки колонных головок - предохранение рабо чих поверхностей фланцев и резьбы от повреждения и засорения. Го ловка в комплекте с насосно-компрессорными трубами до монтажа на устье скважины проверяется на герметичность.
Колонная головка для обвязки труб диаметром 324*219*140 мм по ставляется на рабочее давление 21 МПа. Подвеска труб - клиновая, а уплотнение межколонных пространств - пакерное. Резьба на нижней секции колонной головки 324 мм.
Колонная головка фирмы Breda (Италия) также разработана по принципу клиновой подвески обсадных труб.
Оборудование фирм Luceat, Me Evoy обладает достаточной механи ческой прочностью и мало подвержено растрескиванию в условиях контакта с влажным сероводородом.
Фирма FMC изготовляет фонтанную аппаратуру Juniched (неразъ емного типа) для использования в среде H2S.
В фонтанной арматуре фирмы Sereg Schlumberger предусмотрены центральная стволовая (резервная) задвижка с ручным управлением и задвижка с дистанционным управлением. Крестовик без фланцев, отво ды от крестовика - с двумя задвижками (резервной и рабочей) и регу лируемыми штуцерами. Устанавливается одна буферная задвижка на рабочее давление 70 МПа. Буферная катушка заканчивается вентилем и манометром.
Соединение фланцев колонной головки, задвижек и штуцеров про изводится двусторонней шпилькой, а присоединение фланцев резерв