1. Наземное устьевое оборудование добывающих скважин. Основные узлы фонтанной арматуры. Их назначение.

Фонтанная арматура – это фланцевое соединение разнообразных соединительных устройств, запорных устройств, тройников, крестовин и других.

Фонтанная эксплуатация нефтяных скважин

Главным процессом эксплуатации нефтяных скважин является подъем на поверхность от забоя нефтяной жидкости или природного газа.

Устройство фонтанной арматуры нефтяной скважины

Загрузка ...

 Загрузка …

Происходить этот процесс может и под действием  природной энергии (Wп), которая поступает к забою скважины вместе с жидкостью или  газом, и под действием энергии, которая вводится в скважину с поверхности (Wи).

Смесь нефтяной жидкости и попутного газа, после прохождения по стволу  скважинной колонны, посредством специального устьевого оборудования направляется в специальные устройства, называемые сепараторами, в которых происходит разделение жидкой нефтяной составляющей от растворенного в ней газа, и на  замерные устройства, определяющие количество полученного сырья.

После этого нефть закачивается в трубопроводы промыслового назначения. Чтобы обеспечить продвижение углеводородной смеси по этой трубопроводной системе, в устье скважины необходимо  поддерживать определенное значение давления.

В связи с этим, общая формула энергетического баланса выглядит следующим образом:

W1+W2+W3 = Wп+Wи

Расшифруем незнакомые обозначения:

W1 – это энергия, которая тратится на подъем газожидкостной смеси от забоя до устья скважины;

W2 – энергия, которая расходуется этой смесью в процессе  движения через оборудование устья;

W3 –  энергия, которая уносится газожидкостной струей  пределы скважинного устья.

Если значение Wи равно нулю, то такую эксплуатацию называют фонтанной. Если этот параметр имеет ненулевое значение, то говорят о механизированной нефтедобыче.

Передача энергии Wи производится либо посредством воздуха или сжатого газа, либо при помощи насосного оборудования. Первый способ называют газлифтным, а второй – насосным.

Фонтанирование нефтяной скважины, которое обеспечивается только  гидростатическим давлением продуктивного пласта (Рпл), на практике при эксплуатации скважин нефтяных промыслов встречается редко. Чаще всего вместе с жидкой нефтью в продуктивном слое присутствует пластовый газ, который играет основную роль в процессе фонтанирования горной выработки.

Это утверждение верно  и для тех месторождений, на которых явно выражен водонапорный режим. Такой режим характеризуется содержанием в нефти находящегося в растворенном состоянии газа,  и этот газ в пределах продуктивного пласта из жидкости не выделяется.

Пластовый газ выполняет сразу две функции: во-первых, выталкивает нефть из пласта; а во-вторых – поднимает её по трубной колонне.

Функции фонтанной арматуры

Оборудование используют:

  • Когда проводится герметизация скважины.
  • Когда обеспечивается отвод продукции.
  • При необходимости регулирования дебита скважины, то есть ее производительности в единицу времени.
  • Когда необходим доступ к забою скважины.
  • Когда проводятся технологические работы, различные операции по забору проб из межтрубного пространства без остановки производственного процесса, по изменению показателей температуры и давления.

Можно определить задачи оборудования следующим образом:

  1. Удержание насосно-компрессорных труб, опускаемых под землю, в подвешенном виде.
  2. Герметизация затрубного, межтрубного пространства.
  3. Управление режимами работы скважины для ее непрерывного, равномерного, эффективного функционирования.
  4. Контрольные функции, связанные с измерительными процедурами, выявлением показателей работы скважины.

Арматура работает под большими нагрузками, связанными с избыточным давлением, с наличием агрессивных сред при добыче основного компонента. Другие факторы, способствующие задействованию оборудования – абразивные нагрузки. Они проявляются, когда вода содержит большое число примесей разных пород.
Эти задачи, которые решаются с применением фонтанной арматуры предъявляют к ней повышенные требования с точки зрения прочности, износостойкости материалов и узлов, из которых она изготовлена.

Требования закреплены в нормативных документах типа ГОСТ и ТУ, где фиксируются основные характеристики, параметры оборудования.

Фонтанная арматура для нефтяных и газовых скважин

Пробуренные скважины эксплуатационного назначения  оборудуются забойной (находящейся в зоне нефтегазоносного пласта) и устьевой арматурой, которая располагается на поверхности.

Устройство фонтанной арматуры нефтяной скважины

На фото – трубная обвязка фонтанной арматуры

Когда структура продуктивного пласта представлена горными породами с достаточно высокой прочностью, как правило,  применяется так называемый  “открытый” забой. В таких случаях  эксплуатационную колонну доводят  до верхней границы разрабатываемого пласта, а затем сам пласт вскрывают на полную мощность.

Если же горные  породы, составляющие продуктивный пласт, являются рыхлыми и  неустойчивыми, то в таких случаях забой укрепляется обсадными трубами с дополнительным укреплением (при помощи цементирования) затрубной области. Нефтяной приток  в скважину обеспечивается с помощью перфорации (пробивки отверстий) в обсадной трубе и цементном кольце, которые расположены  на продуктивном горизонте  (как правило, перфорируют из расчета десять отверстий на одном метре).

Правила эксплуатации скважин фонтанного типа требуют обеспечения герметичности их устья, организацию разобщения межтрубных  пространств, организацию переправки получаемой  продукции  на сборные  пункты, а также обеспечение возможности (в случае возникновения такой необходимости) полностью закрыть скважину под давлением. Для выполнения всех перечисленных выше требований на устье скважины с фонтанирующего типа ставится колонная головка и фонтанная арматура, оборудованная  манифольдом.

Вообще оборудование любых скважин (не только фонтанных) должно обеспечить заданный режим отбора продукции  и давать возможность проводить необходимые технологические операции по выполнению требований по охране недр, экологии окружающей среды, а также максимально снижать риск возникновения аварийных ситуаций.

Как мы уже сказали выше, такое оборудование делится на два вида:

  • подземное (скважинное);
  • устьевое (наземного расположения).

Наземным оборудованием является фонтанная арматура и трубопроводная система (манифольд).

Фонтанная  арматура ставится на колонную головку устья. Такая арматура должна отвечать всем требованиям  ГОСТ-а номер 13846-89.

Виды фонтанных арматур различаются по своим прочностным характеристикам и  конструктивным особенностям, которые отражаются в шифре этого оборудования.

Фонтанная арматура состоит из трубной обвязки (головки) и так называемой  фонтанной елки, оборудованной регулирующими и  запорными устройствами.

Трубная обвязка представляет собой устанавливаемую на колонную обвязку часть арматуры, которая предназначена для:

Полезная информация
1 обвязки на скважине одного или двух трубопроводов
2 управления потоком поступающей продукции и контроля за ним в междутрубном пространстве

Верхний конец скважинного трубопровода крепится с помощью  катушки-трубодержателя, которая ставится на трубной головке. Возможно крепление такого трубопровода  посредством муфты-трубодержателя, которая закрепляется в корпусе трубной головки.

Устройство фонтанной арматуры нефтяной скважины

Рабочее давление такой арматуры может быть 14-ть, 21-н, 35-ть, 70-ть, 105-ть и 140-к мегапаскаль. Сечение ствола варьируется от 50-ти до 150-ти миллиметров.

Конструкция фонтанной елки может быть тройниковой и крестовой. По критерию количества  рядов спускаемых труб арматуру делят на одно- и двухрядную. Она может быть оборудована как задвижками, так и кранами.

Фонтанная арматура должна обеспечивать возможность замерять  давление на верхнем елочном буфере, а также измерять температуру и давления скважинной среды в районе буфера бокового елочного отвода и на трубной головке. Стандарты предусматривают производство фонтанных арматур блочного типа и возможность  доукомплектования (в случая необходимости) такой арматуры предохранительными автоматическими устройствами и другим оборудованием с дистанционным  управлением.

Фонтанная елка устанавливается на трубную обвязку. Её основное назначение – регулирование потока среды и контроль за ним в самом  скважинном трубопроводе, а также перенаправление этого потока в систему   промысловых трубопроводов.

Если скважина оборудуется двумя  колоннами насосно-компрессорных труб (НКТ) концентрического типа (двухрядный подъемник), то трубы больших диаметров подвешивают с помощью резьбового соединения на нижний тройник или крестовину, которые должны герметично закрывать затрубное пространство. Трубы меньших диаметров подвешивают на резьбу стволовой катушки (проводника), которые размещаются над тройником или крестовиной.

Типовая схема устройства фонтанной елки предусматривает установку или  одного – двух тройников (одно- или двухъярусный тип арматуры), или  установку крестовины (арматура крестового типа).

Применение двухструнной крестовой или тройниковой елочной  конструкции целесообразно тогда, когда остановка скважины в процессе её эксплуатации является  нежелательной. В качестве рабочей используется либо верхняя, либо  любая из  боковых струн, а запорное устройство, расположенное  первым от ствола является запасным.

Сверху на елку устанавливается  колпак (буфер), оборудованный  манометром и трехходовым краном. При необходимости произвести в работающую скважину спуск  какого-либо прибора или устройства,  вместо колпака ставят  лубрикатор.

Монтаж и демонтаж устьевой фонтанной арматуры выполняется с помощью  автомобильных кранов или при помощи  других подъемных механизмов.

Запорные устройства, используемые на такой арматуре, бывают трех типов:

  • пробковый кран (со смазкой);
  • прямоточная задвижка типа ЗМ или ЗМС (со смазкой), оборудованная   однопластинчатым шибером;
  • задвижка ЗМАД , оборудованная  двухпластинчатым шибером.

Задвижки ЗМС и ЗМАД выпускают в двух модификациях – с ручным или с пневматическим приводом. При любом способе эксплуатации нефтяных и газовых скважин (в том числе – при фонтанном),  подъем добываемого сырья на поверхность осуществляется через специальные насосно-компрессорные трубы (НКТ), которые спускают в скважину перед началом ей эксплуатации.

Спуск этих труб в скважины фонтанного типа происходит до уровня фильтра эксплуатационной колонны.

Устройство фонтанной арматуры нефтяной скважины

ГОСТ номер 633-80 предусматривает использование НКТ следующих условных  внешних диаметров: 27-мь, 33-и, 42-а, 48-мь, 60-т, 73-и, 89-ть, 102-а и 114-ть миллиметров. Толщина стенок таких труб по ГОСТ варьируется  от трех  до семи миллиметров, а их длина – от  пяти до десяти метров. НКТ изготавливаются бесшовными, из марок сталей, которые обладают   высокими механическими характеристиками.

Резьба на такие трубы нарезается с обоих концов, чтобы обеспечить надежное муфтовое соединение. В случае необходимости НКТ изготавливают из алюминиевого сплава  Д16. В некоторых случаях применяются неметаллические трубы из фибергласса,  а также гибкие (безрезьбовые) насосно-компрессорные трубы, выпускаемые в виде барабанов общей длиной  до шести километров.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your <a href=»/youtube/v3/getting-started#quota»>quota</a>.

Список используемой литературы:

  • Нефть — Википедия
  • ἔλαιον. Liddell, Henry George; Scott, Robert; A Greek–English Lexicon at the Perseus Project.
  • Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
  • Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.
  • Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.

Назначение фонтанной арматуры

Фонтанная арматура, прежде всего, предназначена для придания герметичности устью скважины, а так же для контроля работы последней. Фонтанная арматура несет в себе выполнение следующих задач:

  • Удержание в подвешенном состоянии насосно-компрессорных труб, которые опущены в скважину
  • Герметизация труб, затрубного пространства
  • Фонтанная арматура обеспечивает управление рабочими режимами скважины, работу скважины в непрерывном режиме
  • Контроль над состоянием, измерение параметров, скважины, как во внутренней части, так и внешней.

Технические требования к конструкции

Монтаж и демонтаж фонтанной арматурыВ ГОСТ 13846–89 определил, что фонтанная арматура предназначена для выполнения герметизации скважин, перекрывания движения рабочей среды и выполнения других технологических процедур. В соответствии с нормативами, регламентированными в ГОСТ 15150–69 эти устройства, могут работать при температурах от -60 до +40 градусов.

В ГОСТ 51365–2009 определяет технические условия и требования к указанной арматуре. Проектировщики, занимающиеся конструированием оборудования должны руководствоваться требованиями этого документа.

Международные стандартные спецификации на фонтанное оборудование

Требования к арматуре фонтанного типа, которые зафиксированы в международных стандартах API 6A. Они затрагивают основные параметры оборудования, узлов и конструкций, касаются материала, из которых произведены. Также описывают рабочие характеристики, размеры, возможности взаимозамен составных частей, материалы, особенности сварочного процесса при изготовлении.
Отдельные блоки касаются испытаний, инспекции, ремонтных и восстановительных работ, транспортировки, закупки и других разделов.

В них перечисляются узлы и устройства, регулируемые стандартом. Среди них:

  • Корпус и катушки головок обсадных и насосно-компрессорных колонн. Многоступенчатые корпуса.
  • Различные соединители, а также фитинги.
  • Подвески колонн: обсадной, насосно-компрессорной.
  • Варианты дроссельных и клапанных устройств, штуцеров.
  • Концевые и сварные соединители.
  • Другие виды узлов: приводы, кольцевые прокладки, сменные вкладыши и др.

Стандарт определяет уровни спецификации изделий PSL. Они касаются стальных бурильных труб, определяют различия разных типов трубопрокатных изделий по ряду признаков. Эти признаки сводятся к

  • Различию по химическому составу.
  • Разным механическим характеристикам.
  • Разнице способов и методов производства.
  • Разным вариантам при осмотре и выявлении дефектов, а также при проведении ремонтных работ.
  • Различиям в сертификации.

Фонтанную арматуру относят к виду производственных изделий, которые имеют определенное целевое назначение. Она рассматривается как оборудование непрерывного использования.
Существует возможность восстановительных работ после отказа оборудования, оно отличается хорошей ремонтопригодностью.
Обслуживание рекомендуется проводить у одного оператора, который будет проверять и контролировать его на этапе подготовки к работе.
Период работы арматуры в среднем 15 лет. Отказ оборудования проявляется в следующих вариантах:

  1. Теряется герметичность запорных блоков.
  2. Нарушается герметичность разъемных соединений, причем от нее не удается избавиться с помощью подтягивания.
  3. Ломаются, выходят из строя компоненты оборудования. Это влечет за собой их демонтаж, замену на новые исправные детали и узлы.

Эти нарушения требуют проведения ремонтных работ до полного восстановления рабочих характеристик.

виды фонтанной арматуры

4 Особенности дросселирующих устройств нефтегазовых скважин

На запасных и рабочих выкидных линиях, как было сказано, монтируются штуцеры (дроссели). Они образуют гидравлические локальные сопротивления потоку добываемой продукции и требуются для корректирования режима функционирования скважины. Штуцеры делят на:

  • нерегулируемые:
  • регулируемые.

На фото - регулируемый дроссель фонтанной арматуры, sngcentr.ru

Самым простым нерегулируемым штуцерным устройством является 10-миллиметровый диск из стали (подходит и низколегированная, и высоколегированная сталь), который размещается между фланцами. Подобный дроссель располагает в своем центре отверстием сечением в пределах 3–35 миллиметров. Выбираемое для каждого конкретного случая сечение позволяет скважине и арматуре работать в заданном технологическом режиме.

Фото нерегулируемого дросселя фонтанной арматуры, sibngm.ru

Дроссели регулируемого типа похожи на обычный вентиль. Их проходной диаметр можно изменять по мере необходимости при помощи наконечника, которые посредством перемещения маховика отдаляется от втулки либо приближается к ней. Регулируемые штуцеры эксплуатируются при нагрузке не более 70 МПа. Применяются они реже, чем нерегулируемые, так как срок эксплуатации регулируемых устройств очень мал (если из скважины вместе с нефтью или газом подается материал высокого абразивного уровня, они сразу же выходят из строя).

Маркировка арматуры

Для маркировки этого типа продукции применяют буквенно-цифровые сокращения, которые обозначают следующим образом АФХ или АФКХ, где АФ говорит о типе арматуры, в этом случае арматура фонтанная, буква «К» сообщает о методе подвески трубопровода. Буква Х (от 1 до 6) показывает на схему в соответствии с ГОСТ 13846–84 . Кроме того, в маркировке изделия могут быть указаны численные параметры, показывающие рабочий диаметр и давление, климатическое исполнение и некоторые другие, в частности, класс коррозионной стойкости.

Использование устройств

Устьевая арматура используется не только для работы с нефтепроводом. Ее можно также успешно использовать, чтобы проводить исследования глубинного назначения, к примеру. Еще один вариант ее использования — это регулировка отбора жидкости. Все эти примеры достаточно наглядно показывают, что использование устьевой арматуры является неотъемлемой частью нефтедобычи.

Важно добавить, что выбор таких приспособлений осуществляется по специальным критериям, а также все они отличаются тем, что качество их производства очень высоко, как и производительность. К примеру, рабочий диапазон температуры, при котором устьевая арматура способна отлично выполнять свои функции, находится в районе от -60 до +40 градусов по Цельсию. Другими словами, использовать их можно практически в любом климате.

Конструкция устьевой арматуры

Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

В процессе эксплуатации нефтяной или газовой скважины выполняют установку конструкции. Для присоединения используют колонные головки. Отверстия, расположенные в верхнем фланце, позволяют фиксировать детали с разными типоразмерами. Процесс установки оборудования выполняют в несколько шагов.

Технические требования к конструкции  фонтанной арматуры

В пространство между фланцами укладывают прокладку, выполненную из малоуглеродистой стали и имеющей овальную форму. С помощью элеватора колонну труб опускают на место установки. После этого трубы собирают между собой с помощью резьбовых соединений. Кстати, резьбу перед сборкой имеет смысл покрыть защитной смазкой. После окончания сборки установки необходимо провести ее опрессовку.

Ремонт этого оборудования необходимо выполнять только на специальных предприятия. Перед тем как отправить ее в ремонт, установка должна быть разобрана. Елку надо промыть и в это время провести обследование оставшихся компонентов.

Фонтанная арматура и схема ее обвязки, конструируется так, что бы она могла защитить окружающую среду от воздействия на нее рабочей среды, подаваемой в трубопроводной системе.

1. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

1. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

1.1. Типовые схемы фонтанных елок должны соответствовать приведенным на черт.1, нагнетательных елок — на черт.2.

Черт.1. Типовые схемы фонтанных елок

Типовые схемы фонтанных елок

1 — переводник к трубной головке; 2 — тройник; 3 — запорное устройство; 4 — манометр с запорно-разрядным устройством; 5 — дроссель; 6 — ответный фланец; 7 — крестовина

Черт.1

Черт.2. Типовые схемы нагнетательных елок

Типовые схемы нагнетательных елок

Схема 1 (тройниковая) Схема 2 (крестовая)

1 — переводник к трубной головке; 2 — тройник; 3 — запорное устройство; 4 — манометр с запорно-разрядным устройством;5 — обратный клапан; 6 — ответный фланец; 7 — крестовина

Черт.2

1.2. Типовые схемы трубных обвязок фонтанных и нагнетательных арматур должны соответствовать приведенным на черт.3.

Черт.3. Типовые схемы трубных обвязок фонтанных и нагнетательных арматур

Типовые схемы трубных обвязок фонтанных арматур

нагнетательных арматур

1 — ответный фланец; 2 — запорное устройство; 3 — трубная головка; 4 — манометр с запорно-разрядным устройством; 5 — быстросборное соединение

Черт.3

1.3. Типовые схемы устьевых арматур должны составляться сочетанием типовых схем устьевых елок с трубными обвязками. Примеры типовых схем фонтанных арматур приведены на черт.4, нагнетательных арматур — на черт.5

Черт.4. Схемы фонтанных арматур

1 — фонтанная елка (черт.1); 2 — трубная обвязка (черт.3)

Черт.4

Черт.5. Схемы нагнетательных арматур

1 — нагнетательная елка (черт.2); 2 — трубная обвязка (черт.3)

Черт.5

1.4. Основные параметры фонтанных арматур должны соответствовать указанным в табл.1.

Таблица 1

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

1.5. Основные параметры нагнетательных арматур должны соответствовать указанным в табл.2.

Таблица 2

Условный проход, мм Рабочее давление, МПа
ствола елки боковых отводов елки боковых отводов трубной головки
50 50 50 14, 21, 35
65 50, 65 50, 65
80 65, 80 21, 35

1.6. Условные обозначения устьевых елок и арматур должны состоять из наименования, шифра, построенного по схеме приложения 1, и обозначения нормативно-технического документа на поставку. Примеры условных обозначений Фонтанной арматуры с подвешиванием скважинного трубопровода в трубной головке, с фонтанной елкой по типовой схеме 6, с автоматическим управлением, с условным проходом ствола 80 мм и боковых отводов 65 мм, на рабочее давление 70 МПа:

Арматура фонтанная АФ6А-80/65х70 ГОСТ 13846-89

Елки с подвешиванием скважинного трубопровода в переводнике к трубной головке (катушке-трубодержателе), выполненной по типовой схеме 2, с ручным управлением, с условным проходом ствола 65 мм, боковых отводов 50 мм, на рабочее давление 35 МПа, коррозионностойкого исполнения К2:

Елка фонтанная ЕФК2-65/50х35К2 ГОСТ 13846-89

Нагнетательной арматуры с подвешиванием скважинного трубопровода в переводнике к трубной головке, выполненной по типовой схеме 1, с ручным управлением, с условным проходом ствола и боковых отводов 65 мм, на рабочее давление 21 МПа:

Арматура нагнетательная АНК1-65х21 ГОСТ 13846-89

То же, с двумя трубными головками по черт.4б:

Арматура нагнетательная AHK1a-65х21 ГОСТ 13846-89

Нагнетательной елки с теми же параметрами и назначением:

Елка нагнетательная ЕНК1-65х21 ГОСТ 13846-89

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки