Фонтанная арматура АФК6-15010035ХЛ

Спроектировать устьевое оборудование для фонтанных скважин, при следующих условиях: давление рабочее Р = 35 МПА; дебит скважины Q = 280 т/сутки; плотность фонтанирующей жидкости ρ = 860 кг/м3 .
Фонтанная арматура, предназначена для оборудования устья фонтанирующей скважины, обеспечивает подвеску насосно-компрессорных труб, герметизацию межтрубного пространства, регулировку режима работы скважины с помощью дросселей, отвод продукции скважины в манифольд и промысловую сеть, контроль состояния затрубного пространства и давления в основном стволе арматуры с помощью манометров.
Условия работы арматуры фонтанных скважин в большинстве случаев таковы, что для обеспечения безаварийной и долговечной работы оборудования необходим тщательный выбор его схем, конструкций узлов и материалов деталей. Давление в фонтанирующих скважинах может подниматься до 100 МПА, причем оно изменяется, пульсирует. Скорость движения выходящей из скважины смеси жидкости, газа и механических примесей в некоторых частях арматуры достигает нескольких десятков метров в секунду. Жидкость и газ часто агрессивны и вызывают интенсивную коррозию арматуры. Аварии с арматурой, установленной на скважинах, приводят к открытому фонтанированию, а иногда к выбросам труб и пожарам. Ликвидация таких аварий требует больших затрат и времени. С другой стороны, масса и стоимость арматуры, устанавливаемой на одной скважине, велики. Так, например, масса комплекта арматуры на 21 МПА для двухрядного подъемника около 3 т. при выборе и разработке арматуры необходимо это учитывать.
Фонтанную арматуру (рис. 1) изготавливают (ГОСТ 13846-74) по различным схемам на рабочее давление 7, 14, 21, 35, 70 и 105 МПА.

2. Конструкция фонтанной арматуры.

Фонтанная арматура, состоящая из трубной головки и елки - основных её узлов, устанавливается на верхний фланец колонной головки скважины.
Трубная головка предназначена для одного или двух рядов подъемных труб, их герметизации, а также позволяет выполнять технологические операции при освоении, эксплуатации и ремонте скважин. Колонны подъемных труб подвешивают к трубной головке на резьбе либо на муфте. В первом случае при однорядной конструкции лифта трубы подвешивают на ствольной катушке; при двухрядной внутренний ряд труб – на ствольной катушке, а наружный - тройнике трубной головки.
Во втором случае при однорядной конструкции лифта, трубы подвешивают на муфтовой подвеске, устанавливаемой в крестовике трубной головки; при двухрядной для внутреннего ряда труб муфтовую подвеску устанавливают в тройнике трубной головки, а для наружного – в крестовике.
Фонтанная ёлка фонтанная елка предназначена для направления потока продукции через манифольд и выкидную линию на замерную установку, для регулирования режима эксплуатации и работой скважины путем спуска глубинных приборов.
Ёлка арматуры выполняется тройниковой – одно - или двухструнной либо крестовой – двухструнной. Тройниковую арматуру с двухструнной ёлкой рекомендуют для скважин, в продукции которых содержатся механические примеси.
Крестовая и тройниковая однострунные арматуры предназначены для скважин, в продукции которых нет механических примесей. В тройниковой двухструнной арматуре рабочая струна – верхняя, а крестовой может быть любая. Запасные струны используют при смене штуцера или запорного устройства.
Арматуру выбирают по необходимому рабочему давлению и схеме (тройниковая или крестовая) с учетом подвески одного или двух рядов насосно-компрессорных труб.
На заводе-изготовителе фонтанную арматуру подвергают пробному гидравлическому испытанию, при котором для арматуры, рассчитанной на рабочее давление до70 МПА и выше Рисп=1,5 Рр.
Фонтанная арматура с выкидной линией соединяется манфольдом, который включает запорные и предохранительные устройства, тройники и другие элементы. Запорные устройства в фонтанной арматуре применяют двух типов: прямоточные задвижки с уплотнительной смазкой и пробковые краны.
В зависимости от условий эксплуатации арматуру изготавливают для не коррозийных и коррозийных сред, а также для холодной климатической зоны.

3. Обозначение фонтанной арматуры

Шифр фонтанной арматуры в зависимости от её схем, конструкции, способа управления задвижками, условного прохода, давления, климатического исполнения и коррозионностойкости может включать от девяти и более буквенных и цифровых обозначений.
Полный шифр фонтанной арматуры (ГОСТ 13846-84) условно представляется в виде

АФХ1Х2Х3 – Х4×Х5Х6Х7,

где
А – арматура;
Ф – фонтанная;
Х1 – конструктивное исполнение:
с фланцевыми соединениями – без обозначения (наиболее распространенное); подвеска подъемной колонны на резьбе переводника трубной головки – К; ); подвеска подъемной колонны на муфте в трубной головке – без обозначения; для эксплуатации скважин УЭЦН – Э;
Х2 – номер схемы арматуры: при двухрядной концентричной подвеске к
номеру схемы добавляется буква «а»;
Х3 – способ управления задвижками:
вручную – без обозначения; дистанционно и автоматически – В;
автоматически – А;
Х4 – условный проход в мм по ГОСТ 13846-74.
Когда условные проходы ствола ёлки и ёе боковых труб отличаются, цифровое обозначение указывается через дробь;
Х5 – рабочее давление в МПА;
Х6 – климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69:
для умеренной климатической зоны – без обозначения;
для умеренной и холодной климатических зон – ХЛ;
Х7 – исполнение по коррозионной стойкости;
для обычных сред – без обозначения; для сред содержащих:
до 6 % СО2 – К1;
до 6 % H2S и СО2 – К2;
до 25 % H2S и СО2 – К3.
Пример. Фонтанная арматура на рабочее давление 70 МПА (рис. 1)изготавливается по схеме 6 ГОСТ 13846-84.В качестве запорного устройства применяются прямоточные задвижки ЗМАД и ЗМАДП с двухпластинчатым шибером, с уплотнением «металл по металлу», с автоматической подачей масла в затвор.

В данной курсовом проекте предлагалось спроектировать устьевое оборудование при фонтанной эксплуатации скважины. Для этого было рассмотрено устьевое оборудование, методика его выбора в зависимости от заданных условий. Был проведен анализ надежности, по результатам которого обнаружено самое слабое место фонтанной арматуры. Так же был проведён патентно-информационный обзор, в результате которого было выбрано штуцерное устройство, повышающее надёжность фонтанной арматуры и одновременно упрощающее её конструкцию (АС № 1804165 А1). Это устройство было применено к прототипу фонтанной арматуры АФК6-150/100*35ХЛ. Были проведены проверочные расчёты (расчёт фланцевого соединения), которые показали возможность работы фонтанной арматуры после модернизации. Так же были проведены расчеты на надёжность и технологичность конструкции. Расчёт на надёжность позволил спрогнозировать вероятность безотказности работы фонтанной арматуры в течении 7500 часов. Расчёт на технологичность показал преимущества нового изделия по сравнению с аналогом, так как удельная материалоёмкость нового устройства сократилась в 0,48 раз.
К прототипу фонтанной арматуры, применим техническое решение на основании патента № 1804165 А1 с целью повышения надежности работы устройства при одновременном упрощение его конструкции и уменьшении габаритных размеров для обеспечения возможности применения в серийно выпускаемой фонтанной арматуре.
Эксплуатация скважин требует работы на различных режимах. Данное устройство позволит упростить переход с одного режима работы скважины на другой, без значительного изменения конструкции.