Фонтанная арматура на рабочее давление 80 мпа

Тип подвески: в муфтовой подвеске трубной головки – без обозначе-ния,
на резьбе переводника трубной головки – К, подводное исполнение – П, блоч-ное– Б, с хомутовыми соединениями – Х.
Вид управления: ручное – без обозначения, дистанционное – Д, автома-тическое с отсекателем – А, дистанционное с отсекателем – В.
Исполнение по коррозионности: обычное – без обозначения, при со-держании СО2 до 6% - К1, СО2 и Н2S до 6% - К2, Н2S до 6% - К3, СО2 и Н2S, но с обязательным применением ингибитора – К2И.
Климатическая зона применения: умеренная – без обозначения, холод-ная – ХЛ.
Пример обозначения: АФ – 80/65 21 К2ИХЛ – арматура фонтанная (тип подвески) (схема монтажа) (вид управления) – (диаметр проходного от-верстия ствола) / (диаметр проходного отверстия отвода) (рабочее давление) (исполнение по коррозионности) (климатическая зона применения).
Стандартом предусмотрено несколько схем, составляющих две группы арматур, на базе использования тройников и на базе крестовин.
Крестовая арматура для скважин, не содержащих абразив, применяется для средних и высоких давлений. Преимуществом крестовой арматуры являет-ся её меньшая высота, недостаток – необходимость при замене крестовика или задвижек, присоединённым к боковым отводам, закрывать центральную за-движку и тем самым останавливать добычу. Крестовая арматура показана на рисунке 1, тройниковая на рисунке 2.
Фонтанная арматура состоит из трубной головки и ёлки, являющихся её основными узлами. Устанавливают её на верхний фланец колонной головки скважины.
Трубная головка предназначена для подвески одного или двух рядов подъёмных труб. Колонны подъёмных труб подвешивают к трубной головке на резьбе, либо на муфте. При однорядной конструкции лифта трубы на резь-бе подвешивают на стволовой катушке; при двухрядной конструкции внутрен-ний ряд подвешивают на стволовой катушке, а наружный – на тройнике труб-ной головки. При муфтовой подвеске при однорядной конструкции лифта тру-бы подвешивают на муфтовой подвеске, устанавливаемой в крестовине труб-ной головки; при двухрядной конструкции для внутреннего ряда труб муфто-вую подвеску устанавливают в тройнике трубной головки.
Ёлка арматуры выполняется тройниковой – однострунной или двух-струнной, либо крестовой двухструнной. Тройниковую арматуру с двухструн-ной ёлкой рекомендуют использовать для скважин в продукции, которых со-держатся механические примеси. Крестовую и тройниковую одноступенчатые арматуры – для скважин, в продукции которых нет механических примесей. В тройниковой двухструнной арматуре рабочей является струна, а в крестовой может быть любая из струн ёлки. По запасным струнам продукции из скважин направляют в том случае, когда меняют штуцер или запорное устройство.
Фонтанная арматура с выкидной линией соединяется манифольдом. Схема манифольда показана на рисунке 3.
Запорные устройства в фонтанной арматуре применяются двух типов: прямоточные задвижки с уплотнительной смазкой и пробковые краны. Прямо-точная задвижка ЗМАД показана на рисунке 4.
В зависимости от условий эксплуатации фонтанную арматуру изготав-ливают для сред некоррозионных, коррозионных и для холодной климатиче-ской зоны. Регулирующие устройства предназначены для регулирования ре-жима работы нефтя- ных и газовых скважин, осуществляемого дросселирова-нием потока рабочей среды изменением площади кольцевого прохода.
Манифольды фонтанной арматуры предназначены для соединения вы-кидов арматуры с трубопроводами замерной установки. Запорными устрой-ствами манифольдов служат пробковые краны или задвижки, применяемые в фонтанной арматуре.
В процессе эксплуатации скважин возможны загрязнения внутренних проходов манифольда механическими примесями или кристаллогидратами, при этом давление может достичь рабочего давления в скважине или превы-сить его. Для предотвращения возможной перегрузки фонтанной арматуры и манифольда, рабочая и запасная выкидные линии оснащаются предохрани-тельными клапанами.
Фонтанные ёлки производятся в стандартном исполнении, для серово-дорода и двуокиси углерода с сероводородом по нормативам NACE в расчёте на температуру окружающего воздуха до – 450 С (по специальному заказу до -600 С).
Фонтанные ёлки снабжены одной или двумя задвижками на вертикаль-ной колонне, одной или двумя задвижками на вертикальной колонне, одной или двумя задвижками на отводных линиях и нерегулируемыми и регулируе-мыми дросселями, изготовленными из устойчивого к абразивному изнашива-нию и коррозии материала.

1.5 Особенности конструктивной схемы и основные причины отказа в работе фонтанной арматуры

Под надёжностью понимается свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способ-ность выполнять требуемую функцию в заданных режимах и условиях приме-нения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки. Надёжность в зависимости от назначения объекта условий применения обу-славливается сочетанием следующих свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Безотказность – свойство объекта сохранять работоспособность состоя-ние в течение некоторого времени.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состоя-ние до наступления предельного состояние до наступления предельного состо-яния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Пре-дельное состояние – состояние, при котором его дальнейшее применение по назначению нецелесообразно.
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособ-ленности и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния проведением технического обслуживания и ремонтов.
Сохраняемость – свойство объектов сохранять значения показателей безотказности, долговечности и работоспособности.
Надёжность фонтанной арматуры определяется в основном работоспо-собностью и долговечностью задвижек, установленных на верхней струне, на долю которых приходится большее количество отказов. Меньше на надёж-ность влияют стволовые задвижки, так как они меньше открываются и закры-ваются, так как используются в аварийных ситуациях или при проведении раз-личных технологических операций.
Аварии с арматурой, установленной на скважинах, приводят к откры-тому фонтанированию, а иногда к выбросу труб.
Именно в фонтанной арматуре фонтанирующих скважин наблюдается наиболее сложные условия эксплуатации запорных устройств. Оборудование, контактирующее с пластовой жидкостью, газом или конденсатом находится под воздействием высокого давления, и пропускают через себя до нескольких тысяч тонн пластовой жидкости или миллионов кубометров газа, часто содер-жащих агрессивные среды (сероводород и углекислый газ), абразив, сильно минерализованную воду. Иногда температура пластовой жидкости достигает 200...2500 С, а температура окружающей среды на Севере, например, опуска-ется до -500 С. Нередки случаи, когда перечисленные условия характерны для одного месторождения. Наиболее интенсивное разрушение деталей фонтанной арматуры, манифольда и запорных устройств возникают при сероводородной коррозии, приводящей к сульфидному растрескиванию стали из-за водородно-го охрупчивания. С увеличением прочности и твердости металла, с ростом действующих в сечении напряжений, особенно переменных, скорость коррозии увеличивается. Стали с высоким содержанием углерода корригируют быстрее, чем стали с низким. Поэтому для изготовления в антикоррозионном исполне-нии по отношению к сероводороду применяются, стали с небольшим содержа-нием углерода (0,05...0,22%), а нагрузки на изделие не должны приводить к большим напряжениям. Особый эффект дает легирование стали хромом, нике-лем, молибденом.
Интенсивную коррозию металла вызывает углекислый газ, с которым добывается все большее количество нефти и газа. Наилучший способ ее преду-преждения – нанесения специальных покрытий и легирование.
Интенсивность сероводородной и углекислотной коррозии возрастает с увеличением влажности. В отсутствии влаги коррозия вообще прекращается.
Поэтому важнейшим средством предотвращения коррозии являются ингибиторы – вещества, создающие на поверхности металла прочную пленку, исключающую контакт агрессивной среды и влаги с металлом. В случаях раз-работки месторождений с высоким содержанием и сероводорода и углекислого газа даже высоколегированные стали, подвергаются коррозии, и лишь ингиби-рование может устранить коррозии среды.
Скорость коррозии возрастает с увеличением давления, влажности, температуры, скорости движения среды и действующих напряжений в металле. Поэтому в экстремальных случаях конструкция оборудования и режим его эксплуатации должны иметь также параметры и характеристики, которые поз-воляли бы уменьшать значения этих величин.

1.6 Патентные исследования

В фонтанной арматуре наиболее ответственными деталями являются за-движки. Повышение надежности и упрощение конструкции задвижек – одна из основных задач исследовательских работ, работ конструкторов устьевого обо-рудования. Некоторые разработки задвижек даны в таблице 2.

1.7 Выводы по пунктам 1.3 – 1.6

Фонтанная арматура является основным оборудованием фонтанных сква-
жин, состоит из двух главных частей: ёлки и трубной головки. Запорные устройства в фонтанной арматуре работают в наиболее сложных условиях: контакт с пластовой жидкостью, содержащей агрессивные среды (сероводород и углекислый газ), абразив.
Для соединения выкидов арматуры с трубопроводами замерной уста-новки применяют манифольды.
Для работы под давлением 80 МПа используется арматура, выполнен-ная по крестовой схеме.

1.1 Анализ функционального назначения и область применения фон-танной арматуры

Фонтанная арматура, для оборудования фонтанирующей скважины, обеспечивает подвеску насосно-компрессорных труб, герметизацию межтруб-ного пространства, регулировку режима работы скважины с помощью дроссе-лей, отвод продукции скважины в манифольд и промысловую сеть, контроль состояния затрубного пространства и давления в основном стволе арматуры с помощью манометров.
Современная крановая фонтанная арматура – результат многолетних работ конструкторов и изготовителей по совершенствованию этого вида экс-плуатационной скважины.
Необходимость в фонтанной арматуре возникла в связи с началом при-менения подъёмника и устройств для регулировки расхода (дебита) жидкости или газа фонтанной скважины с помощью дросселей, получивших название штуцеры, а также для контроля движения жидкости или газа в подъёмнике на устье (буфере) скважины. Для этого сначала применялась простейшая фонтан-ная арматура, включающая тройник, запорное устройство, вентиль, манометр, штуцер. Запорное устройство использовалось при смене штуцера. Необходи-мость смены штуцера без остановки скважины привела к появлению арматуры с двумя выкидными линиями. Эта арматура состоит из трёх тройников и трёх запорных устройств и штуцеров, сочетания которых начали называть фонтан-ной ёлкой. Необходимость в контроле давления жидкости в межтрубном про-странстве в более удобной и надёжной системе подъёмника привела к дополне-нию фонтанной арматуры узлом, состоящим из тройника, запорного устрой-ства, вентиля и манометра, получивше-



го название трубной головки и служащего для удержания колонны подъ-ёмных
труб. С этого момента фонтанная арматура начала изготовляться из двух главных частей – ёлки и трубной головки.

1.2 Особенности условий эксплуатации фонтанной арматуры

Условия работы фонтанных скважин, таковы, что для обеспечения без-аварийной и долговечной работы оборудования необходим тщательный выбор его схем, конструкции узлов и материалов деталей. Давление в фонтанирую-щих скважинах велико, причём оно изменяется, пульсирует. Скорость движе-ния вы¬ходящей из скважины смеси жидкости, газа, механических примесей (например, кварцевого песка) в некоторых частях арматуры достигает не-скольких метров в секунду. Жидкость и газ часто агрессивны и вызывают ин-тенсивную коррозию арматуры.
Аварии с арматурой, установленной на скважинах, приводят к откры-тому фонтанированию, а иногда к выбросу труб и пожарам. Ликвидация таких аварий требует больших затрат и времени. С другой стороны, масса и стои-мость арма¬туры, устанавливаемой на одной скважине, велики.

1.3 Анализ основных параметров и техническая характеристика фон-тан¬ной арматуры

Параметры и схемы крановой и фонтанной арматуры предусмотрены ГОСТ 13846-84.
При разработке фонтанной арматуры задаются её основными парамет-ра¬ми: рабочим давлением и диаметром проходного сечения стволовой части фон¬танной ёлки, а также дополнительными данными – числом и размером спускае¬мых колонн насосно-компрессорных труб, характеристикой продукта пласта, его агрессивностью, наличием в нём механических примесей.
Рабочее давление является основным параметром при разработке фонтанных арматур. Для давлений до 35 МПа в основном применяется трой-никовая арматура, но и не исключена крестовая арматура. В зависимости от давления выбирают тип, размеры, исполнение и конструктивные варианты от-дельных элементов и арматуры в целом. Материал фонтанной арматуры зави-сит от химического состава извлекаемых флюидов. В зависимости от давления и содержания механических примесей выбирают схему арматуры. ГОСТом предусмотрено соотношение условного диаметра проходного отверстия фон-танной арматуры в зависимости от давления.
Диаметр проходного сечения арматуры и число отводов, идущих к ма-нифольду определяют по объёму продукции скважины. При выборе надо стремиться к получению невысоких скоростей движения жидкости или газа в тройниках, крестовинах и запорных устройствах арматуры. В среднем это должны быть скорости 0,5-5 м/с. В дросселях при этом скорости могут дости-гать 100-150 м/с и более.
В технической характеристике фонтанной арматуры указываются сле-дующие данные:
- рабочее и пробное давление;
- диаметр проходных отверстий ствола и струн;
- диаметры подвешиваемых труб;
- виды запорных органов и регулирующих устройств;
- габаритные размеры и масса.
Если имеются пневмоприводные задвижки, то указывается давление воздуха для управления ими. Если арматура для работы в конкретных услови-ях, то может быть указана рабочая среда, температура рабочей среды и окру-жающего воздуха.
В таблице 1 показаны основные типоразмеры фонтанной арматуры, выпускаемой отечественной промышленностью, с рабочим давлением до 100 МПа.