Фонтанная арматура на 70 МПа

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 - 35...105 МПа. Преимуществом крестовой арматуры является ее меньшая высота, недостаток - необходимость при замене крестовика или задвижек, присоединенным к боковым отводам, закрывать цен-тральную задвижку и тем самым останавливать добычу. Крестовая арматура показана на рисунке 1, тройниковая - на рисунке 2.
Фонтанная арматура состоит из трубной головки и елки, являющихся ее основными узлами. Устанавливают ее на верхний фланец колонной головки скважины.
Трубная головка предназначена для подвески одного или двух рядов подъемных труб, их герметизации, а также выполнения технологических опе-раций при освоении, эксплуатации и ремонте скважин. Колонны подъемных труб подвешивают к трубной головке на резьбе, либо на муфте. При одноряд-ной конструкции лифта трубы на резьбе подвешивают на стволовой катушке; при двухрядной конструкции внутренний ряд труб подвешивают на стволовой катушке, а наружный- на тройнике трубной головки.
При муфтовой подвеске при однорядной конструкции лифта трубы под-вешивают на муфтовой подвеске, устанавливаемой в крестовине трубной го-ловки; при двухрядной конструкции для внутреннего ряда труб муфтовую подвеску устанавливают в тройнике трубной головки, а для наружного ряда в крестовике.
Фонтанная ёлка предназначена для направления потока продукции через манифольд и выкидную линию на замерную установку, для регулирования ре-жима эксплуатации и контроля действия скважины путём спуска глубинных приборов.
Ёлка арматуры выполняется тройниковой-однострунной или двухструн-ной, либо крестовой двухструнной. Тройниковую арматуру с двухструнной елкой рекомендуют использовать для скважин в продукции которых содержат-ся механические примеси. Крестовую и тройниковую одноступенчатые арма-туры - для скважин, в продукции которых нет механических примесей. В тройниковой двухструнной арматуре рабочей является струна, а в крестовой может быть любая из струн елки. По запасным струнам продукцию из скважин направляют в том случае, когда меняют штуцер или запорное устройство.
Фонтанная арматура с выкидной линией соединяется манифольдом. Схе-ма 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 изготов-ляют для сред некоррозионных, коррозионных и для холодной климатической зоны.
Регулирующие устройства предназначены для регулирования режима работы нефтяных и газовых скважин, осуществляемого дросселированием по-тока рабочей среды изменением площади кольцевого прохода. Регулирующий дрос-сель на рабочее давление 35 МПа показан на рисунке 5.
Манифольды фонтанной арматуры предназначены для соединения выки-дов арматуры с трубопроводами замерной установки. Запорными устройства-ми манифольдов служат пробковые краны или задвижки, применяемые в фон-тан-ной арматуре.
В процессе эксплуатации скважин возможны загрязнения внутренних проходов манифольда механическими примесями или кристаллогидратами, при этом давление может достичь рабочего давления в скважине или превысить его. Для предотвращения возможной перегрузки фонтанной арматуры и мани-фоль-да, рабочая и запасная выкидные линии оснащаются предохранительны-ми кла-панами. [3]
Фонтанные арматуры различают по конструктивным и прочностным признакам. Эти признаки включают в шифр фонтанной арматуры следующим образом: АФХ1Х2Х3 – Х4Х5Х6Х7, где АФ – фонтанная арматура; Х1 – конструктивное исполнение; Х2 – номер схемы монтажа тройникового и кре-стового типа; Х3 – способ управления запорными устройствами; Х4 – услов-ный проход ствола; Х5 – рабочее давление, умноженное на 0,1 МПа; Х6 – климатическое исполнение; Х7 – исполнение по коррозийной стойкости. Например, АФК 6 В – 100 Х 210 К2 – арматура фонтанная (АФ) с подвеской на резьбе переводника (К) по схеме 6 (крестового типа с однорядной колонкой НКТ), с дистанционным и автоматическим управлением задвижек (В), услов-ным проходом ствола и боковым отводом 100 мм, рассчитанная на рабочее давление 21 МПа для умеренной климатической зоны и коррозийной среды (кг) .
Фонтанная елка крестового типа более удобна в смысле смены штуце-ров и других работ, связанных с заменой отдельных ее узлов. Однако в про-мысловой практике фонтанная елка тройникового типа имеет наибольшее при-менение. Это объясняется главным образом тем, что крестовик елки крестового типа подвержен истиранию в значительно большей степени, чем тройник. Если тройник и крестовик находятся примерно в одинаковых условиях во время фонтанирования скважин, то тройник нижний гораздо меньше подвержен ис-тирающему действию песка.
Штуцер служит для создания противодавления на выкиде или местного сопротивления у башмака фонтанных труб.
На рисунке 4 представлен штуцер ШСЗ – 250. Он состоит из стального корпуса 1, в который вставляют сменную конусную, термически обработанную втулку 2. Корпус штуцера зажат между двумя специальными фланцами 3 и 4 катушки и штуцерного патрубка 5.
Он отличается по своей конструкции простотой изготовления, но смена довольно трудоемка.
Колонная и трубная головки, фонтанная елка, а также все задвижки в большинстве случаев соединяются между собой и с колоннами обсадных труб при помощи фланцев. [5] .

1.4 Анализ условий эксплуатации и причин отказа фонтанной армату-ры

Условия работы фонтанирующих скважин в большинстве случаев та-ков, что для обеспечения безаварийной и долговечной работы оборудования необходим тщательный выбор его схем, конструкции узлов и материалов дета-лей.
Давление в фонтанирующих скважинах может доходить до 100 МПа, причем оно резко изменяется, пульсирует.
Скорость движения выходящей из скважины смеси жидкости, газа и механических примесей (например, кварцевого песка) в некоторых частях ар-матуры достигает нескольких десятков метров в секунду. Жидкость и газ часто вызывают интенсивную коррозию арматуры. Аварии арматуры, установлен-ной на скважинах, приводят к открытому фонтанированию, а иногда к выбросу труб и пожарам. Ликвидация таких аварий требует больших затрат средств и времени. С другой стороны, масса и стоимость арматуры, устанавливаемой на одной скважине, велика. Так, например, масса комплекса арматуры на давле-ние 20 МПа для двухрядной колонны равна 2895 кг. При выборе и разработке арматуры необходимо учитывать и эти факторы [2].
При фонтанной эксплуатации необходимо, чтобы газовый фактор был минимальным и поддерживался режим, при котором невозможны пульсации, приводящие к срыву фонтанирования и способствующие осаждению песка.
В процессе эксплуатации проводят тщательное наблюдение за работой, что позволяет выявить следующие осложнения:
- при уменьшении рабочего давления и одновременного повышения затрубного давления, это отложение парафина и солей в НКТ;
- при уменьшении рабочего давления и затрубного давления, - это образование песчаной пробки или накопление воды между забоем и башмаком НКТ;
- при уменьшении рабочего давления и увеличении подачи, это разъ-едание штуцера;
- при увеличении рабочего давления и затрубного и уменьшения по-дачи, это засорение штуцера или отложение парафина в выкидном шлейфе.
Осложнения в работе могут быть обусловлены отложением парафина, солей, накоплением песка на забое, воды, а также пропуском нефти, газа. Не-герметичности оборудования вызовом утечки нефти, газа, загрязнение терри-тории, опасность пожара и др.[5].

1.5 Постановка задачи, разработка структурной и конструктивной схемы

Так как в промысловой практике наиболее применима фонтанная ар-матура крестового типа, то мы тоже выбираем эту арматуру. Пример фонтан-ной арматуры крестового типа приведен на рисунке 1б .

1.6 Эскизная разработка узла конструкции

Для эскизной разработки возьмем устройство для герметизации скважины . Оно показано на рисунке 6 .
Устройство состоит из верхнего 1 и нижнего 2 фланцев , име-ющих кольцевые канавки 3 и 4 соответственно для уплотнительного уольца 5 . Во фланцах 1 и 2 , имеются также сквозные осевые каналы 6 для размещения в них крепежных элементов 7 .
В нижнем фланце 2 имеется дополнительная кольцевая канавка 11 для размещения в ней двух рядов клиновых сегментов 12 и 13 , также дополнительные радиальные сквозные каналы 14 .
В сквозных радиальных 14 и наклонных 10 каналах фланцев 1 и 2 установленны узлы перемещения клиновых сегментов 9 , 12 и 13 , выполненые в виде болтов 15 . Последние имеют узлы их герметиза-ции во фланцах 1 и 2 , состоящие из сальника 16 и нажимной втулки 17 . На внутренней поверхности сквозных наклонных 10 и радиальных 14 каналов выполнена резьба , ответная резьбе на наружной поверх-ности болтов 15 . Болты 15 установлены с возможностью взаимодей-ствия с клиновыми сегментами 9 , 12 и 13 , а последние с внутренней поверхностью уплотнительного кольца 5 . Во фланцах 1 и 2 имеются приливы для размещения узлов герметизации болтов 15 .
Фланцы 1 и 2 уплотняются кольцом . При появлении пропусков пластового флюида фланцы стягиваются между собой с помощью кркпежных элементов 7 . В случае , когда затяжка крепежных элементов 7 не дает эффекта , начинают заворачивать болты 15 , которые пе-ремщают клиновые сегменты 9 , 12 и 13 . Последние , в свою очередь , взаимодействуют с внутреней поверхностью уплотнительного кольца 5 , прижимая его к стенкам кольцевых канавок 3 и 4 . За счет дополни-тельной деформации уплотнительного кольца 5 вместе пропуска пла-стового флюида достигается надежная герметизация фланцевого соеди-нения .

1.7 Патентные исследования

В данном разделе изложен материал патентного исследования по фонтанной арматуре . Тенденции развития фонтанной арматуры представлены в таблице 2 .
На рисунке 6 представленном выше показано устройство для герметизации устья скважины .

В курсовом проекте произведен анализ конструкции фонтанной арматуры применяемой при добычи нефти. Рассмотрен монтаж и техническое обслуживание колонной головки, а также ремонт систем и узлов. Произведен расчет усилий во фланцевом соединении и расчет шпинделя прямоточной задвижки типа ЗМАД, выбран материал фонтанной арматуры.