Модернизация противовыбросового оборудования. Превентор универсальный ПУ1-230х35-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Данная выпускная работа содержит материалы разработки проекта модернизация противовыбросового оборудования, а именно его основной составной части - превенторного блока.
Рассмотрены существующие конструкции универсальных (кольцевых) превенторов, а также проведен обзор и анализ научно-технической информации и патентов по ним. По результатам анализа предлагается заменить базовую конструкцию универсального превентора на более совершенную. Это позволит улучшить ремонтопригодность противовыбросового оборудования в целом, сократить время на его техническое обслуживание и уменьшить время простоя оборудования, что, в свою очередь, позволит сэкономить денежные средства нефтяной компании.
Превентор универсальный (кольцевой) предназначен для герметизации устье скважины при наличии и отсутствии в ней подвешенной колонны труб и обеспечивает:
• герметизацию устья скважины вокруг любой части колонны труб всех размеров в пределах размера проходного отверстия превентора, а также полное перекрытие скважины при отсутствии в ней колонны труб;
• проведение операции расхаживания в промежутках между муфтами и проворачивания колонны труб при герметизированном устье с целью недопущения прихвата;
• протаскивание колонны труб под давлением только при наличии на муфтах специальных фасок под углом 18° [12].
В серийном производстве выпускаются два типа конструктивного исполнения: ПУ1 – превентор универсальный с конической наружной поверхностью уплотнителя; ПУ2 – превентор универсальный со сферической наружной поверхностью уплотнителя.
Корпус превентора цилиндрической формы имеет в верхней части прямоугольную резьбу для присоединения крышки, а также выточку для установки резинового кольца (манжеты 4), предохраняющего резьбовые соединения от попадания грязи. На наружной поверхности корпуса имеются зацепы, обеспечивающие возможность крепления противовыбросового оборудования на буровой с помощью оттяжек.
Крышка 1 сложной конфигурации ввинчивается в корпус с помощью прямоугольной резьбы и фиксируется в затянутом положении стопорным болтом; в торец крышки упирается уплотнитель 3 (рисунок 3.3 а).
Уплотнитель – массивное из специальной резины кольцо, армированное металлическими вставками двутавровой формы, которые придают уплотнителю значительную жесткость и уменьшают выдавливание резины, (рисунок 3.4).
Показатель надежности уплотнительных манжет – средняя наработка на отказ, по данным АзИНМАШа, составляет протаскивание 40-60 замковых соединений при длине труб 25м (1500м труб), а по промысловым данным не превышает 25-40 замков (1000м), при давлении в скважине до 15 МПа. С увеличение давления и температуры бурового раствора наработка на отказ сокращается в несколько раз.
Плунжер 6 – ступенчатой формы цилиндрическое изделие с центральным конусным отверстием, в котором установлен уплотнитель. Плунжер в средней и нижней частях имеет канавки для манжет 5 и 9.
Плунжер, корпус и крышка образуют в превенторе две гидравлические камеры, изолированные манжетами. Эти камеры через отверстия в корпусе соединены со станцией гидравлического управления. Нижняя камера предназначена для закрытия превентора, верхняя камера – для его открытия.
Втулка 8 предохраняет внутреннюю полость превентора от повреждений при прохождении бурильной колонны и является опорой уплотнителю при открывании превентора.
При подаче масла под давлением 10-25 МПа через отверстие в корпусе в закрывающую полость плунжер перемещается вверх и конусной поверхностью обжимает уплотнитель, смещая его к центру скважины до полного обхвата трубы или перекрытия устья скважины. Давление скважинной среды, возникающее на устье скважины, сообщает плунжеру дополнительное запорное усилие, обеспечивая полную герметичность (принцип самоуплотнения).
При нагнетании масла в открывающую полость закрытого превентора плунжер из верхнего положения перемещается вниз, вытесняя жидкость из закрывающей полости в сливную линию гидравлического управления. Уплотнитель при этом разжимается и принимает первоначальную форму.
После закрытия универсального превентора на трубе малого диаметра (60 мм и менее) или без трубы уплотнительный элемент возвращается в исходное положение по истечении 0,5-1 ч. Время восстановления проходного отверстия зависит от продолжительности пребывания в закрытом состоянии, температуры и сорта резины [1, 2].
Установлена следующая система обозначения универсальных превенторов: ПУ - превентор универсальный; конструктивное исполнение: с конической наружной поверхностью уплотнителя; со сферической наружной поверхностью уплотнителя; условный диаметр прохода, мм; рабочее давление, МПа; исполнение (при необходимости) в зависимости от характеристики скважинной среды.
Примеры условного обозначения универсального превентора: ПУ1-230х35 – в конструктивном исполнении 1, с диаметром прохода 230 мм на рабочее давление 35 МПа. ПУ2-350х35 – в конструктивном исполнении 2, с условным диаметром прохода 350 мм на рабочее давление 35 МПа.

Исходя из анализа конструкций серийно выпускающихся превенторов, схем монтажа противовыбросового оборудования и патентно-информационного анализа мы приняли решение заменить превентор ПУ1 230/80х35 на более технологичную конструкцию по авторскому свидетельству RU 2197282 (рисунок 5.2).
Универсальный превентор ПУ1 230х35 изготовлен литьем из стали 20ХГС, общий вид конструкции представлен на рисунке 5.1.
Недостаток такого конструктивного исполнения превентора заключается том, что замедляется процесс замены эластичного уплотнителя вследствие большой трудоемкости выкручивания крышки превентора.

Разрабатываемая нами новая конструкция универсального превентора отличается разъемным исполнением корпуса и основания, которые имеют в месте разъема кольцевые проточки и установленное в них разрезное кольцо, поджимаемое фланцем, жестко связанным с основанием. Изменен способ крепления крышки к корпусу превентора. Сферическая форма уплотнительного элемента является наиболее совершенной по сравнению с конической.
Корпус, вы¬полнен из стали 30 ХГС в виде цилиндра 6, в верхней части которого расположен внутренний бурт.
Крышка 1, имеет сферическую внутреннюю по¬верхность, взаимодействующую с арми¬рованным уплотнителем 3. Крышка 1 установлена в верхней части корпуса 6 до бурта и зафиксирована с помощью шести кулачков 4, закреп¬ленных винтом на установочном вин¬те 5. Винты зафиксированы штифтом. Крышка отливается из стали 30 ХГС.
В нижней части цилиндра 6 установлен кольцевой плунжер 7 с Z-образной образующей, который с цилиндрической поверхнос¬тью корпуса 6 и нижним торцом бурта образует камеру открывания, а камеру закрывания – с цилиндри¬ческой поверхностью корпуса и осно¬ванием 11. Для герметизации плунжера 7 уста¬новлены, уплотнительные кольца 12.
Основание 11 выполнено в виде ступенчатого цилинд¬ра из стали марки 30ХГС, устанавливается с нижнего торца корпуса 6 и закрепляется разрезным кольцом 8, установленным на внутренней поверхности корпуса 6 в кольцевой проточке. Выступающая из проточки часть кольца 8 удерживает основание 11 от выпадения.
Фла¬нец 9, по наружному диаметру которо¬го выполнена ступень, охватывающая нижнюю выступающую часть кольца 8, жестко крепится к основанию 11 винтами 10. Таким образом, основание 11 фиксируется относительно корпуса 6.
Для закрытия превентора подается давление в камеру за¬крывания, плунжер 7 перемещается под действием давления вдоль цилинд¬рической поверхности корпуса 6 и ци¬линдрической поверхности бурта вверх, сжимая армированный уплотни¬тель 3 по сфере крышки 1, перекрывая внутреннее отверстие превентора.
Для открытия превентора в камеру открывания подают давление, плун¬жер 7 перемещается вниз, армирован¬ный уплотнитель 3 под действием упру¬гих сил возвращается в исходное по¬ложение, скользя вдоль сферы крышки 1.
При эксплуатации универсального превентора возможна замена уплотните¬ля 3. В этом случае вращают винты 5, и кулачки 4 отодвигаются от центра до упора их в корпус 6. Снимают крыш¬ку 1, а затем уплотнитель 3.
Также возможна замена уплотнительных колец 12 или плун¬жера 7 для чего снимают фланец 9, освобож¬дая его от крепления с основанием 11 винтами 10, и разрезное кольцо 8. Затем снимают, приподнимая относитель¬но основания 11 корпус 6, при этом крышка 1 и уплотнитель 3 не демонти¬руются с корпуса 1, и производят не¬обходимую замену и ремонт.
Так как появляется возможность разделить разборку превентора на верхнюю и нижнюю часть, то отверстие под крышку и размеры крышки можно умень¬шить. При этом снижается металлоемкость, так как крышка несет меньше нагрузки вследствие того, что бурт замыкает полость открывания и отде¬ляет ее от крышки.
Обзор научно – технической литературы и патентов свидетельствует о необходимости совершенствования ПВО и, соответственно, о наличии интенсивных поисков решений в данном направлении. На основе анализа этого обзора нами выявлено одно из самых перспективных, на наш взгляд, решений, которое позволяет решить проблему обеспечения требуемых технологичности изготовления и эксплуатации, в частности ремонтопригодности одной из самых ответственных составных частей ПВО –универсального превентора. В результате произведенной модернизации сокращается время на техническое обслуживание превентора, вследствие чего уменьшается временя простоя буровой установки. За период бурения, например, Кординской скважины затраты на простой буровой установки снижаются на 568417,5 руб. Общий экономический эффект составляет 882665,5 руб.
На основе произведенных расчетов и анализа полученных данных, считаю, что предлагаемое техническое решение, является экономически более эффективным относительно базовой конструкции превентора.