Усовершенствование вращающегося превентора типа ПВ 307-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Усовершенствование вращающегося превентора типа ПВ 307-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
2 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Оборудование устья при бурении скважины с равновесной системой давления ствол скважины - пласт.
Опыт глубокого бурения показал, что вследствие больших перепадов между забойными и пластовыми давлениями, давлениями столба раствора и давлениями слоев открытого ствола возникают тяжелые осложнения в скважинах, снижается механическая скорость проходки и значительно ухудшаются все технико-экономические показатели.
Особенно оказывается при массовом бурении сверхглубоких скважин с аномально-высокими пластовыми давлениями на глинистых буровых растворах. В этих условиях перепады давления достигают наибольших величин. При этом поглощается глинистый раствор, ухудшается проходка, имеют место прихваты колонны труб, дорожают все технологические операции в скважинах.

Рисунок 2.1 - Оборудование устья для бурения «на равновесии»
1 - вращающийся превентор; 2 - универсальный превентор; 3 - плашечный превентор; 4 - гидр управляемая задвижка; 5 - штуцерная батарея; 6 - сепаратор высокого давления; 7 - сепаратор низкого давления; 8 - тройник; 9 - задвижка; 10 - крестовик; 11 - отбойная камера; 12 - регулирующие штуцеры; 13 - быстросъемный штуцер; 14 - желоб; 15 - рабочие выбросы;16 - аварийные выбросы

Особенности бурения скважин с равновесной системой требуют применения дополнительного оборудования. Такой комплекс оборудования был разработан ВНИИБТ и Азинмашем. В его состав входит противовыбросовое оборудование: плашечный, универсальный и вращающийся превенторы, манифольд, гидравлическая система управления; специальное оборудование для регулирования противодавления на слой (штуцерная батарея, обвязка циркуляционного отвода оборотного превентора, сепараторы высокого и низкого давления). В комплексе оборудования скважины для бурения «на равновесии» ствол скважины - слой устье штуцерная батарея 5, предназначенная для плавного регулирования противодавления на пласт в процессе бурения. Система циркуляции, состоит из трех параллельных струн. В каждой струне устанавливают по три быстросъёмных и одном регулирующем штуцере и задвижки. Струны имеют общие впускной и выпускной коллекторы. Батарею монтируют на раме. Давление изменяется в зависимости от диаметра переменных насадок в быстросъёмных штуцерах и плавному регулировании регулирующими штуцерами. Сепараторы высокого 6 и низкого 7 давлений (100 и 16 кгс/см2) компенсируют пульсации устьевого давления, поддерживают заданный противодавление на слой и дегазируют буровой раствор в процессе циркуляции.
Отбойная камера, установленная в манифольде, снижает кинетическую энергию потока и соединяет манифольд с жёлобной системой.
В зависимости от давления на устье скважины обвязка позволяет направлять буровой раствор из отвода оборотного превентора в желобную систему через: отбойную камеру; сепаратор низкого давления; штуцерную батарею и сепараторы высокого и низкого давления; штуцерную батарею и сепаратор низкого давления; штуцерную батарею, проходя сепараторы.
Описанный комплекс устьевого оборудования позволяет проводить следующие технологические операции при бурении скважин
1. Бурение с обычной системой циркуляции промывной жидкости.
2. Бурение с регулированием противодавления на пласт путем поддержания заданного давления на устье.
3. Предотвращение выбросов, неуправляемого фонтанирования и глушения скважины при избыточном давлении на устье.
4. Бурение на двух растворах.
Установка оборудования на устье скважины возможна при увеличении высоты основания вышки до 6 м.
В штуцерные батареи могут входить регулирующие штуцеры, как с ручным, так и из дистанционным гидравлическим - управлением у пульта бурильщика. На пульте управления (у пульта бурильщика) устанавливают манометры, которые регистрируют давление в нагнетательной линии и на устье кольцевого пространства.

2.1 Регулирующий штуцер

Регулирующий штуцер предназначен для плавного регулирования давления на забое скважины.
К корпуса штуцеру 9 присоединяют крышку 7 с трапецеидальной резьбой. Шпиндель 13, на конце которого гайкой 16 укрепленный наконечник, вращая в трапецеидальной резьбе крышки, регулирует степень открытия - закрытие отверстия в насадке 17. Штуцер и насадка изготовлены из твердого сплава, который охраняет их от интенсивного размывания при работе скважины. Насадка закрепляется в корпусе гайкой 21.
Регулирующий штуцер имеет указатель открытия - закрытие, риски которого, нанесенные на специальном корпусе, указывают
Эквивалентный диаметр кольцевого пересечения между наконечником с насадкой.
Степень открытия кольцевого отверстия регулируется осевым перемещением наконечника относительно насадки с помощью маховика, насаженного на шпиндель.
Регулирование давления в скважине штуцером с ручным управлением занимает много времени, требует больших усилий и не всегда эта операция безопасная. С целью устранения этих недостатков была созданная конструкция регулирующего штуцера с гидравлическим дистанционным управлением ШР.

Рисунок 2.2 - Регулирующий штуцер
1 - гайки; 2, 6 - шайба; 3 - маховик; 4, 10, 12 - уплотняющие кольца; 7 -крышка; 8 - булавка; 9 - корпус; 11 - втулка- 13 - винт; 14 - контргайка; 15 - шайба; 16 - гайка; 17 - насадка; 18-втулка; 19-штуцер; 20 - шайба; 21 - гайка; 22 - указатель;23 - винт

Конструктивные особенности регулирующего штуцера: на устье скважины, которая бурится, противодавление создается при уменьшении проходного пересечения штуцера с помощью деформации резинового регулятора; регулятор деформируется под действием давления жидкости, которая приходит под поршень из гидропривода; управление штуцером - дистанционное. В цилиндре штуцера 4 размещаются регулятор 5, поршень 7 с манжетами 8 и 10 и втулка 6. На цилиндр навинчены фланцы 1 и 13, до последнего крепится переводная катушка 19. Фланцы с цилиндром уплотняются резиновыми кольцами 2, поршень с фланцем герметизирует втулка 14 с резиновыми кольцами 15 и 16, удерживаемая во фланце грундбуксой 17. Поршень поставлен комплектом шевронных манжет, опорным 9 и натиском 11 кольцами, которые окучиваются гайкой 12. Последняя застопорена винтом.

Рисунок 2.3 - Регулирующий штуцер с дистанционным управлением

Регулятор 5 имеет муфту 18 и стакан и выполненна из резины. Он крепится на левом фланце на резьбе (М80хЗ левая), которая охраняет его от отвинчивания при разборке штуцера.
Регулирующий штуцер ШР устанавливают в обвязки устья скважины. Через него проходит буровой раствор, который содержит шлам, абразивные вещества, технические реагенты, нефть и газ, при рабочем давлении до 250 кгс/см2.
Для регулирования давления в гидропривод штуцера, размещенный во фланце 13, подается масло под давлением до 400 кгс/см2, при этом поршень получает поступательное движение и давит на резиновый регулятор. Сжимаясь под действием этого усилия, регулятор уменьшает проходное отверстие, чем и регулирует давление в обвязки, а выходит, и на устье скважины.
В манифольде противовыбросного оборудования штуцер ШР устанавливается между задвижками и отбойной камерой. Для регистрации давления управления устанавливаются два манометра. Гашение кинетической энергии жидкости после регулирующих штуцеров происходит в отбойной камере, откуда жидкость самотеком сливается в желобную систему буровой установки.
2.2 Оборотный превентор

Превентор универсальный вращающийся предназначен для герметизации бурового инструмента с обеспечением вращения колонн бурильных труб, подачи инструмента на забой, выполнение СПО под давлением в среде буровых растворов, пенных систем, газа, нефти, а также полного перекрытия устья скважины при отсутствии в ней инструмента.
Использование универсального вращающегося превентора позволяет повысить безопасность проведения буровых работ, улучшить систему защиты окружающей среды. Универсальный вращающийся превентор соединяет в одном агрегате функции двух - универсального кольцевого превентора и роторного герметизатора.
Простота конструкции облегчает при необходимости замену деталей и основных уплотнителей.

Рисунок 2.4 - Общий вид вращающегося превентора типа ПВ

Рисунок 2.5 - Общий вид вращающегося превентора типа ВУГП

Вращающийся превентор состоит из корпуса, съемного патрона с уплотнителем, вкладышей под рабочие трубы, пульта пневматического управления и ручного управления штоком пневмоцилиндра.
Корпус 7 превентора сварно-литой конструкции. В нижней части он имеет присоединительный фланец, который соединяет его из плашечным или универсальным превентором, или прямо с фланцем колонной головки. Боковой отвод корпуса служит для присоединения к системе циркуляции бурового раствора или газообразного агента.
Патрон состоит из корпуса 4, ствола 6 и двух шиннопневматических муфт 2. В корпусе патрона ствол установлен в двух радиальных 3 и одному рьяному 5 роликоподшипниках. В нижней части ствола закрепленный уплотнитель 9. Набор азбестографитовых манжет 8 предотвращает попадание глинистого раствора или другого продукта в подшипники. Манжеты смазываются через специальную масленку.
Корпус, закрепленный в верхней части ствола при помощи двух полуколец и винтов, имеет гнездо для вкладышей 1, что передают вращение от рабочей трубы стволу. Смазывание подшипников и трущихся деталей обеспечивается вращением ствола. В полость, образованную корпусом патрона и стволом, заливается индустриальное масло.
Уплотнитель 9 предназначен для герметизации рабочей бурильной трубы или замкового соединения. Уплотнители выполняют переменными, в зависимости от размера бурильных труб и квадратной штанги. Превентор разрабатывают для трех размеров бурильного инструмента, в соответствии с этими размерами превентор комплектуется тремя переменными уплотнителями.
Уплотнитель состоит из металлического основания и резины, привулканизированной к основанию. В верхней части основания уплотнителя имеются три паза байонетного соединения. Уплотнитель своим основанием насаждается на ствол к упора зубам, возвращается к соединению отверстий и закрепляется шплинтовочным болтом. Ствол и уплотнитель уплотняют резиновой У-образною манжетой, зафиксированной от выпадения пружинным кольцом.
Шиннопневматические муфты (ШПМ) соединяют вращающийся ствол с неподвижным корпусом патрона для установки и выдержки патрона из корпуса превентора, а также для правильной ориентации квадрата рабочей трубы в уплотнителе с квадратной поверхностью, которая уплотняется, при наращивании колонны и замене уплотнителя.
Патрон устанавливают в корпусе превентора с помощью байонетного соединения и фиксируют неподвижным упором, уваренным в корпус, и штоком пневмоцилиндра 10.

Рисунок 2.6 - Схема вращающегося превентора ПВ-230 * 320БР

При отсутствии воздуха в воздушной системе патрон освобождают вручную. При вращении маховика по часовой стрелке шток пневмоцилиндра выходит из зацепления с патроном, что потом вытягивают.
Вращающийся превентор монтируется с плашечными превенторами. Корпус превентора необходимо устанавливать так, чтобы пазы его байонетного соединения были равнобежные или перпендикулярные мосткам буровой.
Пульт управления и ручное управление монтируют неподалеку от пульта бурильщика. Для обеспечения нормальной работы уплотнителя вращающегося превентора необходимо ставить кольцо, которое центрирует, при установке платковых превенторов.
Техническая характеристика превентора ПВ-230 х 320 БР-1
Диаметр проходного отверстия, мм :
корпуса  230
ствола  158
бокового отвода  150
Давление, кгс/см2:
рабочее  320
экзаменационное  640
допустимое при максимальной частоте вращение (об/мин) .... 80
Диаметр переменных уплотнителей под трубы и квадратные штанги, мм...114,89,73
Максимальная частота вращения вала,(о/хв) ....100
Максимальный диаметр патрона, мм  510
Габаритные размеры мм :
высота  1525
ширина  680
длина  875
Масса, кг  1312

4 ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Основным недостатком вращающихся превенторов является быстрый износ шевронного уплотнения, которое обеспечивает герметичность между вращающимся стволом и неподвижным корпусом при работе устройства в условиях влияния абразивной промывной жидкости, которая циркулирует под высоким давлением. Для уменьшения износа в узел шевронного уплотнения должна постоянно поступать смазка.
Нам известен превентор фирмы "Shaffer", в котором для смазки предусмотрены автономные устройства, которые позволяют осуществлять постоянную подачу смазывания в уплотнение с помощью пневмопривода. Недостатком этого превентора является зависимость подачи смазывания от действий оператора, а также необходимость наличия дополнительного источника энергии, что не всегда возможно в условиях бурения и капитального ремонта скважин.
Известен также вращающийся превентор, в котором узел смазывания шевронного уплотнения выполнен в виде подпружиненного плунжера, установленного в стенке корпуса превентора, работа которого регулируется скоростью вращения ствола превентора. Недостатком этого устройства является отсутствие системы автоматического регулирования производительности насоса, который может привести к росту давления к величине, способной разрушить действующую систему.
Целью нашего усовершенствования является повышение надежности в работе превентора и увеличение срока его службы.
Наша цель достигается тем, что в превенторе, что содержит основание, на котором установлены пустой корпус, что вращается ствол с уплотняющим элементом и узлом вращения, шевронное уплотнение с полостью и систему смазывания шевронного уплотнения в виде подпружиненного плунжера, размещенного в стенке корпуса с возможностью взаимодействия с кулачком натиска, установленным на вращающемся стволе, плунжер выполнен ступенчатым с внутренней полостью и радиальными каналами, в стенке корпуса имеются каналы для сообщения полости подплунжера с полостью шевронного уплотнения.
На рисунке 4.1 представлен вращающийся превентор. Превентор состоит из основания 1, корпуса 2, узла вращения 3, шевронного уплотнения 4, что вращается ствола 5 с уплотняющим элементом 6. В корпусе установлен насос плунжера со ступенчатым плунжером 7, что имеет внутреннюю полость 8, который пыджимаэться пружиной 9. Перед входом в полость 8 плунжера установлен нагнетательный клапан 10. В верхней части полости плунжера выполнены радиальные каналы 11, что сообщают внутреннюю полость плунжера с полостью корпуса насоса 12, а потом через каналы 13 - с полостью шевронного уплотнения 4.

Рисунок 4.1 - Вращающийся превентор

Насос плунжера соединен с масляной емкостью через всасывательный клапан 14. На оборотном стволе 5 установленная планшайба с кулачком 15, что взаимодействует с плунжером с помощью рычага 16 с роликом 17.
При вращении ствола 5 кулачок 15 планшайбы через ролик 17 и рычаг 16 нажимает на плунжер, что, двигая вниз, сжимает пружину 9. Клапан 10 открывается, порция масла приходит во внутреннюю полость 8, откуда через радиальные каналы 11 - в полость корпуса насоса 12. Ход плунжера наверх осуществляется под действием пружины 9, при этом масло из полости насоса 12 выдавливается в каналы 13 и дальше к шевронному уплотнению 4 с давлением, равным отношению силы упругости пружины к разнице площадей ступеней плунжера. При поступи плунжера наверх клапан 14 открывается и новая порция масла приходит из емкости в насос плунжера.

Рисунок 4.2 - Система смазки превентора

В случае снижения пропускной способности узла шевронного уплотнения 4 давление масла в полости насоса 12 растет к пределу, ограниченного твердостью пружины 9. При этом плунжер под действием растущего сопротивления замедляет свое движение наверх и к моменту подхода кулачка 15 планшайбы не займет верхнего крайнего положения. Чем больше сопротивление, тем меньший ход делает плунжер и тем меньше производительность насоса. Таким способом происходит автоматическое регулирование производительности насоса, который предотвращает рост давления к критической величине.

Рисунок 4.3 - Разрез А-А на рисунку 4.2

Предлагаемая конструкция обеспечивает постоянное смазывание шевронного уплотнения в автоматическом режиме, позволяет согласовать количество подаваного смазочного материала с пропускной способностью шевронного уплотнения и скоростью обращения ствола превентора и обеспечивать нормальную работу системы смазывания без предохранительного клапана, который увеличивает срок службы превентора к капитальному ремонту и повышает надежность его в работе.