Комплекс фонтанного оборудования АФК-3-65×14 для добычи нефти с усовершенствованием шаровых кранов КШ 65-14-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Текст на украинском языке-Комплекс фонтанного оборудования АФК-3-65×14 для добычи нефти с усовершенствованием шаровых кранов КШ 65-14-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка содержит: 75 с., 5 таблиц, 5 рисунков, 6 приложений, 28 источников.
Целью работы является: разработка фонтанной арматуры с шаровыми кранами. Исходя из поставленной цели, задачами работы являются:
- подбор марок сталей, из которых будут изготовлены элементы крановой фонтанной арматуры;
- рассчитать параметры фланцевого соединения;
- определить динамический момент инерции в шаровых кранах;
- определить проходное сечение в шаровых затворах при изменении угла поворота шара;
- вычислить момент трения в шаровом затворе.
Объектом исследования работы является фонтанная арматура и ее элементы.
Фонтанная арматура эксплуатируется в очень сложных условиях – повышенных температур, давлений, коррозии и эрозии.
В данной работе рассмотрена конструкция фонтанной арматуры для добычи нефти на рабочее давление 14 МПа.
Проведенный анализ работы оборудования и особое внимание уделено конструкции и работе шаровых кранов которые являются самым важнейшим запорным узлом фонтанной арматуры.
В дипломном проекте проектируется техническое решение в виде усовершенствования конструкции шаровых кранов, которые заменяют привычные в других фонтанных арматуре задвижки, а также угловые штуцеры заменены на штуцеры дискретные.
Модернизация касалась корпуса шарового крана за счет разработки новой конструкции удалось значительно уменьшить габариты и вес.
Предложена конструкция дискретного штуцера позволяет практически мгновенно изменять проходные отверстия для добычи нефти.
Приведены расчеты работоспособности пары шар-седло и прочностные расчеты наиболее ответственных деталей.
4 ОПИСАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Как показал анализ работы запорных органов фонтанных арматур для нефтяных скважин наиболее рациональным являются шаровые краны и штуцеры дискретные. Для рабочих давлений менее 14 МПа применяют шаровые краны, а выше – шиберные задвижки. Главная суть усовершенствования касается шарового крана, который должен обеспечивать свободный проход через него флюидов, добываемых. Ниже приведена конструкция усовершенствованного шарового крана.
4.1 Описание усовершенствованного шарового крана КК - 6514
Кран состоит (см. приложение Б, рис. Бы.1 и рис. Бы.2) из корпуса, образуется півкорпусами 1 и 2, сферой 3, седлами 4, осями 5, рукояткой 6. Седла уплотняются резиновыми кольцами 7 с защитными кольцами 8; півкорпус 1 в півкорпусі 2 уплотняется резиновым кольцом 9 с защитным кольцом 10, оси 5 уплотняются резиновыми кольцами 11 с защитными кольцами 12, півкорпуси 1 и 2 от проворота законтрені винтом 13. Для управления краном при высоких рабочих давлениях используется удлинитель 14. Позиция запорного органа определяется согласно положению рукоятки 6 относительно отметок «ЗАКР.» и «ОТКР.» на півкорпусі 2.
Кран работает следующим образом: для переключения крана рукоятку (при необходимости с помощью удлинителя) переводят из одного крайнего положения в другое до упора рукоятки в корпус. При этом рукоятка поворачивает оси, находящиеся в Т-образным сцеплении с пулей и, таким образом, шар переводится из одного положения — «открыто» («закрыто») в другой — «закрыто» («открыто») [8].
Основными преимуществами нашего шарового крана по сравнению с аналогичными, которые поставляются на нефтегазовый рынок Украины, являются:
- надежная герметизация за счет высокого качества рабочих поверхностей (зеркальных) шара и седел, а также автоматизированного их совместного притирки на специальных станках;
- значительная долговечность шара и седел, для изготовления которых использовали высоко легированную, стойкую против износа сталь 38Х2МЮА, термически обработанной до высокой твердости HRCэ = 64;
- краны абсолютно безопасны в работе, поскольку весь процесс сборки выполняется с середины корпуса и кран не имеет традиционной горловины, в которую устанавливаются: шток, манжеты, натискувальна втулка, поддерживающее кольцо, крышка, уплотнительное кольцо, болты крепления и т. п;
- благодаря новому техническому решению краны - компактные, в 1,6-1,9 раза (в зависимости от типоразмера) уменьшить их массу, соответственно и фонтанной арматуры и целом. Это при том, что краны имеют стандартные фланцевые соединения (ГОСТ 28919-01.07.92);
- существенно упрощена сборка - разборка крана, которое занимает 4-6 минут. Кран содержит восемь деталей [9].
Кран предназначен для установки в качестве запорного устройства в арматуре фонтанных нефтяных и газовых скважин и на трубопроводах с неагрессивной средой, транспортируемой [8].
При разработке шарового крана был использован патент Украины No 66032А «Шаровый кран» с приоритетом от 15.07.2003 г.
4.2 Описание и принцип действия дискретного штуцера
Режим работы фонтанной скважины возможно изменять:
а) созданием противодавления на выбросе фонтанной елки установкой штуцера (устьовим штуцером ) или в трапе;
б) созданием местного сопротивления у башмаку фонтанных труб путем применения глубинного штуцера;
в) подбором диаметра и длины колонны подъемных труб [3].
Устьові штуцеры применяются нескольких конструкций, отвечающих характеристике скважины. Отверстия в штуцере делают в соответствии с заданного режима работы скважины. Штуцеры устанавливают на отходящих линиях за боковыми задвижками (кранами) фонтанной елки. Конечно за задвижкой (краном) на выбросе размещают катушку, а рядом с ним штуцер. За штуцером находится штуцерное патрубок длиной 1 - 1,2 м, изготовленный из толстостенной 102 - или 146-мм бурильной трубы, что имеет с двух сторон фланцы.
На обоих отходящих линиях установлены штуцеры с отверстиями одинаковых диаметров с целью сохранения режима работы скважины при замене штуцера. Регулируемые штуцеры можно применять только для скважин с малым содержанием песка в фонтанной продукции.
При необходимости иметь насадку постоянного сечения предполагается нерегулируемый дроссель.
Большое распространение в иностранной практике имеют швидкозамінювальні и швидкорегульовані забойные штуцеры, которые устанавливаются в фонтанных трубах (НКТ) на любой глубине с помощью специальных пакеров.
Заменяют такие штуцеры без поднятия труб из скважины. Для спуска и подъем забойных штуцеров применяют специальные спуско-подъемные устройства, что спускается на стальном канате [4].

Для обеспечения длительной и бесперебойной работы скважин в фонтанном режиме эксплуатации большое значение имеет регулирование пластовой энергии за счет изменения объема сырья, поступающего из скважины и называется дебитом скважины. Для ограничения дебита скважин в боковом отводе фонтанной елки устанавливается дискретный штуцер [4].
При разработке штуцера был использован патент Украины No 6613 "Дискретный штуцер" с приоритетом от 18.10.2004 г. [15].
Вид климатического исполнения У1 по ГОСТ 15150.
Характеристики ШД-6514:
Условный проход, Ду, мм 65
- Рабочее давление, Рр, МПа 14
- Пробное давление, Рпр, МПа 28
- Рабочая среда...............................неагрессивные нефть, газ, газоконденсат,
пластовая вода, раствор СаСL2,
- Температура рабочей среды, °С от 0 до 100
- Направление потока рабочей среды ..............односторонний
- Привод ручной
- Установочное положение по направлению потока
- Количество режимов дросселирования 8
- Диаметры дроселюючи отверстий, мм 3;4;5;6;8; 10; 12; 14
- Присоединительные фланцы по ГОСТ 28919-91
- Строительная длина, мм ........................105±1-
- Габаритные размеры, мм
длина 105±1
ширина 125-1
высота 150±1
- Масса, кг 5,2±0,2
Критерием отказа является выход из строя составных частей штуцера, могут быть восстановлены (заменены) в промышленных условиях (размыв дросселирующих отверстий шара, потеря герметичности соединений, уплотнений).
Критерием предельного состояния является полная потеря трудоспособности штуцера вследствие появления дефектов, которые делают невозможным его дальнейшее функционирование (выход из строя не менее 50 % деталей и узлов).

4.2 Описание и принцип действия дискретного штуцера:


7 6

Рисунок 4.1 - Штуцер дискретный
1 - корпус; 2 - шаровой пояс; 3 - прижимная втулка; 4 - входное седло;
5 - выходное седло; 6 - шток; 7 - указатель; 8 - резиновые кольца; 9 - защитные кольца; 10 - резиновое кольцо; 11 - защитное кольцо; 12 - винт; 13 - штифт
Как видно из рисунка штуцер состоит из корпуса 1, шарового пояса 2, прижимной втулки 3 с входным седлом 4, выходного седла 5, штока 6, указателя 7. Исходное седло 5 уплотняется в корпусе резиновым кольцом 10 с защитным кольцом 11, шток 6 уплотняется резиновыми кольцами 8 с защитными кольцами 9. Втулка прижимная 3 фиксируется от проворота винтом 12, а указатель 7 закреплен на штоке 6 с помощью штифта 13 и имеет метки в виде черточек, рядом с которыми находятся цифры, обозначающие величину диаметра. В шаровом поясе 2 выполнено восемь отверстий с различными диаметрами, предназначенные для дросселирования рабочей среды. Величина диаметра выходного отверстия в шаровом поясе 2, совпадающей с осью проходного отверстия выходного седла 5, определяется числом, что находится рядом с риской на указателе 7, которая совпадает со стрелкой на корпусе штуцера.
В собранном штуцере шаровой пояс должна поворачиваться без рывков и заеданий.
Штуцер работает следующим образом: для установки в шаровом поясе 2 отверстия с нужным для режима дросселирования диаметром, шток 6 с помощью торцевого ключа (S17) поворачивают так, чтобы черточка с нужным числом на указателе 7 совпала со стрелкой на корпусе 1.
Усилие, необходимое для управления штуцером при одностороннем рабочем давлении, должно быть не более 15Н.
Разъемные соединения и уплотнения штуцера должны быть герметичными относительно внешней среды при гидравлическом рабочем давлении Рр.
Основные преимущества нашего дискретного штуцера:
- прямохідність дискретного штуцера при прохождении рабочей среды и отсутствие необходимости демонтажа штуцера и его разборки при регулировании, что обеспечивается наличием сменных отверстий в шаре по ее горизонтальной оси, которые пересекаются с отверстием шара по его вертикальной оси и выходного седла с отверстием равным большему переменном отверстия шара;
- компактность конструкции которая значительно уменьшит его вес и габариты по высоте, что обеспечивается установкой штока с середины корпуса, при котором его сферическая поверхность опирается на внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса [15].
Составной частью нашего технического предложения является необходимость проведения необходимых расчетов, которые бы помогли определить основные характеристики шаровых кранов.

ВЫВОДЫ
В ходе работы были выполнены все поставленные задачи, а именно: выбраны марки сталей, из которых будут изготовлены элементы крановой фонтанной арматуры, определены и рассчитаны динамический момент инерции в шаровых кранах и параметры фланцевого соединения. Предложена новая конструкция устройства регулирования дебита – дискретного штуцера, который позволяет практически мгновенно изменять дебит скважины.
Данная работа направлена на решение вопросов, связанных с фонтанным режимом эксплуатации нефтяных скважин.
В результате проведения работы были выявлены технически целесообразные решения в выборе комплектации оборудования фонтанной скважины. Данные, полученные в результате работы, могут быть использованы на газо - и нефтедобывающих предприятиях Украины для улучшения экономических и технических показателей.