Подвеска НКТ в фонтанной арматуре

Фонтанная арматура – важная часть нефтегазовых скважин

Устьевая фонтанная арматура АФК считается одним из самых важных устройств в сфере добычи нефти и газа. Все требования к ней изложены в Государственном стандарте 13846.

1 Фонтанная арматура – схема и общая информация

Под описываемым видом арматуры понимают определенную часть устьевого оборудования газовых и нефтяных скважин. Она необходима для обвязки и герметизации устья, а также для:

• перекрытия добываемой нефти и газа и направления их в трубопровод;
• подвески колонны (подъемной) насосно-компрессорных труб;
• осуществления на скважине различных технологических процедур;
• регулирования и контроля работы скважины;
• монтажа центробежного электрического насоса (ЭЦН).

Фонтанирование нефтяной (газовой) скважины – это явление, при котором на поверхность с забоя скважины наблюдается подъем пластового флюида. Такое явление становится возможным за счет наличия пластовой энергии. Как правило, фонтанирование скважины фиксируется на первых стадиях разработки месторождений полезных ископаемых, когда на забое имеется высокое давление и большой запас пластовой энергии. Впрочем, если говорить конкретно о газоконденсатных и газовых скважинах, то можно отметить тот факт, что они способны эксплуатироваться по фонтанной методике достаточно долго.

Описываемая нами арматура для скважин монтируется на колонную обвязку (на верхний ее фланец). Состоит она из двух элементов – фонтанной елки и трубной обвязки.

По Госстандарту 13846–89 арматура для скважин подразделяется на разные виды по нескольким показателям и может быть:

• тройниковой либо крестовой в зависимости от конфигурации фонтанной елки;
• двухрядной либо однорядной (по количеству рядов насосных трубных изделий, которые спускаются в скважину);
• оборудованная кранами либо задвижками (классификация по конструкции запорных приспособлений).

Также арматура различается по величине своего проходного диаметра (50–150 миллиметров) и по показателю рабочего давления (14–140 мегапаскалей).

2 Конструкция и устройство фонтанной арматуры – трубная обвязка

На трубную обвязку монтируется фонтанная елка. Кроме того, такая обвязка предназначается для:

• герметизации зазора между затрубным пространством и эксплуатационной обсадной колонной;
• регулирования давления в затрубном пространстве;
• установки колонн НКТ;
• промывки газовых и нефтяных скважин и закачки в них разнообразных элементов и соединений, включая и рабочие агенты.

Трубная обвязка производится таким образом, чтобы на нее можно было подвесить два или только один ряд насосно-компрессорных труб. Конструкционно она состоит из трубной подвески и крестовины, оснащенной боковыми отводами (их на устройстве всегда два).

Трубы подвешиваются на обвязку двумя способами:

• на резьбу;
• на муфту.

Если речь идет о резьбовом креплении, на крестовину монтируют специальную катушку (ее называют стволовой), а один ряд насосно-компрессорных изделий подвешивают на патрубок либо на особый переводник. При использовании муфты крестовина оснащается муфтовой подвеской.

В тех случаях, когда в скважину планируется погружать два ряда насосно-компрессорных труб (бывают еще и обсадные трубы для скважин), на крестовину рассмотренной нами обвязки монтируют тройник. В данной ситуации наружный ряд трубных изделий крепится к патрубку (точнее – к тройнику, который расположен на нем), а внутренний ряд – через переводник к стволовой катушке. Допускается монтировать два ряда труб и на муфте. Тогда в крестовине будет размещаться наружный их ряд, а в тройнике обвязки – внутренний.

Для отслеживания величины давления в пространстве за трубами предназначен манометр трубной обвязки. Он крепится на боковом отводе крестовины. Указанный манометр располагает устройством запорно-разрядного типа.

3 Фонтанная елка – часть арматуры

Как уже было сказано, на трубную обвязку монтируется фонтанная елка. Для этих целей используется верхний фланец. Елка требуется для:

• контроля на устье скважины величины рабочего давления;
• направления газового или нефтяного потока на замерное устройство (в выкидную линию);
• закрытия скважины;
• спуска диагностической аппаратуры и приборов в скважину;
• изменения технологических режимов функционирования скважины.

Существует несколько разных конструкций фонтанных елок. Все они делятся на два типа – тройниковые и крестовые. И в первых, и во вторых имеются следующие элементы:

• запорное устройство;
• центральная задвижка;
• переводник, который ведет к головке (трубной);
• штуцер (специалисты нефтегазовой сферы обычно именуют его дросселем).

Различие же между конструкциями заключается в том, что в крестовых вариантах имеется крестовина, а в тройниковых – тройник. Причем тройников может быть два, если монтируется двухъярусная конструкция насосно-компрессорных труб, или один (конструкция в один ярус).

Верхняя часть елки накрыта буфером (иначе он называется колпаком). Крестовая схема предусматривает наличие рабочего и запасного бокового отвода, тройниковая – наличие запасной (расположена снизу) и рабочей (находится вверху) выкидной линии. Запасные линии в процессе эксплуатации находятся в закрытом положении. Их открывают только тогда, когда возникает потребность в проведении ремонтных либо обслуживающих мероприятий:

• при разрушении конструкции, вызываемом коррозией;
• при необходимости замены штуцера и так далее.

Конкретный вид елки, а также количество выкидных линий подбирают с учетом параметров газовой или нефтяной скважины. На большинстве современных объектов устанавливают тройниковые фонтанные елки, в которых число таких линий равняется двум. А вот одна выкидная линия монтируется только в скважинах с малым (до 14 МПа) давлением в устье. Крестовая же схема признается оптимальной для скважин с давлением свыше 35МПа при условии, что в жидкой или газовой смеси, выносимой на поверхность, нет механических твердых включений.

Добавим, что существует и два отдельных типа елки без центральной задвижки, но они в настоящее время на отечественных нефтегазовых предприятиях не используются.

4 Особенности дросселирующих устройств нефтегазовых скважин

На запасных и рабочих выкидных линиях, как было сказано, монтируются штуцеры (дроссели). Они образуют гидравлические локальные сопротивления потоку добываемой продукции и требуются для корректирования режима функционирования скважины. Штуцеры делят на:

• нерегулируемые:
• регулируемые.

Самым простым нерегулируемым штуцерным устройством является 10-миллиметровый диск из стали (подходит и низколегированная, и высоколегированная сталь), который размещается между фланцами. Подобный дроссель располагает в своем центре отверстием сечением в пределах 3–35 миллиметров. Выбираемое для каждого конкретного случая сечение позволяет скважине и арматуре работать в заданном технологическом режиме.

Дроссели регулируемого типа похожи на обычный вентиль. Их проходной диаметр можно изменять по мере необходимости при помощи наконечника, которые посредством перемещения маховика отдаляется от втулки либо приближается к ней. Регулируемые штуцеры эксплуатируются при нагрузке не более 70 МПа. Применяются они реже, чем нерегулируемые, так как срок эксплуатации регулируемых устройств очень мал (если из скважины вместе с нефтью или газом подается материал высокого абразивного уровня, они сразу же выходят из строя).

Фонтанная арматура скважин

Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки. Трубная головка закрепляется непосредственно на фланце колонной головки и предназначена:

• — для подвески одной или нескольких колонн подъемных труб (НКТ);
• — для герметизации на устье межтрубных пространств;
• — для обеспечения закачки технологических жидкостей в межтрубные пространства и контроля давления в них;
• — трубная головка должна также позволять выполнение необходимых исследований на скважине.

На рис. 4.5 [20] приведена типовая конструкция трубной головки.

Рис. 4.5. Трубная головка:

• 1 — крестовина; 2 — набор манжет (уплотнение); 3 — грундбукса;
• 4 — трубодержатель; 5 — упорная втулка; 6 — винты; 7 — уплотнение;
• 8 — гайка; 9 — уплотняющая втулка; 10 — переводник

Колонны НКТ подвешиваются к трубной головке или на резьбе, или на переводнике (резьбовом патрубке). При двухрядном подъемнике НКТ подвешиваются на промежуточном элементе — на «катушке».

К основным узлам фонтанной елки относятся:

• — крестовина, имеющая два боковых отвода, каждый из которых может быть или рабочим, или запасным;
• — тройник, имеющий один боковой отвод. Верхний отвод обычно бывает рабочим, а нижний — запасным;
• — переводники (катушки);
• — запорные устройства и т. д.

Крестовина и тройник позволяют отводить пластовую продукцию к манифольдам и иметь связь с межтрубным пространством.

Переводники и катушки позволяют переходить с одного размера деталей арматуры на другой.

Крестовую арматуру рекомендуется применять при средних и высоких давлениях. Она имеет меньшую высоту по сравнению с трой- никовой, что облегчает ее обслуживание. Недостаток крестовой арматуры в том, что при отказе любого бокового отвода необходимо закрывать нижнее стволовое запорное устройство (задвижку), т. е. останавливать скважину. Высота тройниковой арматуры больше, чем у крестовой, она создает неравномерную нагрузку на фланцевые соединения, что относится к ее недостаткам. Данная арматура обычно рекомендуется для скважин, продукция которых содержит абразивный материал (песок, ил и т. д.), так как при крестовой арматуре в этих условиях необходимо для ремонта перекрывать центральную стволовую задвижку.

Детали и узлы арматуры соединяются между собой резьбой или фланцами с уплотнительными элементами, или фланцами, скрепляемыми накидными хомутами. По этому признаку фонтанная арматура делится на: резьбовую; фланцевую и хомутовую (бугельную). Схема соединения различных элементов фонтанной арматуры представлена на рис. 4.6 [20].

Рис. 4.6. Типовая схема конструкции фланцевой фонтанной арматуры:

• 1 — крестовина; 2 — тройник; 3 — переводник трубной головки; 4 — стволовая задвижка; 5 — буфер; 6 — вентиль (или кран);
• 7 — манометр; 8 — дроссель; 9 — заглушка; 10 — фланец

На рис. 4.7 и 4.8 схематично представлены общие виды фонтанной арматуры соответственно для одно- и двухрядного подъемника. При оборудовании скважины одним рядом фонтанных труб тройник не включается в состав арматуры (при использовании установок ЭЦН следует включать в состав устьевой арматуры специальный переводник трубной головки, оснащенный устройством для ввода электрокабеля).

Рис. 4.7. Фонтанная крестовая арматура для однорядного подъемника:

• 1 — вентиль; 2 — задвижка; 3 — крестовина; 4 — катушка для подвески НКТ на резьбовом переводнике 8; 5 — штуцер;
• 6 — крестовина елки; 7 — буфер; 9 — катушка

Фонтанная елка монтируется на трубной головке и предназначена для направления отбираемой из скважин пластовой продукции в манифольд, а также для контроля и регулирования работы скважины, для выполнения исследований на скважине.

Помимо упомянутых основных узлов конструкция фонтанной елки обычно включает следующие элементы:

• — штуцеры для регулирования работы фонтанной скважины и ее дебита;
• — центральную (стволовую) задвижку и задвижки на выкидных линиях (отводах);

• — буфер с буферной задвижкой для перекрытия ствола и установки лубрикатора, применяемого при спуске под давлением в скважину различных измерительных приборов без остановки скважины;
• — манифольд для обвязки фонтанной арматуры с выкидными трубопроводами, подающими продукцию скважин на замерное устройство.

Рис. 4.8. Фонтанная тройниковая арматура для подвески двух рядов НКТ:

• 1 — тройник; 2 — резьбовой патрубок для подвески второго ряда НКТ;
• 3 — патрубок для подвески первого ряда НКТ

Элементы фонтанной арматуры изготавливают из легированных сталей марок ст. 40ХНЛ; ст. 40ХЛ; ст. 45 и др. Уплотняющие кольца устьевой арматуры изготавливают из сталей марок 08 кп; ст. 20; ст. 30; ст. 40 и т. д., а для коррозионно-активных сред — из легированных сталей.

Схемы сборки фонтанной арматуры регламентированы ГОСТ 13846—84, по которому установлены следующие 6 типовых схем, представленных на рис. 4.9 [20]:

• — схемы 1—4 — тройниковые;
• — схемы 5 и 6 — крестовые.

Рис. 4.9. Схемы монтажа фонтанной арматуры по ГОСТ 13846—84:

• 1 — манометр; 2 — запорное устройство; 3 — фланец для манометра;
• 4 — запорное устройство; 5 — тройник или крестовина; 6 — дроссель; 7 — переводник для трубной головки; 8 — фланец; 9 — трубная головка

В зависимости от схемы фонтанной арматуры (по рис. 4.9), ее назначения, состава и т. д. установлены ГОСТ 13846—84 следующее обозначение фонтанной арматуры:

где А — арматура; Ф — фонтанная (если буква Н — нагнетательная); п₁ — конструктивное исполнение (если фланцевое — без обозначения; если К — подвеска НКТ на резьбе переводника трубной головки; если без обозначения — подвеска на муфте трубной головки; если с буквой Э — для скважин, эксплуатируемых ЭЦНУ); п₂ — номер схемы по ГОСТ 13846—84 (для двухрядного подъемника добавляется буква «а»); л₃ — способ управления задвижками (без обозначения — вручную; А — автоматическое; В — дистанционное и автоматическое); п₄ — внутренний диаметр, мм, по ГОСТ 13846—84; п₅ — рабочее давление, МПа; п₆ — климатическое исполнение по ГОСТ 16350—80 (без обозначения — для умеренной климатической зоны; ХЛ — для умеренной и холодной зон); п₇ — исполнение по коррозионной стойкости (без обозначения — для обычных сред; К1 — для С0₂ до 6 %; К2 — для H₂S до 6 % и С0₂; КЗ — для H₂S до 25% и С0₂).

Например, шифр фонтанной арматуры АФК6В—80/50 Х70ХЛ— К2 означает: арматура фонтанная; подвеска НКТ на резьбовом патрубке трубной головки; монтаж фонтанной арматуры по схеме № 6 (см. рис. 4.9); управление задвижками — дистанционное и автоматическое; проходной диаметр ствола елки равен 80 мм, а проходной диаметр боковых отводов — 50 мм; рабочее давление — 70 МПа; исполнение — для зон с умеренным и холодным климатом; в пластовой продукции допускается содержание до 6 % H₂S и С0₂. Технические характеристики и размеры фонтанной арматуры подробно описаны в [9].

На рис. 4.10 представлен комплекс устьевого оборудования скважин для подземного хранилища газов (ПХГ). Комплекс изготавливается Воронежским механическим заводом и имеет следующие основные характеристики.

Рис. 4.10. Типовой комплекс устьевого оборудования скважин для ПХГ

Количество обвязываемых колонн — 5 шт.

Диаметры обвязываемых колонн, мм:

• — кондуктор — 530;
• — обсадная промежуточная — 377;
• — обсадная основная — 299;
• — подвесная наружная — 219;
• — подвесная центральная — 146.

Рабочее давление — 21 МПа.

Трубодержатель клиньевого типа со следующими допускаемыми нагрузками, кН:

• — для труб диаметром 377 мм — 1290;
• — для труб диаметром 299 мм — 1165;
• — для труб диаметром 219 мм — 878;
• — для труб диаметром 146 мм — 1360.

Запорная арматура — прямоточные задвижки с ручным управлением.

Регулирующая арматура — дроссель регулируемый.

Фонтанная арматура, ее схемы и назначение

Фонтанная арматура предназначена для герметизации устья, контроля и регулирования режима эксплуатации скважин (эксплуатационных и нагнетательных) — таблица 2.1 [1]. Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки (рис. 2.1]).

Трубная головка монтируется непосредственно на колонной головке и предназначается для подвески одной или нескольких колонн НКТ и герметизации на устье межтрубных пространств. Трубная головка должна обеспечивать проход жидкости или газа в межтрубные пространства, а также позволяет контролировать давление в них и выполнять необходимые исследования скважины. Колонны подъемных труб подвешивают к трубной головке на резьбе либо на муфте. В первом случае при однорядной конструкции лифта трубы подвешивают на стволовой катушке; при двухрядной внутренний ряд труб — на стволовой катушке, а наружный — на тройнике трубной головки.

Таблица 2.1 Техническая характеристика фонтанной арматуры

Основные параметры, характеризующие фонтанную арматуру

Рабочее дав­ление, МПа

Условный проход, мм

Пробное давление, МПа

* Выпускаются серийно; остальные — по требованию заказчика

Фонтанная елка монтируется на трубной головке и предназначена для направления отбираемых из скважины жидкости и газа в манифольд, регулирования и контроля за работой фонтанной скважины.

Основными деталями и узлами фонтанной арматуры (рис. 2.1) являются крестовина 1, имеющая два боковых отвода, тройник 2, имеющий один боковой отвод, катушка или переводник 3, запорное устройство 4, фланец под манометр или буфер 5, кран 6, манометр 7, дроссель 8, заглушка 9, фланец 10.

Крестовина и тройник позволяют отводить добываемую смесь к манифольдам или иметь сообщение с одним из межтрубных про-странств. На этих же деталях можно подвесить колонну НКТ. Колонна подвешивается непосредственно на этой резьбе или через переводный патрубок. Катушка или переводник служат для подвески НКТ или для перехода с одного размера деталей арматуры на другой.

Детали и узлы арматуры соединяются между собой резьбой, фланцами с уплотнениями или хомутами. По этому признаку арматура делится на резьбовую, фланцевую и хомутовую (бугельную).

Вертикальная, стволовая часть елки выполняется тройниковой — одно или двухструнной либо крестовой — двухструнной. По этому признаку арматура делится на тройниковую и крестовую. Схемы фонтанной арматуры по данному признаку регламентированы ГОСТ 13846-84, по которому установлены шесть типовых схем арматуры (рис. 2.2 [5]): схемы 1-4 — тройниковые, схемы 5, 6 — крестовые.

Тройниковую арматуру рекомендуется использовать при низких и средних давлениях. Тройниковую арматуру с двухструнной елкой рекомендуют для скважин, в продукции которых содержаться механические примеси.

Крестовая и тройниковая однострунные арматуры предназначены для скважин, в продукции которых нет механических примесей.

Для средних и высоких давлений рекомендуют применять крестовую арматуру. Крестовая арматура значительно ниже тройниковой, что облегчает ее обслуживание. К недостаткам крестовой арматуры относится то, что при выходе из строя одного из отводов необходимо закрывать нижнее стволовое запорное устройство, а следовательно, останавливать скважину. У тройниковой арматуры с верхним рабочим отводом при выходе его из строя можно закрыть среднюю стволовую задвижку и включить в работу нижний отвод.

При исследовании скважин часто необходимо устанавливать над фонтанной елкой лубрикатор для спуска того или иного прибора. Для этой цели в тройниковой и крестовой арматуре предусмотрено верхнее стволовое запорное устройство.

Шифр фонтанной арматуры» в зависимости от ее схемы, конструкции, способа управления задвижками, условного прохода, давления, климатического исполнения и коррозионностойкости может включать от девяти и более буквенных и цифровых обозначений [5].

Полный шифр фонтанной арматуры (ГОСТ 13846-84) условно представляется в виде

где А — арматура;

Х| — конструктивное исполнение:

с фланцевыми соединениями — без обозначения (наиболее распространенное);

подвеска подъемной колонны на резьбе переводника трубной головки — К;

подвеска колонны на муфте в трубной головке — без обозначения;

для эксплуатации скважин УЭЦН — Э;

Х2 — номер схемы арматуры: при двухрядной концентричной подвески к номеру схемы добавляется буква «а»;

Хэ — способ управления задвижками: вручную — без обозначения; дистанционно и автоматически — В; автоматически — А

Х4 — условный проход:

Когда условные проходы ствола елки и ее боковых труб отлича-ются, цифровое обозначение указывают через дробь;

Х5 — рабочее давление в МПа;

Х6 — климатическое исполнение по ГОСТ 15150:

для умеренной климатической зоны — без обозначения; для умеренной и холодной климатических зон — XJI;

X7 — исполнение по коррозионностойкости: для обычных сред — без обозначения; для сред, содержащих: до 6% С02 — К!; до 6% H2S и С02- К2; до 25% H2S и С02- К3.

Фонтанная арматура с подвеской НКТ на резьбе переводника трубной головки, изготовленная по схеме 6 с дистанционным управ-лением задвижек, с условным проходом по стволу 80 мм на рабочее давление 35 МПа для коррозионной среды с содержанием H2S и С02 до 6%, имеет следующее обозначение:

То же для арматуры, но с муфтовой подвеской двух рядов труб и боковым отводом струны диаметром 65 мм:

При больших скоростях истечения газа с абразивом наблюдается повышенный износ деталей арматуры. Поэтому в последнее время вместо литых деталей переходят к изготовлению штампованно- сварных, изготовленных из легированных сталей, за счет чего достигается уменьшение веса деталей, с этой целью также предлагаются новые конструкции деталей (рис. 2.3 [6]). Часто такая конструкция (рис. 2.3, в) называется моноблочной.

Для изготовления элементов фонтанной арматуры применяются, стали марок 45, 40ХЛ, 40XHJI и другие легированные стали.

Уплотняющие кольца изготавливают из стали марок 08КП, стали 20, стали 30, стали 40 и легированных сталей (для коррозионно- активных сред). Материалы, рекомендуемые для изготовления арматуры при различных рабочих давлениях, представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2- Механические характеристики материалов для фонтанной арматуры

Основные требования к корпусным деталям фонтанной арматуры

Последнее изменение этой страницы: 2019-06-09; Просмотров: 309; Нарушение авторского права страницы

4.3. Конструкция трубных головок

Трубная головка предназначена для подвески насосно-компрессорных труб (НКТ) и герметизации пространств между ними и обсадной эксплуатационной колонной, а также для замера затрубного давления и проведения исследовательских и ремонтных работ в скважине. При оборудовании скважины двумя концентричными колоннами НКТ (двухрядная конструкция подъемника) трубы большего диаметра подвешиваются на резьбовом соединении нижнего тройника (крестовины), который устанавливается на крестовину, герметизирующую затрубное пространство. Трубы меньшего диаметра подвешиваются на резьбе переводника (стволовой катушки), размещающегося над тройником. При однорядной конструкции подъемника нижний тройник не ставится и трубы, подвешиваемые к нему, не спускаются. Применяется также муфтовая подвеска труб.

Рис. 4.4. Трубная головка

4.4. Фонтанная арматура

Фонтанная арматура выполняет несколько функций, главные из которых: удержание на весу колонны НКТ, спущенной в скважину, а при двухрядном подъемнике — двух колонн; герметизация затрубных пространств и их взаимная изоляция; обеспечение возможности регулирования режима работы скважины в заданных пределах, непрерывности се работы; исследование скважины путем измерения параметров ее работы как внутри нее, так и на поверхности.

Поломка, а тем более разрушение фонтанной арматуры приводят не только к нарушению эксплуатации скважины, но и к авариям, открытому фонтанированию.

Создание и серийное производство фонтанной арматуры для скважин больших глубин (5000 — 7000 м) при пластовых давлениях, отличных от нормальных, и дебитах от нескольких сот до тысяч кубометров в сутки жидкости или миллионов кубометров в сутки газа с большим содержанием абразива и агрессивных компонентов с высокими температурами превращается в задачу большой научной, инженерной и производственной сложности. Современная фонтанная арматура — результат многолетней работы конструкторов и изготовителей по совершенствованию устьевого оборудования этого вида эксплуатационной скважины (рис. 4.5.).

Рис. 4.5. Этапы совершенствования оборудования для эксплуатации скважин фонтанным способом:

I — манометр «буферный »: 2 — задвижка; 3 — штуцер-дроссель: 4 — фонтанный подъемник; 5 — трубная головка фонтанной арматуры; 6 — ёлка фонтанной арматуры;

7- тройники; 9 — манометр; 10, 11 — задвижки; 12, 14 — задвижки-дублеры; 13 — задвижка стволовая; 15—пакер

Необходимость в фонтанной арматуре возникла в связи с началом применения подъемника и устройств для регулирования расхода (дебита) жидкости или газа фонтанной скважины с помощью дросселей, получивших название штуцеры, а также для контроля давления жидкости или газа в подъемнике на устье (буфере) скважины. Для этого сначала применялась простейшая фонтанная арматура (рис. 4.5. б), включающая тройник, запорное устройство, вентиль, манометр, штуцер; запорное устройство использовалось при смене штуцера. Необходимость смены штуцера без остановки скважины привела к появлению арматуры с двумя выкидными линиями — струнами. Эта арматура (рис. 4.5. в) состоит из трех тройников и трех запорных устройств и штуцеров, сочетание которых называется «фонтанной елкой». Необходимость контроля давления в межтрубном пространстве в более удобной и надежной системе подвески фонтанного подъемника привела к снабжению фонтанной арматуры дополнительным узлом 5, состоящим из тройника, запорного устройства, вентиля и манометра, получившим название трубной головки и служащим для удержания колонны подъемных труб. С этого момента фонтанная арматура начала изготовляться из двух главных частей — елки и трубной головки.

Изнашивание узлов арматуры в скважинах с большими дебитами и высокими давлениями при наличии в пластовой жидкости или газе даже небольших количеств механических примесей привело к необходимости установлен дополнительных запорных устройств по стволу арматуры. Необходимость спуска в подъемник работающей скважины измерительных приборов, средств депарафинизации обусловила дополнение елки арматуры лубрикатором, а для его установки или смены введение еще одного стволового запорного устройства.

Эксплуатация скважин в особо тяжелых условиях вследствие высоких дебитов, давлений, агрессивности сред, высокой температуры, большого количества абразива сделали необходимым наличие в фонтанной арматуре резервных элементов, прежде всего, наиболее часто отказывающих запорных устройств. Фонтанная арматура при этом еще более усложнилась (рис. 4.5. г), увеличились ее размеры, что привело к усложнению обслуживания скважины.

Для уменьшения габаритов фонтанной арматуры была разработана арматура, построенная не из тройников, а из крестовин, что также позволило улучшить ее уравновешенность и упростить обслуживание.

Разработан стандарт, который регламентирует схемы фонтанных арматур, проходные размеры, ряд рабочих и испытательных давлений, исполнения, а также размеры, что позволяет резко сократить номенклатуру и унифицировать элементы арматуры. ГОСТом предусмотрено соотношение диаметра условного проходного отверстия и давлений (таблица 3).

Техническое обслуживание фонтанной арматуры.

Назначение фонтанной арматуры

Устройства этого класса отвечают за решение следующих инженерно-технических задач:

• обеспечение герметизации скважины;
• отведение продукции, транспортируемой по трубопроводной системе;
• для настройки и поддержания дебита скважины;
• при обеспечении доступа к скважинному забою;
• для обеспечения забора проб, без остановки производственных процессов.

Изделия этого класса применяют при высоком давлении, возникающим под действием нагрузок. Арматуру используют когда существует возможность воздействия агрессивных сред внутри скважины. Довольно часто она применяется, если в жидкости присутствует большое количество примесей разного происхождения и размера.

При использовании такой системы необходимо учитывать то, что это оборудование должно иметь длительный срок эксплуатации и необходимый запас прочности. Основные потребители этой продукции это предприятия занятые на добыче и транспортировке углеводородов, а также строительстве трубопроводных транспортных систем.

Из чего состоит фонтанная арматура

Что такое фонтанная арматура, конструкция и назначение её?

Это одно целое, которое, в свою очередь, состоит из фонтанной елки, а также головки трубного типа. Трубная головка, в свою очередь, несет на себе задачу по подвеске труб и обеспечении герметичности межу ними и эксплуатационной грядой.

Трубная головка, так же находится на том, довольно высоко важном уровне работы, когда ей приходится сдерживать и принимать на себя давление, которое возникает между трубами. Данное давление может быть запредельным, что достаточно опасно для жизни и здоровья людей.

Фонтанная елка, дает возможность отобрать продукты скважины, жидкость и газ, который поступает в манифольд. Также данная елка следит за тем, чтобы контролировался процесс фонтанной арматуры целиком.

Её закрепляют на трубной головке. Кроме этого, она несет в себе следующие задачи. Прежде всего, она контролирует давление. Сюда же входит контроль над температурными скачками и проведение необходимых технологических проверок и различных исследований.

Также осуществляется контроль и отвод продуктов скважины в промышленный трубопровод.

С учётом большого давления, фонтанную арматуру, конструкция и назначение которой описаны выше, как часть довольно важного промышленного оборудования, арматуру проверяют на выносливость в процессе давления, которое в полтора или в пару раз выше давления, указанного в эксплуатационном паспорте.

Разновидности арматуры

ГОСТ, которые действуют на территории нашей страны, определили следующие типы фонтанной арматуры:

1. Тройниковая (крестовая) — схема позволяет подключать отводы к сборным и замерным установкам при помощи выкидных линий.
2. Двухрядная (однорядная) — ее оснащают задвижками или кранами. Первые применяют для работы на нефтяных скважинах, вторые — на газовых.

Кроме вышеописанной классификации, применяют и такую:

1. По давлению. Типовое оборудование работает при давлении от 7 до 105 МПа. Арматура, которая рассчитана на работу при высоком давлении используют для работы на глубоких скважинах. Кроме того, ее устанавливают на скважинах, в которых было отмечено наличие опасное давление пластов.
2. По размеру прохода ствола. Этот размер лежит в пределах от 50 до 150 мм. Устройства с рабочими диаметрами от 100 до 150 мм устанавливают на скважины по добыче нефти и газа с высоким дебитом.

Проектировщик, подбирая материал для производства арматуры, должен учитывать свойства среды. Кстати, для установки изделий во взрывоопасной среде не желательно устанавливать узлы и агрегаты, выполненные из чугуна.

В состав типовой арматуры входят разные типы задвижек, клапаны и пр. В состав специальной обвязки включают редукционные вентили, затворы и клапаны для подачи катализаторов и работы резервной арматуры.

Колонная головка 2) — Фонтанная арматура

Колонная головка— служит для подвески колонных труб (кондуктора, технических и эксплуатационных труб) и герметизации межколонного пространства, а также служит опорой для фонтанной арматуры. Применяют колонные головки для одно-, двух- и трехколонных конструкций скважин. Подвеску колонн на КГ обычно делают на резьбе. Колонные головки оборудуют специальными отводами. На одном устанавливают вентиль с манометром для измерения межколонных давлений, на втором — постоянно открытую задвижку. Через второй отвод при необходимости закачивают спецжидкости в межколонное пространство.

Колонная головка

После бурения с колонной головки демонтируют превенторы и устанавливают фонтанную арматуру. Корпус головки 1 навинчивается на верхний резьбовой конец кондуктора. Обсадная колонна 10 вворачивается в специальную муфту 7. Герметичность соединения корпуса головки 1 и муфты 7 достигается муфтой 2 и двумя кольцами 3 из специальной нефтестойкой резины. Плотность посадки достигается за счет прижатия муфты полукольцами 5 и фланцем 4, который болтами притягивается к фланцу корпуса. Муфта 7 заканчивается фланцем 6 для присоединения к нему фонтанной арматуры.

Фонтанная арматура

ФА – предназначена для герметизации кольцевого пространства между эксплуатационной колонной и НКТ, создание давления на устье и направление газожидкостной смеси в выкидную линию.

ФА– представляет собой набор стальных толстостенных тройников и крестовин, задвижек, соединяющихся между собой с помощью фланцевых соединений.

Фонтанная арматура состоит из:

1)- трубной головки. 2)- фонтанной елки.

Трубная головка предназначена для герметизации межтрубного пространства, и подвески НКТ, проведения технологических операций при освоении, эксплуатации и ремонте скважин. Боковые отводы на трубной головке позволяют закачивать в затрубное пространство воду, глинистый раствор (при глушении скважины), ингибиторы гидратообразования и коррозии, а также измерять затрубное давление, и отбирать газ из затрубного пространства. Подвеска фонтанных труб (НКТ) осуществляется на резьбе или шлипсах (клиньях). Второй способ предпочтительнее, так как в этом случае возможно перемещение колонны труб под действием температурных и динамических напряжений. Устанавливают трубную головку непосредственно на колонную головку. А на трубную головку устанавливают фонтанную елку.

Фонтанные елки бывают 2 типов:

Фонтанная елка служит для направления продукции скважины в выкидную линию, регулирования и контроля технологического режима работы скважины.

Елка состоит из вертикального ствола и боковых отводов. На стволе установлены: коренная (главная, центральная), надкоренная (межструнная). Коренная задвижка может открываться или закрываться только с разрешения главного инженера. Ствол заканчивается буферной задвижкой и буфером с манометром. На каждом отводе (струне) устанавливают по две задвижки: рабочую и контрольную (ближайшую к стволу). На струнах также имеются штуцеры для манометров. Если отводы присоединены к крестовине, фонтанную арматуру называют крестовой, если к тройнику то тройниковой. Елки крестового типа меньше по высоте, устойчивее к вибрации, удобнее в обслуживании. Тройниковая Ф.Ёлка применяется при интенсивном выносе из скважины песка и опасности промыва песком рабочего тройника. Это связано с тем, что в случае разрыва крестовой арматуры необходимо полностью отключать скважину для его замены, а тройниковая арматура позволяет заменить верхний рабочий тройник без остановки скважины путем перевода потоков флюидов на нижний тройник. Поэтому у тройниковой арматуры рабочим является верхний тройник, а нижний – резервным.

Выбор фонтанной арматуры и ее компоновка зависят от условий эксплуатации скважины и ее технологического режима. При работе скважины коренная, межструнная, надкоренная и контрольные задвижки должны быть полностью открыты. Пуск и остановка скважин, осуществляются при помощи рабочих задвижек. При выходе их из строя закрывают контрольные задвижки и меняют рабочие. Если требуется ремонт или замена рабочей струны, закрывают надкоренную задвижку. Режим работы фонтанных скважин регулируется с помощью штуцера регулируемого (игольчатый клапан), и нерегулируемого (шайбы).

Арматура изготовляется в обычном и хладостойком исполнении, а отдельные ее типоразмеры—в углекислотостойком и сероводородостойком исполнениях. Соединения узлов арматуры фланцевые.

Фонтанные елки выпускаются на следующие давления: 7, 14, 21, 35, 70 и 105 МПа, а так же трубные головки. Диаметр проходного канала (ствола) от 50 до 150 мм. Диаметр боковых отводов (струн) 50-100 мм. В фонтанной арматуре на р.=14 МПа применяются крановые запорные устройства, а остальная арматура укомплектована прямоточными задвижками с уплотнением «металл по металлу» с принудительной или автоматической подачей смазки.

Конструкция фонтанной арматуры

ГОСТ 13846–84, подразумевает применение схем тройникового и крестового типа. В состав типовой фонтанной арматуры входят такие узлы, как:

• трубная головка;
• фонтанная елка;
• запорные устройства, управляемые в ручном режиме;
• дроссели.

Трубная головка предназначена для того, что на нее подвешивают НКТ в несколько рядов и обеспечения их герметичности. Кроме того, она принимает участие в некоторых технологических процессах, связанных с освоением, работой и обслуживанием скважины.

Это устройство, при необходимости выполнять замену установленных на ней боковых задвижек. Для этого применяют глухие пробки, устанавливаемые в резьбе, нарезанной в корпусе.

Фонтанная елка призвана решать следующие задачи:

• направление готовой продукции в линию;
• принятие участия в монтаже дополнительных устройств;
• выполнение замеров параметров работы трубопроводной сети;
• обеспечение спуска устройств для очистки скважинных труб.

Запирающие устройства представлены пробковыми кранами и задвижками с подаваемой смазкой. Главная их задача перекрывание движение рабочей среды.

Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

В процессе эксплуатации нефтяной или газовой скважины выполняют установку конструкции. Для присоединения используют колонные головки. Отверстия, расположенные в верхнем фланце, позволяют фиксировать детали с разными типоразмерами. Процесс установки оборудования выполняют в несколько шагов.

В пространство между фланцами укладывают прокладку, выполненную из малоуглеродистой стали и имеющей овальную форму. С помощью элеватора колонну труб опускают на место установки. После этого трубы собирают между собой с помощью резьбовых соединений. Кстати, резьбу перед сборкой имеет смысл покрыть защитной смазкой. После окончания сборки установки необходимо провести ее опрессовку.

Ремонт этого оборудования необходимо выполнять только на специальных предприятия. Перед тем как отправить ее в ремонт, установка должна быть разобрана. Елку надо промыть и в это время провести обследование оставшихся компонентов.

Фонтанная арматура и схема ее обвязки, конструируется так, что бы она могла защитить окружающую среду от воздействия на нее рабочей среды, подаваемой в трубопроводной системе.

Технические требования к конструкции

В ГОСТ 13846–89 определил, что фонтанная арматура предназначена для выполнения герметизации скважин, перекрывания движения рабочей среды и выполнения других технологических процедур. В соответствии с нормативами, регламентированными в ГОСТ 15150–69 эти устройства, могут работать при температурах от -60 до +40 градусов.

В ГОСТ 51365–2009 определяет технические условия и требования к указанной арматуре. Проектировщики, занимающиеся конструированием оборудования должны руководствоваться требованиями этого документа.

Маркировка арматуры

Для маркировки этого типа продукции применяют буквенно-цифровые сокращения, которые обозначают следующим образом АФХ или АФКХ, где АФ говорит о типе арматуры, в этом случае арматура фонтанная, буква «К» сообщает о методе подвески трубопровода. Буква Х (от 1 до 6) показывает на схему в соответствии с ГОСТ 13846–84 . Кроме того, в маркировке изделия могут быть указаны численные параметры, показывающие рабочий диаметр и давление, климатическое исполнение и некоторые другие, в частности, класс коррозионной стойкости.