Тема №9. Противовыбросовое оборудование Лекция №9.1 Оборудование для герметизации устья бурящейся скважины. Назначение. Состав. Параметры. Конструктивное исполнение Назначение
При помощи ОП выполняют следующие операции:
а) герметизацию устья при наличии и отсутствии бурильного инструмента в скважине;
б) расхаживание и проворачивание (вращающийся превентор) бурильного инструмента при герметизированном устье с целью недопущения его прихвата;
в) восстановление циркуляции промывочной жидкости с противодавлением на пласт;
г) быстрое снижение давления в скважине;
д) закачку бурового раствора обратным способом (через затрубное пространство).
Состав
Противовыбросовое оборудование состоит из следующих основных узлов: колонного фланца, крестовины, превенторов, надпревенторной катушки, разъемного желоба, гидроуправления превенторами и задвижками, состоящего из основного и вспомогательного пультов, ручных приводов, гидроаккумулятора. Комплектность установки превенторов различна (в основном крестовина, два однорядных превентора, соединительная катушка между ними и надпревенторная катушка). В процессе бурения глубоких скважин в комплект установки включают универсальный превентор. Часто обвязка устья состоит из одного превентора с глухими плашками и двух превентороа с трубными плашками. Наличие в комплекте превентора с глухими плашками позволяет заменять верхний превентор или его плашки без демонтажа противовыбросового оборудования.
Оборудование противовыбросовое изготавливается по ГОСТ13862-90 “Оборудование противовыбросовое: типовые схемы, основные параметры и технические требования к конструкции” по 1.…10-ой схемам (наиболее распространенная 5 схема):
схема 1 и 2 — с механическим (ручным) приводом;
схема 3 — 10 — с гидравлическим приводом.
В ПВО для ремонта — привод механический или гидравлический, для бурения — гидравлический.
Типовые схемы устанавливают минимальное количество необходимых составных частей превенторного блока и манифольда, которые могут дополняться в зависимости от конкретных условий строящейся или ремонтируемой скважины.
схема 1 – предусматривает 1 превентор
схемы 2-4 – 2 превентора
схемы 5-9 – 3 превентора
схема 10 – 4 превентора
В морских скважинах с устьем на дне моря устанавливают три, а иногда и четыре плашечных превентора, а над ними универсальный превентор. В морских установках монтируют иногда два универсальных превентора. При бурении под давлением над этим превентором располагают вращающийся превентор.
1 – плашечный превентор; 2 – задвижка с гидроуправлением; 3 – устьевая крестовина; 4 – манометр с запорным и разрядным устройствами и разделителем сред; 5 – кольцевой превентор; 6 – дроссель регулируемый с ручным управлением; 7 – задвижка с ручным управлением; 8 – гаситель потока; 9 – вспомогательный пульт; 10 – станция гидропривода; 11 – обратный клапан
Рисунок 9.1 – Схема ОП5
Параметры
Основными параметры ОП:
Условный проход (от 100, 180, 230, 280, 350, 424, 476, 540, 680 мм), наиболее часто применяются 230, 280, 350 мм.
Рабочее давление (14, 21, 35, 70, 105 МПа), должно быть не ниже давления опресовки обсадной колонны на которую ОП установлено.
Условный проход манифольда (для всех 80 мм).
Номинальное давление станции гидропривода (16, 25, 32, 40 МПа).
Наибольший диаметр трубы, проходящей с трубодержателем (подвеской) через ОП (устанавливается в зависимости от условного прохода, 127…560 мм)
Конструкция узлов
1) Плашечный превентор.
Предназначены для герметизации устья в процессе разбуривания, спуска и подъема НКТ и других работ по освоению и ремонту скважины. В зависимости от потребности, условий эксплуатации плашечные превенторы могут быть одинарными или сдвоенными. Это обеспечивает разнообразие конструкций и наиболее рациональное использование пространства для эксплуатации и технического обслуживания.
Корпус 2 превентора представляет собой стальную отливку с вертикальным проходным отверстием и цилиндрическими фланцами с резьбой для шпилек. Соединение шпильками позволяет уменьшить высоту превентора, однако требует точной его подвески при монтаже противовыброcового оборудования, обеспечивающей совпадение осей шпилек и отверстий фланца. Число и диаметр шпилек определяют из расчета фланцевого соединения на герметичность. На опорных поверхностях фланцев имеются канавки для уплотнительной стальной кольцевой прокладки восьмигранного сечения.
1, 6 – крышки; 2 – корпус; 3 – коллектор; 4 – резиновые прокладки; 5 – болты; 7 – гидроцилиндры; 8 – шток; 9, 13, 14 – резиновые кольца; 10 – шлицевой валик; 11 – вилка; 12 – резьбовая втулка; 15, 19 – трубки; 16 – резиновый уплотнитель; 17 – вкладыш; 18 – плашки
Рисунок – Плашечный превентор
Корпус превентора снабжен горизонтальной сквозной полостью для размещения плашек 18. Снаружи полость закрывается боковыми крышками 1 и 6, которые крепятся к корпусу болтами 5. Стыки крышек с корпусом уплотняются резиновыми прокладками 4, установленными в канавках крышек. Используются и откидные крышки, шарнирно соединяемые с корпусом. Для предотвращения примерзания плашек в корпус превентора встраиваются трубки 15 для подачи пара в зимнее время. На боковых торцах крышек посредством шпилек крепятся гидроцилиндры 7 двустороннего действия для закрытия и открытия превенторов. Усилие, создаваемое гидроцилиндром, должно быть достаточным для закрытия превентора при давлении на устье скважины, равном рабочему давлению превентора.
Штоки поршней 8 снабжены Г-образным выступом для соединения с оправкой плашек. Под давлением рабочей жидкости, нагнетаемой из коллектора 3 по трубкам 19 в наружные полости гидроцилиндра, поршни перемещаются во встречном направлении и плашки закрывают проходное отверстие превентора. При нагнетании рабочей жидкости во внутренние полости гидроцилиндров плашки раздвигаются и открывают проходное отверстие превентора. Поршни и штоки, а также неподвижные соединения гидроцилиндров уплотняются резиновыми кольцами 9, 13, 14.
Гидравлическое управление превентором дублируется ручным механизмом одностороннего действия, используемым при отключении и отказах гидравлической системы, а также при необходимости закрытия превентора на длительное время. Ручной механизм состоит из шлицевого валика 10 и промежуточной резьбовой втулки 12, имеющей шлицевое соединение с поршнем. Валик 10 посредством вилки 11 кардана и тяги соединяется со штурвалом, вынесенным на безопасное расстояние от устья скважины. При вращении валика по часовой стрелке резьбовая втулка 12 приводится в прямолинейное движение и перемещает поршень до замыкания плашек превентора. Расчетное время закрытия превентора составляет 10 с при использовании гидравлической системы и 70 с при ручном управлении. При обратном вращении винта поршни остаются неподвижными, а резьбовые втулки благодаря щлицевому соединению с поршнями возвращаются в исходное положение. После перемещения резьбовых втулок в исходное положение превентор можно открыть при помощи гидравлической системы управления.
В плашечных превенторах применяют трубные плашки для герметизации устья скважины с подвешенной колонной бурильных или обсадных труб и глухие плашки при отсутствии труб в скважине. При необходимости используют специальные плашки для перерезания труб.
Плашки состоят из резинового уплотнителя 16 и вкладыша 17, соединенных с корпусом болтами и винтами. Армированные металлические пластины придают уплотнителю необходимую прочность и противодействуют выдавливанию резины при расхаживании колонны труб. Наработка уплотнителя измеряется числом циклов закрытия превентора и суммарной длиной труб протаскиваемых через закрытый превентор со скоростью 0,5 м/ч при давлении в гидроцилиндре и скважине не более 10 МПа. Согласно нормам, средняя наработка до отказа уплотнителя должна составлять не менее 300 закрытий превентора без давления и обеспечивать возможность протаскивания более 300 м труб через закрытый превентор.
2) Превентор универсальный.
Универсальные превенторы обладают более широкими возможностями. Они герметизируют устье скважины при наличии и отсутствии в ней подвешенной колонны труб и вместе с тем позволяют, сохраняя герметичность устья скважины, проворачивать бурильную колонну и протаскивать трубы вместе с муфтами и бурильными замками. Универсальный превентор способен герметизировать устье скважины независимо от диаметра и геометрической формы уплотняемого предмета
Корпус 17 представляет собой стальную отливку ступенчатой цилиндрической формы с опорным фланцем и шпильками 19 для крепления превентора, проушинами 10 для его подвески при монтажно-демонтажных работах и транспортировке.
В корпусе превентора располагаются полый ступенчатый поршень 9, резинометаллическая уплотнительная манжета 5 и предохранительная втулка 14. Уплотнительная манжета, имеющая форму усеченного конуса с осевым отверстием, контактирует с конусным отверстием поршня и упирается в крышку 2, снабженную проходным отверстием и прямоугольной резьбой для свинчивания с корпусом превентора. Крышка уплотняется манжетой 4 и фиксируется в затянутом состоянии стопорным болтом 3. Глухие резьбовые отверстия на опорном фланце крышки предназначены для шпилек 1, используемых для крепления фланцевой катушки противовыбросового оборудования. Кольцевые канавки на опорных фланцах корпуса и крышки предназначены для металлических уплотнительных колец 18.
1, 19 – шпильки; 2 – крышка; 3 – стопорный болт; 4 – манжета; 5 – уплотнительная манжета; 6, 7, 11, 12, 15, 16 – самоуплотняющиеся манжеты; 8, 13 – штуцеры; 9 – поршень; 10 – проушины; 14 – предохранительная втулка; 17 – корпус; 18 – уплотнительные кольца
Рисунок – Универсальный превентор
Между корпусом, крышкой и поршнем образуются полости А и Б, сообщающиеся посредством штуцеров 8 и 13 и трубопроводов с гидравлической системой управления противовыбросовым оборудованием. При нагнетании масла из системы гидроуправления в полость Б поршень перемещается вверх и внутренним конусом сжимает уплотнительную манжету в радиальном направлении. В результате деформации проходное отверстие манжеты оказывается полностью закрытым. При наличии инструмента манжета обжимает его и перекрывает сечение между превентором и инструментом. Давление нагнетаемого в превентор масла устанавливается регулирующим клапаном системы гидроуправления.
Для устранения утечек, масла используются самоуплотняющиеся манжеты 6, 7, 11, 12, 15, 16 и уплотнительные кольца 18. Уплотнительная манжета удерживается в закрытом состоянии усилием, создаваемым устьевым давлением в скважине на площадь поршня в полости В превентора. Превентор открывается в результате нагнетания масла в полость А и при одновременном сливе из полости Б. Под давлением масла в полости А поршень перемещается вниз и освобождает манжету, которая разжимается благодаря собственной упругости. Расчетное время закрытия универсального, превентора не должно превышать 30 с.
3) Превентор устьевой вращающийся.
Предназначен для герметизации бурового инструмента с обеспечением вращения колонн бурильных труб, подачи инструмента на забой, выполнения спуско-подъемных операций под давлением в среде буровых растворов, пенных систем, газа, нефти. Использование вращающегося превентора позволяет повысить безопасность проведения буровых работ, улучшить систему защиты окружающей среды. Рабочая среда - газ, нефть, газоконденсат, буровой раствор и их смесь. Все виды технического обслуживания и замену деталей превентора можно выполнять с использованием стандартного слесарного инструмента. Присоединительные размеры флацев соответствуют ГОСТ 26-16-1608-79, ГОСТ 26-16-1613-79. Изготавливаются в соответствии с техническими условиями API 16A.
4) Манифольд.
Предназначен для обвязки блока превенторов противовыбросового оборудования и обеспечения циркулирования растворов в нефтяных и газовых скважинах в процессе их строительства и ремонта с целью безопасного ведения работ, поддержания требуемого давления на устье, предупреждения выбросов и открытых фонтанов, охраны недр и окружающей среды. Рабочая среда - газ, нефть, газоконденсат, буровые растворы и их смеси.
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69 - ХЛ, УХЛ.
5)Управление ПВО.
Управлении превенторами предусматривается гидравлический и механический принцип действия механизмов. Пневматическое управление не применяется, так как не обеспечивает необходимых усилий. Каждая плашка превентора управляется отдельно. Управление дистанционное, для чего главный пульт выносится за пределы буровой установки не менее чем на 10 м от устья скважины. Все узлы основного пульта смонтированы на общей раме, то есть в виде отдельного блока. Нa посту бурильщика или в другом месте буровой установки размещается вспомогательный, дублирующий пульт управления, сблокированный с главным. С пультов можно закрывать и открывать плашечнве и универсальный превенторы и управлять задвижками манифольда. Рабочее давление в гидросистеме – 10 МПа.
В качестве рабочей жидкости применяются чистые масла ДП-8, АМГ-10 или их заменители - индустриальное, веретенное, трансформаторное.
Эксплуатация
После разбуривания цементного стакана колонна вместе с ПВО опрессовывается водой.
После 50 СПО производится повторная опрессовка ПВО.
Плашки превенторов установленных на устье должны соответствовать диаметру применяемых труб. В случае применения на устье труб разных диаметров плашки должны соответствовать диаметру верхней секции колонны бурильных труб.
При появлении признаков газоводонефтепроявлений, первым закрывается универсальный превентор при подвешенном на талевой системе инструменте и при открытых задвижках выкидов манифольда.
При закрывании плашечного превентора против плашек должна располагаться гладкая часть трубы, а муфта должна находиться над столом ротора на уровне АКБ.
Перед предполагаемым вскрытием продуктивных пластов с АВПД, исправность ПВО проверяется мастером и механиком еженедельно путем открытия и закрытия плашек. Перед вскрытием – 1 раз в сутки.
При замене вышедших из строя деталей ПВО, смене плашек на устье, превенторы и обвязка должны подвергаться опрессовке с установкой пакера. Не реже 1 раза в месяц механик и буровой мастер проверяю все соединения обвязки ПВО, работоспособность превенторов, исправность системы управления ПВО.
Для обеспечения к герметизации устья бурящейся скважины, надежности эксплуатации ПВО следует:
не допускать течи превенторов, узлов манифольда и трубопроводов гидроуправления;
следить за затяжкой резьбовых соединений;
обеспечивать чистоту полости плашек превентора;
следить за качеством масла в гидросистеме;
не реже 1 раза в месяц проверять уровень масла в баке, в зимнее время добавлять в масло спирт;
не реже 1 раза в месяц проверять давление азота в гидроаккумуляторе, при падении давления до 5,5 МПа производить его дозаправку до давления 6,5 МПа.
Уход за установкой гидравлического управления:
проверка открытия-закрытия плашек от пульта управления – 1 раз в смену в начале работы;
проверка открытия-закрытия универсального превентора от пульта – 1 раз в 48 часов, еженедельно производиться закрытие на бурильных трубах;
проверка уровня масла в баке – 1 раз в смену;
замена рабочей жидкости (1000 л) – 1 раз в 6 мес;
проверка герметичности викидных линий от гидравлической аппаратуры превенторов и задвижет манифольда – 1 раз в 48 часов.
Прочность корпусных деталей ОП, воспринимающих давление скважинной среды, должна обеспечивать возможность их опрессовки пробным давлением:
Условный проход, мм |
Пробное давление при рабочем (Рр), МПа |
|||||
7 |
14 |
21 |
35 |
70 |
105 |
|
до 350 |
2,0 Рр |
1,5 Рр |
||||
свыше 350 |
1,5 Рр |
2,0 Рр |
||||