Вопрос 4.5. Запорные и регулирующие устройства фонтанной арматуры и манифольда

К запорным устройствам относятся задвижки и краны для пере­ крытия или открывания каналов арматуры и манифольда, к регули­ рующим - сменные штуцеры и вентили для изменения дросселиро­ ванием расхода пластовой жидкости или газа.

В зависимости от схемы фонтанной арматуры или манифольда число запорных устройств в елке и трубной головке может состав­ лять 10...12, а в манифольде - 15...20 задвижек или кранов.

Аналогичные запорные устройства используются в арматуре газ­ лифтных и нагнетательных скважин.

1 3 3 -

Запорные устройства - задвижки и краны применяемых в фон­ танной арматуре типов широко используются в оборудовании почти для всех технологических процессов и операций при добыче нефти и газа, а в несколько измененном виде и при бурении скважин. В част­ ности, они используются в противовыбросовом оборудовании, в ма-нифольде буровых насосов, в оборудовании для гидроразрыва плас­ та, для кислотной обработки и вообще во всех промывочных агрега­ тах, нефтегазопромысловых коммуникациях и сооружениях для сбо­ ра, разделения, транспорта пластовой жидкости, нефти и газа, для закачки воды и газа в пласт. Значительная часть этих запорных уст­ ройств применяется в оборудовании для первичной переработки не­ фти и газа и их транспортировки.

Клиновая задвижка (рис. 4.9) наиболее простая, но имеет суще­ ственные недостатки: в открытом положении клин 7 поднят выше проходного отверстия, и уплотняющие поверхности клина и кольца в корпусе практически омываются потоком смеси, идущей из сква­ жины. При этом идет коррозия и эрозия мест уплотнения. Открытая полость задвижки представляет собой местное сопротивление с рас­ ширением. Здесь образуются вихри и создаются условия для выпа­ дения солей и механических примесей.

Прямоточная задвижка (рис. 4.10) в закрытом и открытом состо­ янии (в последнем состоянии отверстие устанавливается по оси ка­ нала корпуса) имеет уплотняющие поверхности закрытыми. Две по­ ловинки плашки 10 разжимаются пружинами и прижимаются к кор­ пусу. Канал не изменяет своего диаметра. Задвижка заполнена гус­ тым маслом, а полости 7 - смазкой, которая поступает к местам уп­ лотнения плашек под давлением среды, передаваемым через поршни 6.

Пробковый кран (рис. 4.11) состоит из корпуса 1, конической пробки 2, крышки 3, через которую проходит регулировочный винт 4, позволяющий регулировать рабочий зазор между ушготнительны-ми поверхностями корпуса пробки.

Уплотнение регулировочного винта осуществляется манжетами 5, поджатие которых производится грундбуксой. Управление краном осуществляется путем поворота пробки 2 (через шпиндель 7 и кулач­ ковую муфту 6) рукояткой 8 до ее упора (рукоятки) в выступы гор­ ловины корпуса.

Для поворота пробки крана рукоятку при необходимости нара­ щивают рукояткой 406 - ЗИП - 4, поставляемой с арматурой. Шпин­ дель уплотняется манжетами, которые поджимаются грундбуксой.

Для отжатия заклиненной пробки и подачи смазки в шпинделе 7 крана предусмотрено устройство, состоящее из толкателя 9 и втулки (уплотняемой двумя кольцами из маслобензостойкой резины) с вмон­ тированным в нее обратным клапаном 10. Отжатие заклиненной проб-

- 1 3 4 -

ки осуществляется вращением толкате­

ля Осевое усилие на пробку передает­

ся через втулку. Кран работает только

со смазкой.

Смазка выполняет следующие фун­

кции: обеспечивает герметичность зат­

вора крана; облегчает поворот пробки,

создавая постоянную прослойку между

уплотнительными поверхностями кор­

пуса и пробки; предохраняет уплотни-

тельные поверхности от коррозии и из­

носа; предохраняет кран от заедания

и заклинивания. С целью повышения

коррозийной стойкости пробка крана

подвергается сульфацианированию.

Рис. 4.9. Клиновая задвижка:

Кран смазывается через 40-50 цик­

/ - маховик; 2 - крышка манжеты;

лов работы смазкой ЛЗ-162 или через

3 - манжета; 4 - шпиндель и его

бурт осевой опоры; 5 - крышка

150-180 циклов смазкой «Арматол-

задвижки; 6 - прокладка; 7 - клин;

238».

8 - корпус; 9 - кольцо

Рис. 4.10. Прямоточная

Рис. 4.11. Пробковый кран:

1 - корпус; 2 - конус; 3 - крышка;

задвижка:

4 - регулирующий винт; 5 - манжеты;

- маховик; 2 - корпус подшипника:

6 - кулачковая муфта для проворота конуса

-> - крышка задвижки; 4 - шпиндель;

шпинделем; 7 - шпиндель; 8 - рукоятка;

5 - прокладка; б - поршень;

9 - нажимной болт для подачи смазки;

7 - шека корпуса; 8 - гайка плашек;

10 - обратный клапан;

9 - втулка; 10 - плашка; 11 - корпус

11 и 12 - ограничитель и пружина клапана

135

Прямоточные задвижки типа ЗМС1 с принудительной подачей смазки с ручным управлением с условным проходом 65,80,100 и 150 мм, рассчитанные на давление 21 и 35 МПа, состоят из корпуса, седла входного, шпинделя, маховика, гайки ходовой, крышки подшипни­ ков, гайки нажимной, кольца нажимного, манжет, крышки, пружин тарельчатых, клапана нагнетательного, седла выходного, шибера. Гер­ метичность затвора обеспечивается созданием необходимого удель­ ного давления на уплотняющих поверхностях шибера и седел. Пред­ варительное удельное давление создается тарельчатыми пружинами.

Рис. 4.12. Прямоточные задвижки типов З М С 1 (а) и З М А Д (б) с ручным управлением:

а: 1 - крышка; 2 - разрядная пробка; 3 - крышка подшипника; 4 - регулировочная шайба; 5 - шпиндель; 6 - верхний кожух; 7 - маховик 8 - упорный шарикоподшипник; 9 - ходовая гайка; 10 - узел сальника; 11 - прокладка; 12 - шибер; 13 - корпус;

14 - выходное седло; 15 - шток; 16 - нагнетательный клапан; 17 - нижний кожух; 18 - входное седло; 19 ~ тарельчатая пружина; б: 1 - корпус; 2 - шпиндель;

3 - обратный клапан для смазки узла сальника; 4 ~ ходовая гайка; 5 -маховик; 6 - винт; 7 - кожух; 8 ~ масленка; 9 - упорный шариковый подшипник;

10 - крышка подшипников; 11 - корпус сальника; 12 - поршенек; 13 - плашка; 14 - направляющие щеки; 15 - фторопластовая втулка; 16 - манжеты;

17 - уравновешивающий шток

136-

В настоящее время вместо задвижек ЗМС1 (см. рис. 4.12, а) выпуска­ ются модернизированные задвижки типа ЗМ и ЗМС.

Прямоточная задвижка типа ЗМАД, рассчитанная на давление 70 МПа, с автоматической подачей смазки и ручным управлением (рис.4.12, б) состоит из корпуса, двух седел (щек), шибера, выпол­ ненного в виде двух плашек, шпинделя, уравновешивающего штока, корпуса сальника, ходовой гайки с трапецеидальной резьбой, упор­ ных подшипников, крышки подшипника, маховика, кожуха.

Особенность задвижки - наличие системы автоматической пода­ чи смазки в затвор, состоящий из полости, поршеньков, системы ка­ налов, которые связывают полость с кольцевой канавкой на уплот-нительной поверхности щеки и обратными клапанами, расположен­ ными снаружи корпуса и предназначенными для периодического (че­ рез каждые 10...15 циклов работы задвижки) нагнетания смазки в полость.

Регулируемые штуцеры (рис. 4.13) позволяют бесступенчато ре­ гулировать давление на выкиде фонтанной скважины за счет осевого перемещения шпинделя штуцера с насадкой, входящей в гнездо.

Рис. 4.14. Быстросменный штуцер:

1- обойма; 2,9 - уплотнительные

кольца; 3- пружина; 4 - дроссель;

j 4.13. Регулируемый штуцер

5 - уплотнение дросселя; 6

- винт;

' - сменная насадка; 2- втулка

7 - проточка; 8 - корпус; 10

- кольцо

- 1 3 7 -

Из-за переменного профиля насадки площадь кольцевого отверстия между гнездом и насадкой при перемещении шпинделя меняется

пределах от 3 до 35 мм, что и позволяет регулировать расход жид­ кости или газа. Штуцер рассчитан на рабочее давление до 70 МПа. Масса штуцера около 80 кг.

Для облегчения управления штуцерами и для возможности теле­ управления они оснащаются приводом.

При агрессивных средах и больших расходах жидкости или газа насадка шпинделя и гнездо штуцера быстро изнашиваются. Для по­ вышения износостойкости этих деталей они изготавливаются из спе­ циальных композитных материалов. Однако и это не исключает не­ обходимости в частых сменах регулируемого штуцера. Поэтому

подобных условиях применяются сменные, втулочные штуцеры

разными диаметрами отверстий, которые при износе поверхности отверстия снимаются с фонтанной арматуры и заменяются новыми.

Смена обычного втулочного штуцера трудоемка и длительна. Для облегчения и ускорения этой операции применяются быстросменные штуцеры (рис. 4.14). За счет использования сменных втулок с отвер­ стиями диаметром 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30 мм и возможности их быст­ рой смены можно ступенчато регулировать расход жидкости или газа. Штуцер рассчитан на рабочее давление 70 МПа.