2. Фланцевые соединения и запорные элементы фонтанной арматуры. Конструкция, типоразмеры, маркировка, материалы, методика расчета.

Фланцевое соединение предназначено для герметизации и соединения труб.

Методика расчета фланцевых соединений фонтанной арматуры

Из условия эксплуатации скважин (давление, дебит, содержание песка, температура и др.) выбирают схему арматуры, диаметр проходного отверстия, размер фланцев.

По известным размерам фланца выбирают из приложения размер прокладки.

Выполняют предварительный расчет фланца на прочность по первому варианту соединения фланцев. Если все полученные данные соответствуют требованиям, то определяют размеры шпилек и потребное количество их и расчет на этом заканчивают.

При больших давлениях надо обеспечивать работу соединения по второму варианту для уменьшения напряжений в элементах соединения фланцев.

Расчет фланцевых соединений фонтанной арматуры (первый вариант)

Нагрузка на шпильки от их предварительной затяжки:

где D_cp- средний диаметр прокладки фланцевого соединения; b_о - расчетная толщина прокладки; q_n - удельное давление смятия прокладки, зависит от материала прокладки, принимается по табл. 1;

Эксплуатационная нагрузка складывается из:

1 ) Сила давления перекачиваемой среды

2) Сила давления на прокладку для обеспечения герметичности соединения (остаточное усилие затяжки)

3) Сила изгибающего момента от массы боковых отводов фонтанной арматуры

4) Усилие от температурных деформаций возникает из-за того, что при повышенной разницы в температуре перекачиваемой (пластовый флюид и др.) и окружающей среды внутренние и наружные элементы фонтанной арматуры подвержены разным деформациям, что создает дополнительные нагрузки.

Определение напряжения в наиболее опасном сечении фланца.

Фланец считают по наиболее опасным сечениям, таковым является сечение АС для фланцев с овальной и восьмигранной прокладкой (рис. 3.4).

Допустимое напряжение [с] определяется по пределу текучести материала фланца при запасе прочности 2,5.

Запорные и регулирующие устройства

Запорные устройства фонтанной арматуры изготовляются трех типов: пробковые краны со смазкой, прямоточные задвижки со смазкой типа 5М и ЗМС с однопластинчатым и ЗМАД - с двухпластинчатым шибером. Задвижки типов ЗМС и ЗМАД имеют модификации с ручным пневмоприводом.

Пробковый кран со смазкой типа КППС - 65x14 состоит из корпуса, конической пробки, крышки, через которую проходит регулировочный винт, позволяющий регулировать рабочий зазор между уплотнительными поверхностями корпуса и пробки. Уплотнение регулировочного винта осуществляется манжетами, поджатие которых производится грундбуксой.

Прямоточные задвижки предназначены для установки в устьевую арматуру или трубопровод и применяются в качестве запорного устройства для перекрытия или полного закрытия потока рабочей среды из скважин.

На выкидных линиях, после запорных устройств, для регулирования режима работы скважины ставят регулирующие устройства (штуцеры), обеспечивающие дросселирование потока вследствие изменения площади проходного сечения. Они подразделяются, на нерегулируемые и регулируемые.

Нерегулируемый штуцер зачастую представляет собой диафрагму или короткую втулку (насадку) с малым отверстием. Диаметр отверстия штуцера может составлять 5÷25 мм.

_{Регулирование режима эксплуатации осуществляется заменой корпуса с насадкой на другой диаметр. Более удобны регулируемые дроссели, предназначенные для ступенчатого и бесступенчатого регулирования режима работы скважины.} Площадь сечения выходного отверстия изменяют вращением маховика вручную. Ступенчатое регулирование осуществляется с помощью устанавливаемых в гильзу насадок разного диаметра. Устьевое (до штуцера) и затрубное давления измеряют с помощью манометров. На фланцах боковых отводов трубной головки и фонтанной елки предусматриваются отверстия для подачи ингибиторов коррозии, затрубное пространство и ствол елки, а также под карман для термометра.

Манифольд предназначен для обвязки фонтанной арматуры с выкидной линией (шлейфом), подающей продукцию на групповую замерную установку. Манифольд монтируют в зависимости от местных условий и технологии эксплуатации. В общем случае они обеспечивают обвязку двух струн со шлейфом струн с затрубным пространством, струн и затрубного пространства с факелом.

Расчет запорных устройств.

1. _{Выбирается тип запорного устройства и представляется его графическоеизображения.}

2. _{Определяется момент необходимый для открытия и закрытия задвижи или крана.}

3. _{Определяется установка прямоточных задвижках применяется разгрузочный шток, представляется схематическое изображение задвижки со штоком.}

3. Оборудование для газлифтной эксплуатации скважин. Схемы, конструкции. Методика расчета пусковых и рабочих газлифтных клапанов.

Принципиальные схемы оборудования скважин. Конструкция внутрискважинного оборудования.

По мере истощения пластовой энергии фонтанирование скважин прекращается и возникает необходимость механизированной добычи нефти. Подъем продукции скважин на дневную поверхность с помощью потенциальной энергии газа называется газлифтным способом эксплуатации. В качестве рабочего агента используется газ, отбираемый, например, из газовой залежи (природный газ) или попутно-добываемый (нефтяной газ). Ранее в качестве рабочего агента использовали воздух (эрлифт).

Принцип действия газлифта заключается во введении в продукцию сжатого газа и не отличается от принципа работы фонтанной скважины, за исключением того, что основное количество газа подводится извне, а не выделяется из нефти при понижении давления. Основным источником в этом случае является попутно-добываемый или природный газ.

Различают два принципиальных типа газлифтной эксплуатации:

1. Непрерывный газлифт.

2. Периодический газлифт.

Непрерывный газлифт реализуется тогда, когда продуктивность скважины достаточно высока. В случае низкой продуктивности скважины используется периодический газлифт по двум основным схемам: газлифт с перепускным клапаном и газлифт с камерой накопления.

Однорядный подъемник (рис. 4.1,а) широко используется при эксплуатации скважин с нормальными условиями (в продукции отсутствуют механические примеси), при хорошем качестве рабочего агента и его подготовки (в газе отсутствуют корродирующие компоненты, механические примеси, низкое влагосодержание). В противном случае при прямой закачке возможна коррозия не только подъемника (который при необходимости может быть заменен на новый), но и обсадной колонны (замена которой невозможна).

О сновные схемы газлифтных скважин приведены на рис. 4.1.

В настоящее время вместо муфты с рабочими отверстиями применяют рабочий (концевой) клапан, устанавливаемый на расчетной глубине.

Таким образом, однорядные подъемники в силу определенных преимуществ получили достаточно широкое применение для эксплуатации добывающих скважин.

Двухрядный подъемник (рис. 4.1,б) предназначен для эксплуатации скважин с определенными осложнениями (пескообразование),когда продукция представлена коррозионно-активными компонентами, а также в случае недостаточно высокого качества подготовки закачиваемого газа (повышенное влагосодержание газа и содержание в нем корродирующих компонентов). При такой конструкции в скважину спускают два ряда труб: внешний - большего диаметра и называемый воздушными трубами и внутренний - подъемник меньшего диаметра.

Полуторарядный подъмник (рис. 4.1,в), по существу, не отличается от двухрядного, за исключением того, что нижняя часть воздушных труб компонуется из труб меньшего диаметра (так называемый хвостовик); при этом создаются лучшие условия выноса песка и предотвращается образование на забое песчаной пробки. Кроме недостатков двухрядного подъемника, в полуторарядном подъемнике невозможно из-за наличия хвостовика увеличивать в большинстве случаев глубину спуска подъемника, хотя металлоемкость такой системы несколько меньше, чем двухрядной.

Глубинные газлифтные клапаны

Глубинные клапаны предназначены для установления или прекращения взаимосвязи подъемника с различными межтрубными пространствами. Глубинные клапаны можно классифицировать по следующим признакам:

1. По назначению: Пусковые, Рабочие, Концевые.

2. По конструкции: Пружинные, Сильфонные, Комбинированные.

3. По характеру работы: Нормально открытые, Нормально закрытые.

4. По давлению срабатывания: От давления в затрубном пространстве, От давления в НКТ (подъемнике).