4 Порядок проведення заняття

4.1 Згідно таблиці 1.1 і варіанту отриманого у викладача вибрати вихідні дані.

4.2 Обґрунтувати параметри ФА (діаметр стволової частини фонтанної ялинки та тиск) та вибір її схеми враховуючи рекомендації пункту 3.

Діаметр стволової частини фонтанної ялинки визначається за дебітом свердловини з умови оптимальної швидкості руху продукції пласта у насосно-компресорних трубах та самій фонтанній ялинці. Для нафтових свердловин швидкість рекомендується приймати близькою до 0,5 м/с.

Секундна подача свердловини, м³/с

, (1.1)

де F - площа поперечного перерізу стволової частини фонтанної ялинки ,

, м²; (1.2)

- рекомендована швидкість переміщення продукції пласта, м/с.

Тоді діаметр стволової частини фонтанної ялинки

. (1.3)

Для газових свердловин швидкість рекомендується приймати близькою до 5 м/с і при визначенні необхідного діаметру стволової частини фонтанної ялинки приводити дебіт свердловини до очікуваного тиску на усті:

, (1.4)

де - атмосферний тиск, МПа;

- очікуваний дебіт газу, 10⁶ м³/добу;

- очікуваний тиск на усті, МПа.

Обчислене значення діаметра стволової частини необхідно привести до стандартного більшого значення.

Підібравши діаметр та тиск фонтанної арматури необхідно встановити схему за якою вона повинна збиратися. При виборі схеми ФА необхідно враховувати значення діаметра, очікуваного тиску і характеристику продукції пласта. При цьому необхідно скористатися інформацією поданою у таблиці 1.2 та наступними рекомендаціями:

-при наявності в продукції пласта механічних домішок, з метою забезпечення проведення ремонтних робіт без зупинки роботи свердловини, використовувати фонтанну арматуру трійникового типу із двома боковими відводами;

-при значній корозійній активності продукції пласта, а також при високих тисках використовувати фонтанну арматуру зі здвоєними запірними пристроями.

З метою забезпечення керування режимом роботи свердловини обґрунтувати і вибрати типи запірних і регулюючих пристроїв на стволовій частині і бокових відводах фонтанної ялинки та трубної головки. При цьому скористатися довідковою інформацією поданою у таблиці 1.7.

4.3 Вибрати типорозмір фланцевого з’єднання.

Для робочих тисків 14, 21, 35 МПа застосовуються фланцеві з’єднання виконання 1 із зазором між торцями фланців. Вони комплектуються прокладками типу П ортогонального поперечного перерізу з двостороннім контактом(рисунок 1.3, 1.5). При робочих тисках більших ніж 35 МПа використовуються фланцеві з’єднання виконання 2 без зазору між торцями і прокладками типу БХ ортогонального поперечного перерізу з одностороннім контактом (рисунок 1.4, 1.6). Розміри фланців вибираються у відповідності до прохідних отворів стволової частини фонтанної ялинки встановлених у попередньому пункті. Для проведення подальших розрахунків параметри фланців вибрати із таблиць 1.3 і 1.4, а відповідних їм прокладок - таблиць 1.5 і 1.6.При виборі матеріалу прокладок необхідно врахувати корозійну активність продукції пласта (таблицяі1.10)

4.4 Провести перевірочний розрахунок на міцність фланця, який з’єднує трубну головку і фонтанну ялинку.

4.4.1 Визначити зусилля, що діють на фланцеве з’єднання.

При експлуатації фланцевого з’єднання на свердловині на його елементи діють зусилля , які виникають в результаті затягування ущільнюючого стику з врахуванням тиску пластової рідини.

Якщо застосовується прокладка з двостороннім контактом розрахунок ведеться за формулою

, Н, (1.5)

де - середній діаметр прокладки, м;

- тиск робочої рідини, па;

- ефективна ширина прокладки, м;

, (1.6)

- ширина прокладки, м;

m - коефіцієнт, який враховує пружні властивості матеріалу прокладки (для нафти значення m становить від 5 до 6, для газу – від 10 до 12, менші значення приймають для м’яких сталей, більші – для більш твердих, а при використанні сталі 12Х18Н9Т m=7).

У випадку одностороннього дотику поверхні проточки розрахунок зусилля затягування з’єднання ведеться за формулою

, Н, (1.7)

де - зусилля від тиску робочої рідини, Н;

- залишкові зусилля від затягування, які повинні бути достатніми для забезпечення герметичності з’єднання, Н;

, (1.8)

, (1.9)

, , (1.10)

де - коефіцієнт Пуассона ( =0,3);

- робоча висота прокладки, м

, (1.11)

- радіус округлення прокладки, м;

- внутрішній і зовнішній радіуси прокладки відповідно, м.

4.4.2 Провести перевірочний розрахунок фланця на статичну міцність.

При проведенні перевірочного розрахунку необхідно врахувати, що при виготовленні деталей устьового обладнання, на які діє внутрішній тиск, слід використовувати матеріали, що забезпечують механічні властивості деталей після кінцевої обробки не нижчі вказаних в таблиці 1.8. Конкретні марки сталей потрібно вибрати із переліку поданого у таблиці 1.9. При виборі врахувати рекомендації таблиці 1.8 і умови в яких буде експлуатуватися обладнання

Перевірочний розрахунок на статичну міцність проводиться в залежності від умовного моменту згину , який діє у небезпечному перерізі А-А (рисунок 1.7). При цьому напруження згину

, (1.12)

де - границя текучості матеріалу фланця, Па;

- згинальний момент, Н^.м.

, (1.13)

де - зусилля затягування з’єднання, Н;

- плече згину, м

, (1.14)

а – схема руйнування фланцевого з’єднання; б – механізм ущільнення фланцевого з’єднання першого типу; в - механізм ущільнення фланцевого з’єднання другого типу

Рисунок 1.7 – Схема фланцевого з’єднання

де - ділильний діаметр кола центрів отворів під шпильки, м;

- середній діаметр небезпечного січення, м,

, (1.15)

де - більший діаметр шийки;

- момент опору фланця в небезпечному перерізі, м³

, (1.16)

де - ширина торця прокладки, м;

- повна висота тарілки фланця, м;

- глибина канавки, м.

4.4.3 Провести розрахунок шпильки.

Внутрішній діаметр шпильки по впадині різьби визначається за формулою

, (1.17)

де - границя текучості матеріалу шпильки, Па;

z – число шпильок у фланцевому зєднанні;

- коефіцієнт запасу міцності шпильки, .

Механічні властивості матеріалу заготовок або готових шпильок в термообробленому стані повинні відповідати вказаним у таблиці 1.10.

Типорозмір шпильок вибирається із врахуванням попередньо визначеного діаметра різьби по впадинах.

4.4.4 Провести розрахунок циліндричної частини елементів фонтанної арматури.

Товщина стінки циліндричної частини фонтанної арматури розраховується як для товстостінної посудини за формулою

, (1.18)

де - внутрішній діаметр циліндричної частини, м;

- робочий тиск продукції пласта, МПа;

- допустимі напруження на розтяг, МПа (прийняти рівними допустимим напруженням згину);

- припуск на корозію, м (2-5мм).

Припуск на корозію слід приймати у відповідності до умов експлуатації фонтанної арматури

4.5 Скласти методику випробування фонтанної арматури після її монтажу на усті свердловини.

При складанні методики випробовування фонтанної арматури необхідно врахувати, що після монтажу на усті свердловини її випробовують тільки на герметичність, а тиск випробовування не повинен перевищувати тиску випробовування експлуатаційної колони.