1.6. Мұнай кәсіпшілігінің коммуникациялық құбырлары

Кәсіпшіліктің коммуникациялық құбырлары қалыпты жағдайда жалпы сортты құбырлардан құралады. Бұл құбырлар – МЕмСТ 3262 (газ құбырлары) және МЕмСТ 8732 (ыстықпен созылмалы). Олардың бұрандасы болмайды, ұзындығы 12 метрге дейін жетеді. Құбырлардың диаметрлері әртүрлі болады. МЕмСТ 3262 үшін жасалған құбырлардың диаметрі 6 мм-ден 150 мм-ге дейін болады. Олар жеңіл, орта және күшейтілген болып, сыналатын қысымға байланысты түрлерге бөлінеді (сынау қысымы қалыпты жағдайда 3,2 МПа-дан аспайды). Ал МЕмСТ 8732 үшін диаметрлері 25 мм-ден 450 мм-ге дейін және құбыр қабырғасының қалыңдығы: ең шағындары үшін 2,5 – 8мм аралығында, ал үлкен құбырлардікі 16-20мм аралығында болады. Бұл құбырларда қолданатын болаттардың түрі төменгі 1.5-кестеде берілген, [1].

Кәсіпшілік құбырлары беріктікке және гидравликалық кедергіге тексеріледі. Беріктікті тексеру кезіндегі есептеулер шекті қысымды есептеуге жүргізіледі. Гидравликалық кедергілерді есептеген кезде келесі жағдайды білу қажет: көптеген анықтамалық кестелерде мәліметтер суды тасымалдау үшін берілген, ал кәсіпшіліктегі құбырлар арқылы тұтқырлығы әртүрлі сұйықтар және қоспалар қозғалады.

1.5-кесте

Кәсіптік құбырларды дайындауға арналған материалдар

Болаттың маркасы	Ағу шегі, МПа (ең аз дегенде)
Сталь 10	207
Сталь 20	246
Сталь 35	295
10Г2	265
15ХМ	226
30ХМА	393
12ХН2А	393

Құбырлар МЕМТАУТЕХТЕКСЕРІС (Госгортехнадзор) ережелері бойынша жобаланады және жасалынады (ал буды тасымалдайтын құбырлар бұл ережелерге бағынбайды). Олардың жұмыс істеу қысымы 0,2 МПА-ға дейін, судың температурасы 120 ⁰С және оның пайдалану уақыты 1 жылға дейін. Мұндай құбырлар сынау қысымына шыдау керек, ал соңғысы мына формула бойынша анықталады, [1]:

р=2S[σ_т]/D_іш, (1.15)

мұндағы, S – құбырдың қабырғасының қалыңдығы; – рұқсат етілген кернеу (ағу шегінің 40%-ы); D_іш – құбырдың ішкі диаметрі.

Құбырларды құрастырудың жобалау жұмыстары МЕМТАУТЕХТЕКСЕРІС-тің соңғы ережесіне бағынады және ол құбырлардың қандай категориясына жататынын анықтау қажет.

1.7. Ұңғылардың нығыздауыштары – пакерлер

Пакерлер оқпан бойындағы аумақтарды тікелей ажырату және тізбектің бұзылған аймақтарын герметизациялау үшін қолданылады. Олар ұңғыма ішінде профилактикалық тексерусіз және жөндеу жұмыстарынсыз бірнеше сағат (мысалы, қабатты сұйықпен жару кезінде), бірнеше ай (мысалы, жылутасығыштарды енгізген кезде), немесе бірнеше жыл (мысалы, әртүрлі өндіру технологиялары үшін) жұмыс істеуге арналған. Ұңғымалық нығыздауыштар – пакерлер пайдалану кезінде шегенделген бөлікте ұсталынып, ал бұрғылау жұмыстары кезінде оның шегенделмеген бөлігіне орналастырылады.

Пакерлердің қабылдайтын қысымдары 7 МПа -дан 70 МПА -ға дейінгі аралықта болады. Ортаның температурасы оны пайдалану кезеңінде 40-100⁰С аралығында, ал қабатқа жылулық әсер ету кезінде 300...400⁰С -қа дейін жетеді. Қалыпты жағдайда пакердің жұмыс істейтін ортасы мұнай мен газдың орын алу себебінен коррозияға ұшырайды, сондықтан пакердің элементтерін мұқият таңдау қажет. Сонымен қатар, тұз, гидрат, смолалардың шөгуі және өнімдердегі механикалық қоспалардың орын алуы пакердің жұмысын одан әрі қиындатады.

Пакердің және оның элементтерінің функционалды қызметі мынадай: ұңғыма оқпанын бөлу және герметизациялау; қысымның өзгеру себебінен пайда болатын осьтік жүктемелерді қабылдау. Бұл функцияларды орындау үшін пакердің конструкциясы оның элементтерін ұңғымаға түсіру, орнату және демонтаждау кезінде басқару жұмыстарын жүргізуге мүмкіндік беруі қажет; кейбір технологиялық операцияларды (мысалы, ажыратқыш пакерде сұйықтың өту мүмкіндігін жою) орындау. Осының бәрін ескеріп оның структуралық сұлбасын келесі элементтерден құрастырады: нығыздаушы элементтер, пакердің тірегі, пакерді басқару жүйесі, технологиялық қондырғылар.

Қолдану шартына байланысты элементтердің конструкциялық орындалуы өзгеруі мүмкін. Пакердің негізгі элементтерін қарастырайық. Оның түрлі элементтері 1.13-суретінде көрсетілген.

Нығыздаушы элементтер. Бұл элементтердің әртүрлі орындалуы 1.12 а және б суреттерінде көрсетілген, [1]. Пакердің конструкциясында бір немесе бірнеше нығыздаушы элементтер болуы мүмкін.

1.12-сурет. Конструкциялары әртүрлі пакерлердің сұлбасы:

а – осьтік жүктемелер әсер еткенде тығыздаушы элементті ашатын және шегендеуші тізбектегі шлипсті тірегі бар пакер; б - өздігінен нығыздалатын пакер; 1 - төлкедегі жарықшақ; 2 – штифт; 3 – төлке; 4 - пружина; 5 – пакер тогы; 6,7 – нығыздаушы элементтер; 8 – конус; 9 – шлипсті ұстағыш

Конструкциялық орындалуына байланысты пакерлер келесі түрлерге бөлінеді:

1. Осьтік жүктеменің әсер етуінен деформацияланатын элементтер. (1.13, а-сурет), [1]. Мұндай нығыздауыштар үшін материал ретінде резина, графитпен қаныққан асбест мата (1.13, б-сурет) және жоғары температуралар үшін – қорғасын қолданады. Осьтік жүктемелерді құбыр тізбегінің салмағы немесе поршень арқылы пайда болатын қысым айырмасы тудыруы мүмкін.

1.13-сурет. Нығыздаушы элементтердің үлгісі

2. Ішінде артық қысым пайда болған кезде ашылатын элементтер (1.13, в-сурет). Мұндай нығыздаушы элементтер үшін материал ретінде негізінен резина қолданады.

3. Өздігінен тығыздалатын элементтер (1.13, г-сурет). Мұндай нығыздауыштар үшін де қолданатын негізгі материал – резина.

Нығыздаушы элементтердің алғашқы екі түрі СКҚ-ң жеткілікті салмағы кезінде шегендеуші құбырларға мұқият жабысады. Бұл жағдайда құбырлар тізбегінің төменгі жағының бөлігі тігінен бүгіледі.

Соңғы екі түрінің артықшылығы ретінде олардың ашылуы үшін СКҚ тізбегінің салмағының шегендеуші құбырлар тізбегіне әсер етуінің қажеті жоқ. Мұндай нығыздаушы элементтердің жұмыс істеуі үшін СКҚ-ң ішінде немесе шегендеуші құбыр ішінде артық қысым жасау керек. Құбыр бойымен сұйықты жібергенде нығыздаушы элементте қысымның өзгеруі есебінен пакер ашылады. Кейбір пакерлерде нығыздаушы элементтер сол күйінде қалып қалады. Мұндай пакердің конструкциясы басқалармен салыстырғанда күрделілеу болып келеді.

Өздігінен нығыздалатын элемент – манжета (1.13, г-сурет) шегендеуші құбырлар бойымен оларға тартыла жабысып төмен түсіріледі. Сол себептен резина мұндай жағдайға төзімді болуы қажет және манжетаны бірнеше рет қолдануға болмайды. Барлық басқа нығыздаушы элементтерде шегендеуші құбыр мен элементтің тірегінің арасында саңылау болады. Пакердің нығыздауыштары мен шегендеуші құбырлардың арасындағы саңылаудың диаметралды мөлшері 10...20мм. Қысымның өзгеруі салдарынан нығыздаушы элемент шегендеуші құбырға жабысады. Бірақ пакерді көтеру кезінде осы себептен ол тығырыққа тіреледі. Соған байланысты арадағы саңылауды шағын етіп жасайды, ал бірінші нығыздауыштың астында қалыпты жағдайда екінші элемент (6) орналасқан. Ол сұйықпен толтырылған саңылауды жауып тұрады (1.12-сурет).

Көрсетілген жағдай бірінші нығыздаушы материалдың саңылауға ағып келуінен сақтайды. Кейбір жағдайда, бірінші нығыздауыштың тірегі қисық орналасқан шайбалардың қатарынан жасалады. Оған нығыздаушы элемент әсер еткенде, шайбалар тігінен тұруға тырысады да, саңылауды жауып тастайды.

Өздігінен нығыздалатын элемент ұңғымаға тартумен түсіріледі және оның материалы кортпен күшейтілген резинадан жасалған.

Пакерлердің нығыздаушы элементтері келесі жағдайлар үшін қолданылады:

1. Мұнай және газды өндіру кезінде, егер:

а) ұңғымада екі немесе одан да көп бір-бірінен ажыратылған каналдарды жасау қажеттілігі туғанда (мысалы, бір уақытта бірнеше қабаттан мұнай өндірген кезде СКҚ-ның іші мен оның сыртындағы сақиналы аймақты нығыздау);

ә) ұңғыманы құбырсыз өндіру кезінде (төменгі жағында тығын орнатылған шегендеуші құбыр арқылы өнімді көтеру);

б) мұнай немесе газ өздігінен шыққан кезде жоғары лақтырудан сақтандыру үшін қолданады (айырғыш клапаны бар пакер);

2. Ұңғыларды зерттеу және тәжірибе жүргізу кезінде қолданылатын нығыздағыштар:

а) бір ұңғымамен ашылған бірнеше қабатты бөліп зерттеу;

ә) шегендеуші құбырдың немесе цементті сақинамен герметизацияланған қабаттарды саңылаусыздыққа тексеру.

3. Қабатқа немесе ұңғыма маңының аймағына әсер еткенде:

а) қабатты сұйықпен жару;

ә) қабаттың қысымын ұстап тұру жұмыстары;

б) ұңғымаға жылутасығыштарды беру.

Нығыздаушы элементтер ретінде синтетикалық резина қолданады. Оның маркалары тығыздаушы элементтің аз деформацияланатын түрі үшін келесідей: Ғ 4326, 4327, 3825; ал үлкен деформацияланатыны үшін 4004, 3826-С маркалы түрлері қолданылады, [6].

1.6-кесте

Резина маркасы	Қаттылық шегі, МПа	Жарылыс кезіндегі ұзартылу, %	Қаттылықтың өлшемі ҚӨ-2	Пайдалану кезіндегі шектік температура, 0С	24 сағат ішінде бензол және бензин қоспасын-дағы салмақтың өзгеруі, %
4326 4497 3825 4004 3826-С	8 8 10 10 8	170 170 120 200 300	65…80 65…80 80…95 70…85 60…75	-55…+100 -55…+100 -30…+100 -40…+100 -100…+100	+35 +20 +15 +20 +15

Қабырға ретінде мақта-мата, полимерлі немесе металдан жасалған жіптер қолданады.

Резиналы қабыршақтық бөлшектерде резина қабыршақты саңылауларды толтырып, оны жабатын берік қоспаны құрайды. Резина мен қабыршақ әртүрлі беріктікке ие болатыны белгілі. Резина үшін серпімділік модулі 1...5 МПа аралығында болса, қабыршақ үшін – (1...2)·10³ МПа, ал металл қабыршақта – 1·10⁵ МПа. Сондықтан қабыршақ жіптері ұзарған сайын деформация қиындай түседі.

Қабыршақты құрастыру үшін жиі қолданатын техникалық матаны – бельтинг деп атайды. Оның қалыңдығы 1,9...2 мм, салмағы 1м² үшін 8,2-9,5 Н, толтыру дәрежесі 92,6-96,6%, матаның әрбір тірегінің ауданы 0,185м². Жыртылу беріктігі 360-800 МПа.

Қабыршақ жібінің рұқсат етілген жыртылу беріктігі ретінде 0,3-0,6 кН алынған.

Пакердің негізгі элементтерінің қатарына тіректі жатқызуға болады. Тірек СКҚ-дың салмағын және осьтік жүктемелерді қабылдау үшін қолданылады. Бұл күштер шамасы ондаған және жүздеген килоньютон болатын әртүрлі бағыттағы күштерді қабылдайды.

Пакердің тірегі келесі элементтерге тіреледі:

• Жасырын шеген тізбегі арқылы ұңғыма түбіне;

• Шегендеуші тізбек диаметрінің ауысу аумағына;

• Шегендеуші тізбектің шлипсті ұстағышына;

• Шегендеуші тізбектің муфталы біріктіру аумағының қапталына.

СКҚ немесе бұрғылау құбырларынан құралатын жасырын шеген тізбегін тығыз түп кезінде және пакер мен түптің арасындағы арақашықтық шектеулі болғанда қолданады (20...30, және өте сирек кездесетін - 100м-ге дейін).

Жоғарыда пакердің шегендеуші құбырда берілген тереңдікте біріктірудің механикалық түрі қарастырылған, бірақ оның кемшіліктері бар – ол СКҚ-ларды бұру қажеттілігі. Сол себептен шлипстерді фиксациялау және босатудың басқа жолдары қарастырылады – ол гидромехникалық әдіс деп аталады. Сонымен қатар, басқа да конструкциялар қолданады.