Оборудование для добычи нефти и газа Том 1

Т аблица 3.1.1

Рекомендуемые материалы для изготовления арматуры при различных рабочих давлениях

Манифольдьг имеют запорные устройства, регулируемый штуцер, предо­ хранительные клапаны, крестовины, тройники, вентили для сброса дав­ ления и подсоединения приборов и т. д. Рекомендуется использовать схемы манифольдов, состоящих из более прочных и надежных сборок заводского изготовления.

На месторождениях Западной Сибири применяется фонтанная арма­ тура как отечественного, так и импортного производства.

3 .1 .2 . ОТЕЧЕСТВЕННОЕ НАЗЕМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ УСТЬЯ

ФОНТАНИРУЮЩИХ СКВАЖИН

Арматура с крановыми запорными устройствами. Фонтанная ар­ матура с кранами (крестовая схема) предназначена для герметизации устья фонтанирующих нефтяных, газовых и газоконденсатных сква­ жин, а также скважин, эксплуатируемых при помощи электропогружных насосов. Арматуру комплектуют по трем типовым схемам, из них две тройниковые и одна крестовая.

Кроме того, предусмотрена арматура, допускающая спуск в скважи­ ну электроцентробежного насоса. В стволовой катушке этой арматуры установлена сальниковая камера, через которую пропускается кабель электропогружного насоса, уплотняемый сальниковой набивкой.

На боковых струнах фонтанной елки установлены штуцера в виде диска со сменной втулкой. Боковые струны арматуры оканчиваются свободными фланцами, которые приваривают к присоединительным патрубкам манифольда.

С фонтанной арматурой поставляется колонный фланец, устанавли­ ваемый на эксплуатационную колонну размером от П4 (4 7 2") до 168 мм (65/8"). Перед установкой колонного фланца необходимо расточить отверстие и нарезать в нем резьбу соответствующего размера.

Запорное устройство арматуры - пробковый кран КФПЛ-65-14 диа­ метром проходного отверстия 65 мм. Применение кранов одного типо­ размера облегчает обслуживание арматуры и ремонтные работы. Нали­ чие в кране пробки с уменьшающимся кверху диаметром дает возмож-

иметь шипом, расположенным в крышке, регулировать зазор между шддобшм м корпусом [18].

Ушшопштельная смазка герметизирует затвор крана и резьбу шпиндшв. Смазка, закладываемая в канал шпинделя (при вывернутом на­ жимавши болте), при ввертывании нажимного болта продавливается черга обратный клапан в верхнюю полость корпуса, попадает в четыре вертикальные канавки пробки и далее в нижний кольцевой канал.

Смазочные канавки выполнены так, что две противоположные кашивквв на пробке, соприкасающиеся с потоком среды при открывании и закрывании крана, сообщаются с общей системой смазки только при ишностъю открытом или полностью закрытом кране. Во всех других шюдоикеннях пробки эти канавки не соединяются с обшей системой смазки, что предотвращает вымывание смазки из полости корпуса.

Кран оснащен специальным устройством для отжатия пробки при ее заклинивании в корпусе.

Арматура с прямоточными задвижками, уплотняемыми смазкой. Фонтанная арматура с прямоточными задвижками предназначена для герметизации устья фонтанирующих нефтяных, газовых и газоконден­ сатных скважин.

Арматуру собирают по тройниковой и крестовой схемам.

В арматуре на Рр= 21 и 35 МПа подъемные трубы (один или два ря­ да) подвешены на резьбе стволовой катушки (или на тройнике). По тре­ бованию заказчика они могут быть подвешены на муфтовой подвеске.

В арматуре на Р?= 70 МПа, Dy= 50 мм трубы подвешены на резьбе,

ана Д = 65 мм и 65/50 мм того же давления - на муфтовой подвеске. Регулирование режима эксплуатации скважин осуществляют быст­

росменными штуцерами.

Варматуре предусмотрена возможность замера температуры, дав­ ления и подачи ингибиторов в затрубное пространство и ствол елки.

Запорными устройствами арматуры являются прямоточные задвиж­ ки с уплотнением “металл по металлу”, с принудительной или автома­ тической смазкой. Герметичность затвора в задвижках при низких дав­ лениях обеспечивается удельным давлением на уплотняющих поверх­ ностях, создаваемым пружинами. При более высоких давлениях созда­ ется эффект самоуплотнения затвора.

Взадвижке предусмотрена возможность временного восстановления герметичности затвора путем нагнетания уплотнительной смазки в за­ твор со стороны выходного седла (для задвижек с принудительной смазкой) и входного седла (для задвижек с автоматической смазкой). Регулирование соосности проходных отверстий шибера и корпуса дос­ тигается при помощи регулировочного винта.

Техническая характеристика арматуры представлена в табл. 3.1.2 [18].

Для облегчения управления задвижками опоры шпинделя расположены в упорных шарикоподшипниках. Задвижки на Рр= 21, 35, 70 МПа с условным диамеаром Dy = 100 мм изготовлены с выдвижным уравновешенным шпинделем (для задвижек с принудительной смазкой и за­ движек с автоматической смазкой). Задвижка с автоматической смазкой состоит из сварно-литого корпуса, в котором имеются две направляю­ щие щеки с емкостями для уплотнительной смазки и системой каналов для прохода смазки к уплотнительным поверхностям. Между направ­ ляющими щеками установлены две плашки, собранные с шестью ци­ линдрическими пружинами и предохранительной фторопластовой втулкой.

Повышение герметичности затвора задвижки достигается примене­ нием уплотнительной смазки, которая в момент возникновения утечек подается к поверхности затвора автоматически, под действием давле­ ния среды в корпусе задвижки. Через два обратных клапана в корпусе задвижки емкости в щеках заполняются смазкой. При закрытой за­ движке давление среды в корпусе через поршень действует на смазку, которая заполняет кольцевую и цилиндрические канавки на щеке.

При открывании задвижки смазка частично вымывается из кольце­ вой канавки, и тогда при закрывании, как только кольцевая канавка совместится со сверлением в щеке, давление среды, действующее на поршень, заставит смазку переместиться и вновь заполнить канавки.

Чтобы устранить пропуск среды через сальниковый узел, в него на­ гнетается уплотнительная смазка. Для предотвращения скопления во внутренней полости грязи и рабочей среды в задвижках предусмотрен обратный клапан, расположенный в корпусе и предназначенный для заполнения его смазкой ЛЗ-162.

3.1.3. ФОНТАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Фонтанное оборудование для добычи нефти и газа за рубежом в ос­ новном производится в США, Канаде, Франции, ФРГ и Великобритании (до 60...70 % всего изготовляемого оборудования в Европе). Машино­ строительные фирмы Канады, Франции, Великобритании, ФРГ и Италии выпускают устьевое оборудование по американским лицензиям, за ис­ ключением некоторых фирм ФРГ и Франции. Вследствие этого европей­ ские фирмы находятся в зависимости от поставок техники из США и часго даже получают материал для изготовления фонтанной арматуры. Согласно договорным контрактам и действующим лицензиям, изготов­ ление фонтанной арматуры ведется по технологическим требованиям, составленным Американским нефтяным институтом (API). Бурение сверхглубоких скважин на нефть и газ с высоким пластовым давлением

потребовало создания высокопрочной и антикоррозионной фонтанной арматуры. Состав и количество элементов ФА часто определяется заказ­ чиком, включая~типы колонных головок и стволовых задвижек.

В Американском нефтяном институте на основании опыта добычи нефти и газа в различных регионах мира составлены практические ре­ комендации по выбору и эксплуатации фонтанной арматуры в зависи­ мости от пластового давления и агрессивности скважины. Составлены схемы и классификация оборудования по рабочему давлению, опреде­ лен материал элементов, приведены данные о пробном давлении и ме­ тодах гидравлических испытаний.

3.1.4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ И КОНСТРУКЦИИ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ

Выбор и установка соответствующего типа фонтанной арматуры для различных условий эксплуатации определяются давлением газонефтя­ ной среды, фонтанное оборудование скважин состоит из трех основных узлов: колонной головки, трубной головки и фонтанной елки. Назначе­ ние колонной головки заключается в обвязке всех спущенных обсадных колонн (кондуктора, промежуточной и эксплуатационной) между собой и герметизации межтрубных пространств колонн. Колонная головка служит для подвески труб, подачи через боковой отвод воздуха или газа

вмежтрубное пространство и контроля давления в нем.

Внастоящее время фирмы Cameron и ОСТ (США) выпускают арма­ туру с соединением зажимного типа и проходным отверстием диамет­ ром от 48 до 127 мм (в фонтанной арматуре для двух и трех колонн на­ сосно-компрессорных труб - до J52 мм) [19].

Для увеличения стойкости, прочности и надежности все основные детали фонтанной арматуры фирмы Cameron изготавливают из стали, выпускаемой этой фирмой. Эта сталь используется для изготовления элементов на различные давления и технологические процессы при од­ но-, двух-, трех-, четырех- и пятитрубных колоннах. Фирма Cameron выпускает также системы управления для использования в обычных и сложных условиях с возможностью регулирования от одиночного низ­ конапорного автоматического предохранительного клапана до управле­ ния группой скважин и систем временной остановки. Фирма поставляет предохранительные клапаны, переходники, крышки, манометры, фон­ танные штуцера. Главными запорными органами в фонтанной арматуре служат задвижки типа F и регулируемые штуцера на концах отводов. В задвижке типа F установлены долговечные вращающиеся седла. Она снабжена дистанционным управлением. Создана дистанционная панель Для управления штуцерами и одной стволовой задвижкой. Изготовлены регулируемые штуцера Н-2, Н-3, специальные наконечники и тройники.

Заслуживает внимания типовая предохранительная система времен­ ной остановки скважины, где стволовые задвижки арматуры заменены запорным органом поршневого типа, установленным в монолитном блоке. К запорным органам и регулируемым штуцерам подсоединены трубы высокого давления, идущие от насоса и включаемые с пульта управления.

Фирма FMC (Франция) выпускает клапаны модели 30 на рабочее давление 70 и 105 МПа, устанавливаемые на струнах фонтанной арма­ туры, управляемой с пульта. Фирма Luceat (Франция) разработала кла- пан-отсекатель 63.5IS на давление 70 МПа. Он устанавливается в ко­ лонную головку и позволяет при закупорке головки демонтировать устьевое оборудование, не опасаясь выброса. Клапан монтируется вручную или гидравлическим способом. Герметичность клапана дости­ гается за счет колец 0-образного сечения, уплотняющих колонную го­ ловку, а не обсадную колонну.

Фирма FMC/OCT (Франция) изготовляет фонтанное оборудование для многопластового заканчивания скважин, состоящее из колонной головки, подвески, переводной катушки и двойных тройников с отво­ дами. Каждая колонна НКТ сообщается самостоятельно с тройником и отводом.

Фирма FMC выпускает также фонтанное оборудование с двумя стволовыми задвижками и двумя задвижками для одноколонной сква­ жины высокого давления. В США выпускается большое число типо­ размеров фонтанной арматуры на различные условные проходы и рабо­ чее давление.

Фонтанная арматура в США унифицирована согласно API Spec 6А с целью сокращения до минимума количества выпускаемых изделий. Для высоких устьевых давлений (75... 105 МПа) фирмы выпускают малога­ баритную фонтанную арматуру условным проходом 40 мм, предназна­ ченную для эксплуатации глубоких и сверхглубоких скважин и на ме­ сторождениях с высоким пластовым давлением (табл. 3.1.3).

ВAPI Spec 6A приведены следующие основные требования:

кстали: высокое качество отливки, однородность структуры, высо­ кое сопротивление пластической деформации, равномерность распре­ деления фаз, повышающих прочность стали, и максимальная стойкость

ккоррозии;

кфонтанной арматуре в целом и комплектующим деталям: абсо­

лютная герметичность задвижек и других запорных органов; герметичность фланцевых и хомутовых соединений в течение дли­

тельного времени; комплектование фонтанной арматуры для скважин с высоким усть­

евым давлением прямоточными запорными органами, а для скважин с нормальным давлением (14 и 21 МПа) - клиновыми задвижками;

комплектование арматуры для коррозионных сред, содержащих се­ роводород и углекислый газ, деталями из легированных и специальных сталей;

использование унифицированных марок сталей для изготовления тройников, крестовиков, фланцев, вентилей и штуцеров;

ограничение использования крестовиков с малыми углами поворота манифольда (струны);

применение внутренних деталей в арматуре с механически обрабо­ танными поверхностями.

Фирмы Cameron, Me Evoy (США) и Sereg Schlumberger, Luceat (Франция) и др. изготовляют фонтанную арматуру по типоразмерам и нормам API или придерживаются их.

Выпускаемое устьевое оборудование по API Spec 6А “Оборудование устья скважин” указывается на трафарете знаком “API” Оборудование классифицировано в зависимости от максимального рабочего давления (от 7 до 140 МПа и более), при котором фонтанная арматура может ра­ ботать.

Предусмотрены нормы испытательных (пробных) давлений для устьевого оборудования скважин в зависимости от максимального ра­ бочего давления и назначения фонтанной арматуры (табл. 3.1.4). Так, например, фонтанная арматура на рабочее давление 70 МПа преду­ смотрена на пробное давление 73,2 и 158,2 МПа.

Основные фирмы-поставщики Cameron, Gray Tool Company изго­

товляют фонтанную арматуру на рабочее давление от 21 до 140 МПа и 210 МПа.

Согласно API Spec 6А разработаны схемы оборудования устья скважин фонтанной арматурой в зависимости от ожидаемого пластово­ го давления. Этих схем должны придерживаться подрядные фирмы, вылолняющие буровые работы.

Схемы фонтанной арматуры делятся на тройниковую, крестовую и совмещенную типа елки. Арматура может комплектоваться следующим образом:

содним тройником, тремя стволовыми задвижками, из которых две установлены ниже тройника, и двумя задвижками на отводе;

содним тройником и тремя задвижками ниже тройника - для сква­ жин на суше и море на давление 70... 105 МПа;

ввиде монолитного блока с одним отводом и тремя запорными ор­ ганами ниже отводной струны;

содним крестовиком V-образного типа, с двумя отводами и двумя задвижками ниже крестовика на рабочее давление 35, 70 и 105 МПа;

содним крестовиком, двумя боковыми отводами по одной линии и двумя стволовыми задвижками - для скважин на суше;

содним крестовиком, совмещенными отводами (не на одной линии)

итремя стволовыми задвижками для заканчивания газовых скважин на суше;

содним крестовиком, одним тройником, тремя струнами и двумя стволовыми задвижками - для высокодебитных скважин на суше.

Впрактике оборудования скважин используются различные схемы фонтанной арматуры с обязательным условием выбора, ее по рабочему давлению.

Для скважин на море преобладают схемы тройникового типа, а для скважин, эксплуатирующихся с платформ и эстакад, - в виде монобло­ ка и крестовика с V-образным манифольдом.

Фирмы Luceat, FMC/OCT, Me Evoy, Cameron, Sereg Schlumberger и другие изготовляют фонтанную арматуру на давление от 14 до 105 МПа. В

Фонтанная арматура состоит из колонной головки с фланцами, кре­ стовика, верхнего переводника, специального фланца и катушки для

подвески насосно-компрессорных труб. Фирма изготовляет арматуру для различных условий эксплуатации.

Комплект фонтанной арматуры фирмы Luceat состоит из колонной головки и фонтанной арматуры для обвязки обсадных труб диаметром 299x219*139*7x73 мм для газовых скважин, содержащих H2S и С02. Конструкция выполнена из стали Маустинокс C-Помпей. Колонная го­ ловка С-22 выполнена с резьбой 299 мм. Верхний фланец головки диа­ метром 305 мм испытывается на рабочее давление 14 МПа. В головке имеются два отверстия с внутренней резьбой 2" Плашки предназначены для захвата обсадных труб диаметром 299*219 мм. Кольцевая прокладка R-57 диаметром 12" выполнена из нержавеющей стали и испытана на давление 14 МПа. Вентили игольчатого типа диаметром 12,5 мм.

Первая промежуточная колонна в колонной головке фирмы Luceat подвешивается на резьбе. Вторая промежуточная и эксплуатационная колонны сажаются на клиновую подвеску.

Колонная головка фирмы Luceat на давление 35 МПа отличается от колонной головки на давление 14 МПа усиленным корпусом.

Важное условие поставки колонных головок - предохранение рабо­ чих поверхностей фланцев и резьбы от повреждения и засорения. Го­ ловка в комплекте с насосно-компрессорными трубами до монтажа на устье скважины проверяется на герметичность.

Колонная головка для обвязки труб диаметром 324*219*140 мм по­ ставляется на рабочее давление 21 МПа. Подвеска труб - клиновая, а уплотнение межколонных пространств - пакерное. Резьба на нижней секции колонной головки 324 мм.

Колонная головка фирмы Breda (Италия) также разработана по принципу клиновой подвески обсадных труб.

Оборудование фирм Luceat, Me Evoy обладает достаточной механи­ ческой прочностью и мало подвержено растрескиванию в условиях контакта с влажным сероводородом.

Фирма FMC изготовляет фонтанную аппаратуру Juniched (неразъ­ емного типа) для использования в среде H2S.

В фонтанной арматуре фирмы Sereg Schlumberger предусмотрены центральная стволовая (резервная) задвижка с ручным управлением и задвижка с дистанционным управлением. Крестовик без фланцев, отво­ ды от крестовика - с двумя задвижками (резервной и рабочей) и регу­ лируемыми штуцерами. Устанавливается одна буферная задвижка на рабочее давление 70 МПа. Буферная катушка заканчивается вентилем и манометром.

Соединение фланцев колонной головки, задвижек и штуцеров про­ изводится двусторонней шпилькой, а присоединение фланцев резерв­