нефтегазопромыслового оборудования методичка
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис 48. Манифольд фонтанной арматуры:
а - манифольд газовой скважины; б - манифольд нефтяной скважины
гатов на достаточном расстоянии от устья; безопасного сжигания газа и конденсата в факеле; сбора глинистого раствора и других рабочих жидкостей при освоении, глушении и интенсификации притока жидкости к забою
В манифольдах фонтанной арматуры ответственных газовых скважин применяются клапаны-отсекатели, отключающие скважину при понижении и повышении давления по сравнению с заданным. Схема манифольда фонтанной скважины показана на рис. 4.8, 6. Арматура и манифольд газлифтных и нагнетательных скважин собираются из элементов, часть которых составляет арматуру и манифольд фонтанных скважин.
Вопрос 4.5. Запорные и регулирующие устройства фонтанной арматуры и манифольда
К запорным устройствам относятся задвижки и краны для перекрытия или открывания каналов арматуры и манифольда, к регулирующим - сменные штуцеры и вентили для изменения дросселированием расхода пластовой жидкости или газа.
В зависимости от схемы фонтанной арматуры или манифольда число запорных устройств в елке и трубной головке может составлять 10...12, а в манифольде - 15...20 задвижек или кранов.
Аналогичные запорные устройства используются в арматуре газлифтных и нагнетательных скважин.
- 133-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Запорные устройства - задвижки и краны применяемых в фонтанной 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 частности, они используются в противовыбросовом оборудовании, в манифольде буровых насосов, в оборудовании для гидроразрыва пласта, для кислотной обработки и вообще во всех промывочных агрегатах, нефтегазопромысловых коммуникациях и сооружениях для сбора, разделения, транспорта пластовой жидкости, нефти и газа, для закачки воды и газа в пласт. Значительная часть этих запорных устройств применяется в оборудовании для первичной переработки нефти и газа и их транспортировки.
Клиновая задвижка (рис. 4.9) наиболее простая, но имеет существенные недостатки: в открытом положении клин 7 поднят выше проходного отверстия, и уплотняющие поверхности клина и кольца в корпусе практически омываются потоком смеси, идущей из скважины. При этом идет коррозия и эрозия мест уплотнения. Открытая полость задвижки представляет собой местное сопротивление с расширением. Здесь образуются вихри и создаются условия для выпадения солей и механических примесей.
Прямоточная задвижка (рис. 4.10) в закрытом и открытом состоянии (в последнем состоянии отверстие устанавливается по оси канала корпуса) имеет уплотняющие поверхности закрытыми. Две половинки плашки 10 разжимаются пружинами и прижимаются к корпусу. Канал не изменяет своего диаметра. Задвижка заполнена густым маслом, а полости 7 - смазкой, которая поступает к местам уплотнения 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 уплотнительны-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 кулачковую муфту 6) рукояткой 8 до ее упора (рукоятки) в выступы горловины корпуса.
Для поворота пробки крана рукоятку при необходимости наращивают рукояткой 406 - ЗИП - 4, поставляемой с арматурой. Шпиндель 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 вмонтированным в нее обратным клапаном 10. Отжатие заклиненной проб-
-134-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ки осуществляется вращением толкателя. Осевое усилие на пробку передается через втулку. Кран работает только со смазкой.
Смазка выполняет следующие функции: обеспечивает герметичность затвора крана; облегчает поворот пробки, создавая постоянную прослойку между уплотнительными поверхностями корпуса и пробки; предохраняет уплотнительные поверхности от коррозии и износа; предохраняет кран от заедания и заклинивания. С целью повышения коррозийной стойкости пробка крана подвергается сульфацианированию.
Кран смазывается через 40-50 циклов работы смазкой Л3-162 или через 150-180 циклов смазкой «Арматол238».
-135-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
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 подшипников, гайки нажимной, кольца нажимного, манжет, крышки, пружин тарельчатых, клапана нагнетательного, седла выходного, шибера. Герметичность затвора обеспечивается созданием необходимого удельного давления на уплотняющих поверхностях шибера и седел. Предварительное удельное давление создается тарельчатыми пружинами.
Рис. 4.12. Прямоточные задвижки типов ЗМС1 (а) и ЗМАД (б) с ручным управлением:
а: 1 - крышка; 2 — разрядная пробка; 3 - крышка подшипника; 4 - регулировочная шайба; 5 - шпиндель; б - 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; 11корпус сальника; 12 — поршенек; 13 - плашка;
14 - направляющие щеки; 15 - фторопластовая втулка; 16 - манжеты; 17 - уравновешивающий шток
-136-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В настоящее время вместо задвижек ЗМС1 (см. рис. 4.12, а) выпускаются 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, 6) состоит из корпуса, двух седел (щек), шибера, выполненного в виде двух плашек, шпинделя, уравновешивающего штока, корпуса сальника, ходовой гайки с трапецеидальной резьбой, упорных подшипников, крышки подшипника, маховика, кожуха.
Особенность задвижки - наличие системы автоматической подачи смазки в затвор, состоящий из полости, поршеньков, системы каналов, которые связывают полость с кольцевой канавкой на уплот-нительной поверхности щеки и обратными клапанами, расположенными снаружи корпуса и предназначенными для периодического (через каждые 10...15 циклов работы задвижки) нагнетания смазки в полость.
Регулируемые штуцеры (рис. 4.13) позволяют бесступенчато регулировать давление на выкиде фонтанной скважины за счет осевого перемещения шпинделя штуцера с насадкой, входящей в гнездо.
-137-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Из-за переменного профиля насадки площадь кольцевого отверстия между гнездом и насадкой при перемещении шпинделя меняется в пределах от 3 до 35 мм, что и позволяет регулировать расход жидкости или газа. Штуцер рассчитан на рабочее давление до 70 МПа. Масса штуцера около 80 кг.
Для облегчения управления штуцерами и для возможности телеуправления они оснащаются приводом.
При агрессивных средах и больших расходах жидкости или газа насадка шпинделя и гнездо штуцера быстро изнашиваются. Для повышения износостойкости этих деталей они изготавливаются из специальных композитных материалов. Однако и это не исключает необходимости в частых сменах регулируемого штуцера. Поэтому в подобных условиях применяются сменные, втулочные штуцеры с 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 отверстиями диаметром 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30 мм и возможности их быстрой смены можно ступенчато регулировать расход жидкости или газа. Штуцер рассчитан на рабочее давление 70 МПа.
Вопрос 4.6. Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры
Фонтанная арматура представляет собой соединение на фланцах различных тройников, крестовиков и запорных устройств (задвижки или краны). Между фланцами для уплотнения укладывают стальное кольцо из специальной малоуглеродистой стали, которое имеет овальное сечение. Фланцевые соединения крепят болтами.
Колонну насосно-компрессорных труб спускают с помощью двух элеваторов.
При свянчивании и развинчивании труб вручную широко используют элеваторы конструкции Халатяна. Элеваторы надевают на муфту трубы и подвешивают к крюку штропами. Перед свинчиванием резьбу труб смазывают.
Для облегчения и ускорения операций по свинчиванию труб применяют комплекс механизмов АПР. В этот комплекс входят автомат с электроприводом, снабженным реверсивным переключателем, и инструменты новой конструкции (элеватор, трубные ключи и др.).
При работе с комплексом АПР используют один элеватор ЭГ, постоянно подвешенный на крюке, что значительно облегчает работу. Перед спуском колонны труб автомат АПР центрируют, закрепляют
-138-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
на колонном фланце, и в него вставляют клиновую подвеску. Указанный автомат не приспособлен для работы в скважинах, оборудованных погружными электроцентробежными насосами. Заключительные операции при спуске колонны труб зависят от способа подвески труб на устье.
При подвеске труб на резьбе воздушного тройника необходимо:
-присоединить подъемный патрубок к центральной задвижке или переводной катушке;
-поднять с пола воздушный тройник с переводной катушкой или центральной задвижкой и навинтить на колонну труб, а затем посадить их на крестовик трубной головки;
-соединить воздушную линию с задвижкой воздушного тройника;
-отсоединить подъемный патрубок, снять и опустить на мостки;
-зацепить елку арматуры канатным стропом, поднять и установить на центральную задвижку или переводную катушку;
-соединить елку арматуры болтами с центральной задвижкой или переводной катушкой;
-соединить выкиды арматуры.
При подвеске труб на фланце-планшайбе к ней присоединяют подъемный патрубок. Поднимая планшайбу, ее навинчивают на колонну труб и ставят на крестовик. Затем отсоединяют подъемный патрубок и устанавливают елку арматуры вместе с переводной катушкой на крестовик
Вопрос 4.7. Эксплуатация фонтанной арматуры
Фонтанную арматуру можно монтировать на устье скважины автомобильными кранами, а также при помощи талевого механизма, лебедки или подъемника.
В процессе эксплуатации арматуры с прямоточными задвижками требуется через 2...3 месяца смазывать подшипники шпинделя жировым солидолом Ж (предыдущее обозначение УС). Он представляет собой мягкую маслянистую мазь от светлодо темно-коричневого цвета. Дисперсионной средой являются индустриальные масла, загустителем - гидратированные кальциевые мыла естественных жиров (не менее 11%), а добавкой - вода (до 3%). Необходимо также через штуцер в днище корпуса задвижки в соответствии с инструкцией набивать в корпус задвижки уплотнительную смазку Л 3-162 или «Арматол-238».
Вопрос 4.8. Ремонт фонтанной арматуры
Фонтанная арматура подвергается истирающему действию песка, выносимого вместе с нефтью, газом и водой. Наибольшее истирание
-139-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
происходит в тройниках фонтанной елки в запорных устройствах. Отдельные изношенные задвижки меняют непосредственно на устье скважины. Фонтанная арматура целиком должна подвергаться периодической ревизии независимо от того, наблюдались ли неисправности в процессе эксплуатации или она работала надежно. Ревизию и ремонт арматуры производят в мастерских, разбирая ее на отдельные узлы и детали. Разборка фланцевой арматуры не представляет трудностей, так как болты, скрепляющие фланцы, отвинчиваются сравнительно легко. Болты с забитыми резьбами могут быть срезаны. Затруднения вызывает разборка резьбовой арматуры. Отвинчивают ее либо вручную двумя цепными ключами, либо с помощью лебедки, оцинкованный канат которой крепят к плечу шарнирного ключа, применяемого для бурильных труб. Канат проходит через направляющий ролик, фонтанную елку не кладут на подставки, а крепят болтами фланцы крышек резьбовых задвижек к фланцу упора. Упор состоит из крестовика, навинченного на муфту трубы, которая прочно заделана в бетонном основании с таким расчетом, чтобы верхний фланец крестовика находился на высоте 0,7 м от пола. Отверстия в верхнем фланце просверлены таким образом, что позволяют крепить арматуру разных типоразмеров. Боковые отводы крестовика служат поддержкой для ремонтируемых задвижек, которые привинчивают к отводам при помощи коротких патрубков. После разборки фонтанную елку моют и осматривают отдельные детали. Детали с трещинами, промывами и с сильно утонченными в результате эрозии стенками выбраковывают.
Наиболее сложные детали для ремонта - задвижки. Прежде всего проверяют легкость их открывания и закрывания. Затем разбирают крышку, извлекают маховик вместе со штоком (шпинделем) и запорным органом, клином, плашками, клапаном или пробкой и проверяют состояние уплотняющих поверхностей. Многие задвижки на протяжении всего межремонтного периода находятся в одном и том же положении (открыты или закрыты). При работе таких задвижек без утечек достаточно визуального осмотра деталей перед сборкой и замены сальников. Если на уплотнительных поверхностях имеются изношенные участки, их шлифуют. Износ глубиной до 0,1 мм ликвидируют притиркой, которую производят с помощью паст. Различают грубую, среднюю и тонкую пасты. Тонкой пастой завершают притирку. Качество притирки определяют испытанием «на краску». Износ дефектных задвижек устанавливают обмером и восстанавливают наплавкой с последующей механической обработкой для получения первоначальных размеров и чистоты поверхности. Так ремонтируют запорное устройство и корпус.
Уплотняющие поверхности перед сборкой притирают. Часто запорные устройства бывают изношены настолько, что их заменяют
-140-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
новыми. Шпиндели контролируют на прямолинейность и годность резьбы. Резьба должна быть полной, чистой и не забитой. Если верхний конец - квадрат - свернут, необходимо запилить новый. Отремонтированные и частично вновь изготовленные детали после пригонки отдельных узлов собирают в порядке, обратном разборке. Собранную задвижку подвергают гидравлическому испытанию на пробное давление, равное удвоенному рабочему давлению. Пробное давление создают ручным прессом.
Фонтанную елку собирают на стенде, который использовали при разборке. Резьбы перед свинчиванием покрывают графитной смазкой. Особое внимание следует уделять сборке уплотняющих колец и прокладок. После сборки фонтанную арматуру шаблонируют и спрессовывают удвоенным рабочим давлением в течение 30 мин, проверяя герметичность всех соединений. Запотевание и утечки не допускаются. Опрессовочной жидкостью является водный раствор ингибиторов коррозии, например 0,5 %-ный раствор хромпика. Фонтанную елку, прошедшую испытание, продувают сжатым воздухом для удаления влаги, окрашивают ее наружную поверхность эмалью после грунтовки и консервируют консистентной смазкой.
Вопрос 4.9. Принцип работы газлифтного подъемника
В том случае, когда для фонтанирования недостаточно пластовой энергии и энергии нефтяного газа, в скважину подают газ (или воздух) от компрессорной станции или из газовых скважин. Энергия подаваемого газа обеспечивает подъем жидкости на поверхность. Этот способ добычи нефти называется компрессорным.
Компрессорный способ добычи пока мало распространен, хотя оборудование скважин при этом методе приближается по простоте конструкций к оборудованию фонтанирующих скважин. Последние имеют наиболее простое оборудование, не сравнимое со сложными скважинными насосными установками. Простота оборудования скважин, повышение эффективности компрессорного способа добычи нефти с увеличением глубины, с которой поднимается жидкость, расширяют область применения компрессорной эксплуатации нефтяных месторождений. Распространению этого метода подъема жидкости способствует применение нефтяного газа большого давления или газа из газонасыщенных пластов. Последний способ называется бескомпрессорным газлифтом. В этом случае остается необходимость подготовки газа, отделения конденсата, но исключается применение компрессорных станций, значительно упрощается поверхностное оборудование, и затраты на обустройство месторождения приближаются к затратам при фонтанировании скважин.
-141-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Для подъема жидкости из скважины газлифтным способом в скважину опускается одна или две колонны насосно-компрессорных труб (рис.4.15). Внутренняя, подъемная колонна труб опущена на глубину Т.. До подачи газа уровень жидкости в скважине и трубах одинаковый, он называется статическим уровнем Нст (рис. 4.15, а). Подаваемый в межтрубное пространство газ отжимает жидкость до низа подъемной колонны и проходит в нее, увлекая за собой жидкость. Смесь газа с жидкостью достигает поверхности и в результате ее отбора статический уровень Н в скважине снижается до динамического Ндин, (рис. 4.15, б). Структура потока смеси в подъемной колонне может быть: пузырьковой (рис. 4.15, в) - в нижней части колонны, пробковой (рис. 4.15, г)-в верхней части колонны и дисперсионно-кольцевой (рис. 4.15, д) - в верхней части колонны при избытке газа.
Вопрос 4.10. Компрессорное оборудование при газлифте
Газ, получаемый от компрессорной станции, при газлифтной эксплуатации направляется по двум или трем трубопроводам, в которых его давление различно, через газораспределительную будку к отдельным скважинам.
В газораспределительной будке размещено обычно от четырех до восьми секций распределительных батарей, каждая из которых направляет рабочий агент к четырем скважинам. К секции батарей рабочий агент подводится по двум, трем или четырем трубопроводам. При трех подводящих трубопроводах один - пусковой, а два - рабочих (на пониженное и повышенное давления). Такое разделение обусловлено различием параметров рабочего агента, требуемого при пуске скважины (высокое давление и относительно малый расход) и при работе (значительный расход и различное давление), а также различием характеристик скважин и требуемых для них параметров рабо-
-142-