2 Завдання заняття
2.1 Обґрунтування вибору схеми фонтанної арматури, позначення її згідно вимог діючого Державного стандарту.
2.2 Вибір типу фланцевого з’єднання і типу ущільнювального кільця.
2.3 Обґрунтування і вибір типу запірних і регулюючих пристроїв.
2.4 Проведення перевірочного розрахунок на міцність фланця, який з’єднує трубну головку та фонтанну ялинку.
2.5 Складання методики випробування фонтанної арматури після її монтажу на усті свердловини.
3 Основні теоретичні відомості
Фонтанна арматура призначена для герметизації устя свердловин, контролю і регулювання режиму їх експлуатації, а також для проведення різноманітних технологічних операцій у помірному та холодному кліматичних районах для середовищ, що містять СО2, Н2S і пластову воду.
Фонтанна арматура складається із трубної головки і фонтанної ялинки.
Трубна головка призначена для підвішування одного або декількох рядів насосно-компресорних труб, їх герметизації, а також для виконання технологічних операцій при освоєнні, експлуатації та ремонті свердловин.
Фонтанна ялинка призначена для направлення продукції свердловини у викидну лінію, регулювання режиму експлуатації, для встановлення спеціальних пристроїв (лубрікатора) при опусканні свердловинних приладів або скребків для очищення труб від парафіну, заміру тиску і температури середовищ, а також для проведення деяких технологічних операцій.
1- манометр; 2 – запірний пристрій до манометра; 3 – фланець під манометр; 4 – запірний пристрій; 5 – трійник (хрестовик); 6 – дросель; 7 – перевідник трубної головки.
Рисунок 1.1 – Схеми фонтанних ялинок
а б
а – трубна обв’язка однієї колони насосно-компресорних труб;
б – трубна обв’язка двох концентрично розміщених колон насосно-компресорних труб;
1- фланець; 2- запірний пристрій; 3- трубна головка; 4- манометр із запірно-розрядним пристроєм.
Рисунок 1.2 – Схеми трубних обв’язок фонтанних арматур
Збирається фонтанна ялинка за схемами трійникового та хрестового типу згідно ГОСТ 13846-89 за схемами 1 – 6 (рисунок 1.1).
Типові схеми трубних обв’язок фонтанних арматур повинні відповідати наведеним на рисунку 1.2.
Самі фонтанні арматури утворюються сукупністю типових схем фонтанних ялинок з трубними обв’язками.
Держстандартом передбачено виготовлення фонтанних арматур з діаметром стволової частини фонтанної ялинки 50, 65, 80, 100, 150 мм на робочі тиски 14, 21, 35, 70, 105, 140оМПа у комбінаціях поданих у таблиці 1.2.
Для шифрування фонтанної арматури прийняті наступні позначення: АФХ1Х2Х3-Х4Х5Х6Х7, де АФ – арматура фонтанна; Х1 - позначення способу підвішування колони насосно-компресорних труб (в трубній головці не позначається, в перевіднику трубної головки-К); Х2 - позначення типової схеми ялинки згідно ГОСТ 13846-89 (при двохрядній концентричній підвісці насосно-компресорних труб додається буква “а”); Х3 – спосіб керування запірними пристроями (з ручним керуванням не позначається, з дистанційним – Д, з автоматичним – А, з дистанційним і автоматичним – В); Х4 – умовний прохід стволової частини ялинки (50, 65, 80, 100 і 150 мм); через дріб вказується умовний прохід бокового відводу (50, 65, 80 і 100 мм) (при співпаданні з умовним проходом стволової частини не вказується); Х5 - робочий тиск, МПа (14, 21, 35, 70, 105 і 140 МПа); Х6 - кліматичне виконання: для помірної кліматичної зони – не позначається; для холодної кліматичної зони - ХЛ; Х7 - виконання за корозійною стійкістю: К1 – для середовищ, що містять СО2 до 6%; К2 - для середовищ, що містять СО2 і Н2S до 6%; К3 - для середовищ, що містять Н2S до 25%. Наприклад, АФК6В-100х21К2 – арматура фонтанна з підвіскою колони насосно-компресорних труб на перевіднику трубної головки за схемою 6 (хрестового типу з однорядною колоною НКТ), з дистанційним та автоматичним керуванням засувок, умовним проходом стволової частини та бічних відводів 100 мм, розрахована на тиск 21 МПа для помірної кліматичної зони та корозійного середовища К2.
Стандартом передбачено виготовлення фонтанних арматур зі здвоєними стволовими запірними пристроями. Це як правило робиться при високих тисках на свердловині. Фонтанна арматура, яка має дві стволові засувки, також застосовується на свердловинах де передбачається періодичне багаторазове відкривання або закривання засувок, наприклад, при дослідницьких роботах. Одна із стволових засувок – робоча, а друга – резервна.
Фонтанні арматури трійникового типу можуть виготовлятися з двома боковими відводами. У такому випадку верхній є основним робочим відводом. При виході з ладу його деталей закривається стволовий запірний пристрій і пластова рідина направляється по нижньому відводу без зупинки роботи свердловини. Це зручно при необхідності ремонту верхнього відводу. Але розташування відводів по вертикалі (один над іншим) збільшує висоту арматури, що ускладнює її обслуговування.
Зважаючи на це, трійникову фонтанну арматуру рекомендується використовувати при низьких і середніх тисках. Арматуру трійникового типу з двома боковими відводами використовують на свердловинах з невисокими устьовими тисками в продукції яких можлива наявність піску та інших механічних домішок.
Для середніх і високих тисків рекомендується використовувати хрестову фонтанну арматуру. Хрестова арматура значно нижча ніж трійникова, що полегшує її обслуговування. Загальна висота арматури при хрестовій схемі і навіть при наявності здвоєних стволових запірних пристроїв менша, ніж висота трійникової арматури.
Використання фонтанної арматури хрестового типу на свердловинах, які мають в продукції механічні домішки, не рекомендується.
Фонтанну арматуру, розраховану на тиск 14 МПа, виготовляють за схемами 1, 3 і 5.
Фонтанну арматуру, розраховану на тиск 21 і 35 МПа, виготовляють за схемами 1 – 6, з умовним проходом 80 мм – за схемами 1, 5 і 6, з умовним проходом 100 і 150 мм – за схемою 6.
Фонтанну арматуру, розраховану на тиск 70 МПа, виготовляють за схемою 6.
Основними критеріями вибору ФА є робочий тиск і діаметром стволової частини фонтанної ялинки. Додаткові вихідні дані - характеристика пластової рідини , а саме: корозійна активність та наявність в ній механічних домішок.
Запірними пристроями фонтанної арматури служать прохідні пробкові крани і прямоточні засувки з примусовою або автоматичною подачею мастила, а також кульові, шиберні та дискові засувки. Для регулювання режиму експлуатації на бокових відводах ялинки встановлюються регульовані або нерегульовані дроселі зі змінною втулкою із зносостійкого матеріалу.
Елементи фонтанної арматури з’єднуються між собою в основному з допомогою фланцевих з’єднань.
Конструкція і параметри фланцевих з’єднань регламентуються стандартом ГОСТ 28919-91. Розмірний ряд фланцевих з’єднань характеризується двома параметрами – умовним діаметром і робочим тиском. Стандарт передбачає два типи конструктивного виконання фланцевих з’єднань:
Тип 1 - фланцеві з’єднання з зазором між торцями фланців.
Тип 2 - фланцеві з’єднання без зазору між торцями фланців.
від зусилля затягування фланців і внутрішнього тиску.
Рисунок 1.3 - Фланець типу 1
Діапазон використання фланцевих з’єднань з зазором між торцями, а також конструкція і параметри фланців приведені відповідно на рисунку 1.3 та в таблиці 1.3. З’єднання передбачає використання сталевих ущільнювальних прокладок ортогонального поперечного перерізу з двостороннім контактом. Ущільнення з’єднання досягається в результаті створення контактних напружень на спряжених поверхнях, величина яких залежить
.
Рисунок 1.4 – Фланець типу 2
Діапазон використання фланцевих з’єднань без зазору між торцями, а також конструкція і параметри фланців приведені відповідно на рисунку 1.4 та в таблиці 1.4. З’єднання передбачає використання сталевих ущільнювальних прокладок ортогонального поперечного перерізу з одностороннім контактом. При складанні такого фланцевого з’єднання прокладка дотикається лише до зовнішньої поверхні ущільнювальної канавки на фланці. При затягуванні шпильок з’єднання прокладка зазнає радіальної деформації, в результаті чого, в зоні контакту прокладки з ущільнювальною канавкою виникають контактні напруження. Даний тип фланцевого з’єднання належить до самоущільнювальних з’єднань. Внаслідок одностороннього контакту прокладки і канавки підвищення внутрішнього тиску приводить до підвищення контактних напружень між прокладкою і зовнішньою поверхнею канавки, в результаті чого підвищується герметичність з’єднання
Конструкція фланцевого з’єднання 2-го типу має експлуатаційні переваги перед з’єднанням типу 1. Воно є менш вразливим до згинаючих зусиль, що можуть діяти на устьове обладнання в процесі експлуатації.
Рисунок 1.5 – Прокладка типу П
Рисунок 1.6 – Прокладка типу БХ
Діючим стандартом передбачено використання сталевих прокладок ортогонального поперечного перерізу двох типів: тип П – для ущільнення фланцевих з’єднань з зазором між торцями фланців(рисунок 1.5, таблиця 1.5); тип БХ – для ущільнення фланцевих з’єднань без зазору між торцями фланців(рисунок 1.6, таблиця 1.6)