что такое фонтанная арматура для нефтяных и газовых скважин
Фонтанная арматура: конструкция и назначение
Как выглядит фонтанная арматура
Фонтанная арматура – это фланцевое соединение разнообразных соединительных устройств, запорных устройств, тройников, крестовин и других. Фланцевое соединение, при обустройстве арматуры, уплотняется путем прокладывания металлических прокладок из стали с низким содержанием углерода.
Данное кольцо вкладывается в специальные выемки во фланцах, в свою же очередь фланцы стягиваются между собой болтами.
Из чего состоит фонтанная арматура
Что такое фонтанная арматура, конструкция и назначение её? Это одно целое, которое, в свою очередь, состоит из фонтанной елки, а также головки трубного типа. Трубная головка, в свою очередь, несет на себе задачу по подвеске труб и обеспечении герметичности межу ними и эксплуатационной грядой.
Трубная головка, так же находится на том, довольно высоко важном уровне работы, когда ей приходится сдерживать и принимать на себя давление, которое возникает между трубами. Данное давление может быть запредельным, что достаточно опасно для жизни и здоровья людей.
Фонтанная елка из кранов
Фонтанная елка, дает возможность отобрать продукты скважины, жидкость и газ, который поступает в манифольд. Также данная елка следит за тем, чтобы контролировался процесс фонтанной арматуры целиком.
Её закрепляют на трубной головке. Кроме этого, она несет в себе следующие задачи. Прежде всего, она контролирует давление. Сюда же входит контроль над температурными скачками и проведение необходимых технологических проверок и различных исследований.
Также осуществляется контроль и отвод продуктов скважины в промышленный трубопровод.
С учётом большого давления, фонтанную арматуру, конструкция и назначение которой описаны выше, как часть довольно важного промышленного оборудования, арматуру проверяют на выносливость в процессе давления, которое в полтора или в пару раз выше давления, указанного в эксплуатационном паспорте.
Из чего состоит арматура
Данный строительный материал в своем составе имеет целый ряд различных конструкционных узлов. Головка содержит в себе фланец колонного типа, крестовик, а также тройник и переводную катушку. Ёлка служит уже для контролирования и отвода от скважины продукции получаемой из последней.
Можно разобрать поэлементно конструкцию фонтанной арматуры, чтобы понять предназначение важнейших узлов.
Главным условием ко всем компонентам фонтанной арматуры является их хорошая герметичность и прочность. В случае необходимости, все элементы должны быть быстро заменяемы, чтобы не создавать длительных простоев в работе скважины. В качестве запорных устройств допускается использование таких типов как, задвижки прямоточные, различного рода краны, и угловые вентили.
Схема фонтанной арматуры
Предусмотрено также использование двух типов устройства фонтанной арматуры.
Арматуру, в базе которой лежит использование тройников, рекомендуют использовать при исполнении скважин с низким и средним давлением, а также при нахождении в скважине различного рода примесей механического типа.
При наличии примесей необходимо использовать арматуру с двойной елкой. При отсутствии в скважине со средним и низким давлением возможно использование однострунной елки. Фонтанная арматура на базе крестовин применяется в скважинах высокого давления без наличия примесей механического типа.
Недостатком арматуры выполненной с использованием крестовин есть то, что при выходе из строя одного из отводящих узлов, появляется необходимость полностью останавливать работу скважины на время устранения неисправности.
При работе скважины на тройниках такая необходимость отсевает, достаточно перекрыть среднюю часть отводящего узла и переключить работу на нижнее отводящее устройство.
Назначение фонтанной арматуры
Фонтанная арматура, прежде всего, предназначена для придания герметичности устью скважины, а так же для контроля работы последней. Фонтанная арматура несет в себе выполнение следующих задач:
Фонтанная арматура – важная часть нефтегазовых скважин
Устьевая фонтанная арматура АФК считается одним из самых важных устройств в сфере добычи нефти и газа. Все требования к ней изложены в Государственном стандарте 13846.
1 Фонтанная арматура – схема и общая информация
Под описываемым видом арматуры понимают определенную часть устьевого оборудования газовых и нефтяных скважин. Она необходима для обвязки и герметизации устья, а также для:
Фонтанирование нефтяной (газовой) скважины – это явление, при котором на поверхность с забоя скважины наблюдается подъем пластового флюида. Такое явление становится возможным за счет наличия пластовой энергии. Как правило, фонтанирование скважины фиксируется на первых стадиях разработки месторождений полезных ископаемых, когда на забое имеется высокое давление и большой запас пластовой энергии. Впрочем, если говорить конкретно о газоконденсатных и газовых скважинах, то можно отметить тот факт, что они способны эксплуатироваться по фонтанной методике достаточно долго.
Описываемая нами арматура для скважин монтируется на колонную обвязку (на верхний ее фланец). Состоит она из двух элементов – фонтанной елки и трубной обвязки.
По Госстандарту 13846–89 арматура для скважин подразделяется на разные виды по нескольким показателям и может быть:
Также арматура различается по величине своего проходного диаметра (50–150 миллиметров) и по показателю рабочего давления (14–140 мегапаскалей).
2 Конструкция и устройство фонтанной арматуры – трубная обвязка
На трубную обвязку монтируется фонтанная елка. Кроме того, такая обвязка предназначается для:
Трубная обвязка производится таким образом, чтобы на нее можно было подвесить два или только один ряд насосно-компрессорных труб. Конструкционно она состоит из трубной подвески и крестовины, оснащенной боковыми отводами (их на устройстве всегда два).
Трубы подвешиваются на обвязку двумя способами:
Если речь идет о резьбовом креплении, на крестовину монтируют специальную катушку (ее называют стволовой), а один ряд насосно-компрессорных изделий подвешивают на патрубок либо на особый переводник. При использовании муфты крестовина оснащается муфтовой подвеской.
В тех случаях, когда в скважину планируется погружать два ряда насосно-компрессорных труб (бывают еще и обсадные трубы для скважин), на крестовину рассмотренной нами обвязки монтируют тройник. В данной ситуации наружный ряд трубных изделий крепится к патрубку (точнее – к тройнику, который расположен на нем), а внутренний ряд – через переводник к стволовой катушке. Допускается монтировать два ряда труб и на муфте. Тогда в крестовине будет размещаться наружный их ряд, а в тройнике обвязки – внутренний.
Для отслеживания величины давления в пространстве за трубами предназначен манометр трубной обвязки. Он крепится на боковом отводе крестовины. Указанный манометр располагает устройством запорно-разрядного типа.
3 Фонтанная елка – часть арматуры
Как уже было сказано, на трубную обвязку монтируется фонтанная елка. Для этих целей используется верхний фланец. Елка требуется для:
Существует несколько разных конструкций фонтанных елок. Все они делятся на два типа – тройниковые и крестовые. И в первых, и во вторых имеются следующие элементы:
Различие же между конструкциями заключается в том, что в крестовых вариантах имеется крестовина, а в тройниковых – тройник. Причем тройников может быть два, если монтируется двухъярусная конструкция насосно-компрессорных труб, или один (конструкция в один ярус).
Верхняя часть елки накрыта буфером (иначе он называется колпаком). Крестовая схема предусматривает наличие рабочего и запасного бокового отвода, тройниковая – наличие запасной (расположена снизу) и рабочей (находится вверху) выкидной линии. Запасные линии в процессе эксплуатации находятся в закрытом положении. Их открывают только тогда, когда возникает потребность в проведении ремонтных либо обслуживающих мероприятий:
Конкретный вид елки, а также количество выкидных линий подбирают с учетом параметров газовой или нефтяной скважины. На большинстве современных объектов устанавливают тройниковые фонтанные елки, в которых число таких линий равняется двум. А вот одна выкидная линия монтируется только в скважинах с малым (до 14 МПа) давлением в устье. Крестовая же схема признается оптимальной для скважин с давлением свыше 35МПа при условии, что в жидкой или газовой смеси, выносимой на поверхность, нет механических твердых включений.
Добавим, что существует и два отдельных типа елки без центральной задвижки, но они в настоящее время на отечественных нефтегазовых предприятиях не используются.
4 Особенности дросселирующих устройств нефтегазовых скважин
На запасных и рабочих выкидных линиях, как было сказано, монтируются штуцеры (дроссели). Они образуют гидравлические локальные сопротивления потоку добываемой продукции и требуются для корректирования режима функционирования скважины. Штуцеры делят на:
Самым простым нерегулируемым штуцерным устройством является 10-миллиметровый диск из стали (подходит и низколегированная, и высоколегированная сталь), который размещается между фланцами. Подобный дроссель располагает в своем центре отверстием сечением в пределах 3–35 миллиметров. Выбираемое для каждого конкретного случая сечение позволяет скважине и арматуре работать в заданном технологическом режиме.
Дроссели регулируемого типа похожи на обычный вентиль. Их проходной диаметр можно изменять по мере необходимости при помощи наконечника, которые посредством перемещения маховика отдаляется от втулки либо приближается к ней. Регулируемые штуцеры эксплуатируются при нагрузке не более 70 МПа. Применяются они реже, чем нерегулируемые, так как срок эксплуатации регулируемых устройств очень мал (если из скважины вместе с нефтью или газом подается материал высокого абразивного уровня, они сразу же выходят из строя).
Устье скважины, Устьевое оборудование
Использование устройств
Устьевая арматура используется не только для работы с нефтепроводом. Ее можно также успешно использовать, чтобы проводить исследования глубинного назначения, к примеру. Еще один вариант ее использования — это регулировка отбора жидкости. Все эти примеры достаточно наглядно показывают, что использование устьевой арматуры является неотъемлемой частью нефтедобычи.
Основные параметры приспособления
Основной определяющей характеристикой для устьевой арматуры стал размер. Средний показатель длины такого приспособления составляет около трех метров. Что касается ширины, то она, естественно, меняется в зависимости от модели, но примерным средним показателем является 715 миллиметров. Последний показатель в плане габаритов — это высота, которая в среднем равна 1,5 метрам.
Еще один важный показатель для данного оборудования — это проход устройства запорного типа. Числовой показатель данного параметра может доходить до 50 миллиметров. Вместе с устьевой арматурой для скважины используется и такое оборудование, как насосно-компрессорное. Диаметр трубы таких устройств может доходить до показателя в 75 мм. Стоит отметить, что арматура данного типа — это не определенное устройство, а набор нескольких важных компонентов, которые выполняют такие цели, как герметизация устья скважины. Кроме того, арматура будет отвечать за распределение потока веществ, которые будут поступать из скважины. Можно регулировать еще и такое летучее вещество, как газ, к примеру.
Устье скважины, Устьевое оборудование
. Устье скважины — соединение обсадной трубы с противовыбросовым устройством или с фонтанной арматурой, закрепленными болтами или приваренными к направляющей трубе или кондуктору. Устье скважины находится на поверхности земли и представляет собой начало углубления, а дно называется забоем.
Устьевое оборудование — это комплекс оборудования, предназначенного для обвязки обсадных колонн, герметизации устья скважины (затрубного пространства, внутренней полости НКТ, отвода продукции скважины) в процессе бурения, капитального ремонта скважин и регулирования режима работы скважины в процессе её эксплуатации.
В состав устьевого оборудования, используемого в обвязке устья в процессе бурения скважины, входят:
Колонная головка Колонная головка, с помощью которой обвязываются обсадные колонны в процессе бурения, служит также основанием для установки фонтанной арматуры. Она остается на скважине на весь период эксплуатации. Функции головки обсадной колонны:
Присоединение очередного звена обсадной колонны обеспечивают фитинги, которые крепятся на колонную головку. Монтаж обсадных труб производится с использованием адаптеров и регуляторов.
В состав эксплуатационного устьевого оборудования также входят:
Фонтанная арматура
Фонтанная арматура — это система механизмов и приспособлений, выполняющих регулирующие и контролирующие функции. Фонтанная арматура обеспечивает:
Состав фонтанной арматуры:
Требования к оборудованию:
Схемы фонтанной арматуры:
Для соединений компонентов арматуры используют фланцы и хомуты. Присоединение трубопроводу осуществляется через манифольд.
Конструкция оборудования
Что касается конструкции этого приспособления, то есть несколько основных компонентов. К ним относится, к примеру, головка трубного типа, головка колонного типа и головка самой арматуры. Головка арматуры относится к регулировочно-запорному типу. В качестве компонентов можно выделить даже такие небольшие устройства, как вентили, задвижки запорного типа и некоторые другие мелкие детали подобного рода.
Основное назначение устьевой арматуры — это сдерживание сильного потока давления, а также возможность исследования этого давления внутри самой же конструкции. Для того чтобы запустить арматуру такого типа, обычно используется механический привод. Однако случается так, что давление слишком высокое. В таком случае сдерживаться оно будет или при помощи установок пневматического типа или при помощи гидравлической системы. Стоит также сказать, что может быть устьевая нагнетательная арматура. В таком случае она способна выполнять функции нагнетания или стравливания потоков газа.
Классификация фонтанной арматуры
Базовым типом арматуры для использования на добывающих скважинахявляется фонтанная арматура. Она используется на всех газовых скважинахи нефтяных скважинах, на которых ведется добыча фонтанным илигазлифтным способом. При эксплуатации насосных скважин используютсямодификации фонтанной арматуры – штангонансосная и электронасосная арматура. Она конструируется по схожему принципу, с некоторымимодификациями и упрощениями. Фонтанирование нефтяных скважин обычно происходит в началеразработки месторождений, когда запас пластовой энергии велик идавление на забое скважины достаточно большое, чтобы поднять жидкостьдо устья скважины. Устьевые давления на скважинах газовых игазоконденсатных месторождений сравнительно высокие в течениедлительного периода разработки месторождений, поэтому могутразрабатываться фонтанным способом даже до забрасыванияместорождения.
Типы фонтанных арматур
Устьевое оборудование нефтяных и газовых скважин делится на подземноеи наземное оборудование. К подземному оборудованию относится обвязка обсадных колонн. Наземное оборудование состоит из устьевой арматуры,крепящейся к обвязке колонн, а точнее – к колонной головке, и манифольда.
Фонтанная арматура устанавливается на скважины двух типов: добывающиие (применяется фонтанная арматура нефтяных скважин) и нагнетательные (применяется арматура устьевая нагнетательная). В добывающих скважинах производится отбор пластового флюида – нефти или газа. Нагнетательные скважины используются длязакачивания воды, газа, теплоносителей и воздушных смесей впродуктивный пласт, обеспечивая таким образом замещение пластового флюида в коллекторе и поддержание пластового давления.
Основные требования, предъявляемые к фонтанной арматуре нефтяных и газовых скважин устьевой нагнетательной арматуре и ее запорнымэлементам, закреплены в гостах:ГОСТ 13846-89 «Арматура фонтанная и нагнетательная. Типовые схемы,основные параметры и технические требования к конструкции»,ГОСТ 28996-91 «Оборудование нефтепромысловое устьевое. Термины иопределения»,ГОСТ Р 51365-99 «Оборудование нефтепромысловое добычное устьевое.Общие технические условия».
Особенности приспособления
Стоит выделить одно очень важное преимущество арматуры такого типа. Если какой-либо элемент выйдет из строя во время работы, то его можно будет заменить, не выводя из эксплуатации всю станцию целиком. Это является одним из наиболее важных критериев, так как в таком случае появляется возможность проведения ремонтных работ, без нарушения временного интервала работы станции. Это одно из основных требований в среде нефтедобычи. Кроме того, это помогает сэкономить значительное количество материальных средств, которые были бы потеряны, пока станция простаивала на ремонте.
Сама по себе конструкция связывается воедино при помощи разнообразных хомутов и разных фланцев. Тут стоит также выделить, что если во всей конструкции у какого-либо элемента возникнет отклонение от номинальных данных, то все другие устройства, принадлежащие к запорному типу и все другие механические элементы, будут выведены из строя. За это отвечает автоматическая система, которой оснащена любая арматура такого типа.
Арматура фонтанного типа
На сегодняшний день существует такая разновидность арматуры, как устьевая фонтанная. Она, в свою очередь, делится на несколько типов. Она может быть тройникового типа или же крестового. Выбор зависит от того, какая была выбрана фонтанная елка. Также она может быть либо двухрядной, либо однорядной. Это определяется количеством насосных трубных изделий, которые будут спускаться вниз, в скважину. Оборудование может быть кранами или задвижками, то есть, отличается типом запорного устройства. Отличие такого типа арматуры еще и в том, что проходное отверстие может быть от 50 до 150 мм. Применяется при давлении от 14 до 140 МПа.
Значение фонтанных труб
Даже при одинаковом количестве содержания газа в пласте, не каждая скважина способна фонтанировать. К примеру, если объема такого газа хватает для обеспечения фонтанирования в скважине 150-миллиметрового диаметра, то уже для диаметра в 200 миллиметров его может быть недостаточно.
Газонефтяная смесь, которая продвигается по стволу скважины, выглядит как послойное чередование нефтяных и газовых прослоек. Поэтому, чем больше диаметр эксплуатационной трубной колонны, тем большее количество газа понадобится для подъема по ней нефтяной жидкости.
Читать также: Как правильно использовать термометр для нефтепродуктов?
На практике встречались такие случаи, при которых скважины с большими диаметрами ствола (от 150-ти до 300 миллиметров), которые были пробурены на глубину с высокопродуктивными пластами, обладающими большим собственным давлением, отличались высоким дебитом, но даже в них фонтанирование чаще всего продолжалось весьма короткое время. Более того, в некоторых случаях скважины, пробуренные в продуктивные пласты с высокими давлениями, в обычных условиях не могут фонтанировать.
Фонтанирование таких скважин вызывается при помощи опускания в них так называемых лифтовых труб, диаметр которых достаточно мал.
В связи с этим, чтобы максимально рационально использовать энергию расширяющего газа, все горные выработки, на которых возможно появление фонтанирования, оборудуют перед освоением лифтовыми трубами, условные диаметры которых варьируются в пределах от 60-ти до 114-ти миллиметров. По этим трубам малых диаметров и происходит движение газожидкостной смеси в пробуренной скважине.
Подбор диаметра подъемных (лифтовых) труб происходит, как правило, опытным путем, и зависит от следующих факторов конкретной горной выработки:
Лифтовые трубы опускают в шахту до уровня фильтра эксплуатационной трубной колонны.
В процессе фонтанирования скважины через трубную колонну малого диаметра, показатель газового фактора уменьшается, что дает возможность продлить временной отрезок фонтанирования. Во многих случаях у скважины, фонтанирующей по трубной колонне диаметра 73, 89 или 114 миллиметров, сначала начинался режим периодических выбросов, а затем она совсем останавливалась. В таких случаях продолжительность фонтанирования продлевали заменой этих трубных колонн на фонтанные трубы меньших диаметров (33, 42, 48 и 60 миллиметров).
Применение таких малых диаметров является достаточно эффективным способом увеличения продолжительности фонтанирования скважин с малыми показателя дебита.
Устройства для скважины нагнетательного типа
Основное предназначение такого типа арматуры — это герметизация скважин нагнетательного типа. Особенностью является то, что можно проводить все работы во время нагнетания в скважину воды. Из основных частей оборудования выделяется трубная головка и елка. Первый элемент используется для того, чтобы герметизировать затрубное пространство. Также необходимо для выполнения определенных ремонтных работ, исследовательских работ, некоторых технологических операций. Состоит данный элемент из таких компонентов, как задвижки, крестовина и несколько элементов для быстрого соединения.
Состав и назначение фонтанной арматуры: схема обвязки
Трубная конструкция включает в конструктивный состав разные фланцевые соединения, тройники, отводы и другие изделия. Для уплотнения соединений в таких сооружениях применяют прокладки из стали, которые содержат минимальное количество углерода.
Фонтанная арматура предназначается для решения множества задач. В частности, одна из таких задач — устройство обвязки трубопроводов различного назначения. Использование этого оборудования позволяет выполнять управление движением рабочей среды и обеспечивать исполнение процессов, контролирующих производство. Устройства применяют для герметизации отводов от основных трубопроводов.
Назначение фонтанной арматуры
Устройства этого класса отвечают за решение следующих инженерно-технических задач:
Изделия этого класса применяют при высоком давлении, возникающим под действием нагрузок. Арматуру используют когда существует возможность воздействия агрессивных сред внутри скважины. Довольно часто она применяется, если в жидкости присутствует большое количество примесей разного происхождения и размера.
При использовании такой системы необходимо учитывать то, что это оборудование должно иметь длительный срок эксплуатации и необходимый запас прочности. Основные потребители этой продукции это предприятия занятые на добыче и транспортировке углеводородов, а также строительстве трубопроводных транспортных систем.
Разновидности арматуры
ГОСТ, которые действуют на территории нашей страны, определили следующие типы фонтанной арматуры:
Кроме вышеописанной классификации, применяют и такую:
Проектировщик, подбирая материал для производства арматуры, должен учитывать свойства среды. Кстати, для установки изделий во взрывоопасной среде не желательно устанавливать узлы и агрегаты, выполненные из чугуна.
В состав типовой арматуры входят разные типы задвижек, клапаны и пр. В состав специальной обвязки включают редукционные вентили, затворы и клапаны для подачи катализаторов и работы резервной арматуры.
Конструкция фонтанной арматуры
ГОСТ 13846–84, подразумевает применение схем тройникового и крестового типа. В состав типовой фонтанной арматуры входят такие узлы, как:
Трубная головка предназначена для того, что на нее подвешивают НКТ в несколько рядов и обеспечения их герметичности. Кроме того, она принимает участие в некоторых технологических процессах, связанных с освоением, работой и обслуживанием скважины.
Это устройство, при необходимости выполнять замену установленных на ней боковых задвижек. Для этого применяют глухие пробки, устанавливаемые в резьбе, нарезанной в корпусе.
Фонтанная елка призвана решать следующие задачи:
Запирающие устройства представлены пробковыми кранами и задвижками с подаваемой смазкой. Главная их задача перекрывание движение рабочей среды.
Технические требования к конструкции
В ГОСТ 51365–2009 определяет технические условия и требования к указанной арматуре. Проектировщики, занимающиеся конструированием оборудования должны руководствоваться требованиями этого документа.
Маркировка арматуры
Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры
В процессе эксплуатации нефтяной или газовой скважины выполняют установку конструкции. Для присоединения используют колонные головки. Отверстия, расположенные в верхнем фланце, позволяют фиксировать детали с разными типоразмерами. Процесс установки оборудования выполняют в несколько шагов.
В пространство между фланцами укладывают прокладку, выполненную из малоуглеродистой стали и имеющей овальную форму. С помощью элеватора колонну труб опускают на место установки. После этого трубы собирают между собой с помощью резьбовых соединений. Кстати, резьбу перед сборкой имеет смысл покрыть защитной смазкой. После окончания сборки установки необходимо провести ее опрессовку.
Ремонт этого оборудования необходимо выполнять только на специальных предприятия. Перед тем как отправить ее в ремонт, установка должна быть разобрана. Елку надо промыть и в это время провести обследование оставшихся компонентов.
Фонтанная арматура и схема ее обвязки, конструируется так, что бы она могла защитить окружающую среду от воздействия на нее рабочей среды, подаваемой в трубопроводной системе.