Фонтанная арматура

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ.

 

1. Анализ отечественных схем фонтанной арматуры.

 

ГОСТ 13846 – 84 предусматривает изготовление фонтанной арматуры (АФ) на рабочее давление 14, 21, 35, 70, 105 и 140 МПа. Основные параметры АФ приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Типоразмеры фонтанной арматуры отечественных фирм

Условный проход, мм			Рабочее давление, МПа
Ствола елки	Боковых отводов елки	Боковых отводов трубной головки
50	60	50	14, 21, 35, 70, 105, 140
65	50, 65	50,65	14, 21, 35, 70, 105, 140
80	50, 65, 80	50,65	14, 21, 35, 70, 105
100	65, 80, 100	65	21, 35, 70
150	100	65	21

Полный шифр АФ (ГОСТ 13846 – 84) условно представляется в виде:

АФ X1·X2·X3 – X4/X5 – X6·X7,

где АФ – арматура фонтанная;

X1 – обозначение места подвески подъемной колонны (в трубной головке на муфте не обозначается, в переводнике трубной головки на резьбе – К, для эксплуатации скважин с УЭЦН – Э);

X2 – обозначение типовой схемы;

X3 – обозначение системы управления (ручное не обозначается, дистанционное – Д, дистанционное с применением предохранительных устройств – В, автоматизированной – А);

X4 – условный проход ствола, мм;

X5 – условный проход бокового отвода (при совпадении с условным проходом ствола не указывается);

X6 – рабочее давление, МПа;

X7 – исполнение изделия в зависимости от условий применения.

АФ исполняется для эксплуатации с обычными и коррозионными средами и имеет следующее обозначение:

К1 – для среды с объемным содержанием CO2 до 6%;

К2 – для среды с объемным содержанием CO2+H2S до 6%;

К2И – то же при условии непрерывной подачи ингибитора;

 

 

 

 

К3 – для среды с объемным содержанием CO2+H2S до 25%.

АФ состоит из трубной головки, фонтанной елки, запорных устройств (кранов, задвижек) и регулирующего устройства (дроссель, штуцер).

Трубная головка устанавливается на колонный фланец или колонную головку и служит для подвески одного или двух рядов насосно-компрессорных труб (НКТ); для герметизации и контроля давления среды в кольцевом пространстве между НКТ и эксплуатационной колонной. Колонны подъемных труб подвешиваются к трубной головке на резьбе либо на муфте.

При резьбовой подвеске:

• при однорядной конструкции лифта – трубы на резьбе подвешивают на стволовой катушке;
• при двухрядной конструкции внутренний ряд труб подвешивают на стволовой катушке, наружный – на тройнике трубной головки.

При муфтовой подвеске:

• при однорядной конструкции лифта трубы подвешиваются на муфтовой подвеске, устанавливаемой в крестовине трубной головки;
• при двухрядной конструкции для внутреннего ряда труб муфтовую подвеску устанавливают в тройнике трубной головки, а для наружного ряда – в крестовике.

 

Рис. 1.1. Стандартизованные схемы фонтанных арматур:

1 - манометр; 2 - вентиль; 3 - буферный  фланец под манометр; 4 – запорное устройство; 5 - тройник; 6 - дроссель; 7 - переводник трубной головки; 8 - ответный фланец; 9 - трубная головка; 10 - крестовина.

 

Фонтанная елка устанавливается на трубной головке. Служит для направления и регулирования поступающей из скважины продукции; для установки специальных сальниковых устройств (лубрикаторов); для спуска глубинных приборов или скребков для очистки отложений парафина со стенок НКТ; для осуществления контроля над работой скважины путем установки приборов в катушке, установленной на боковых струнах фонтанной елки.

Запорные устройства АФ выполняются 3 типов: пробковые краны со смазкой, прямоточные задвижки со смазкой типа ЗМ и ЗМС с однопластинчатым и ЗМАД – с двухпластинчатым шибером. Задвижки типов ЗМС и ЗМАД имеют модификацию с ручным и пневмоприводом.

По условиям эксплуатации в зависимости от состава скважинной среды запорные устройства изготавливаются в трех исполнениях: для нефти, газа и газоконденсата с содержанием H2S и CO2 до 0,003% по объему каждого; H2S и CO2 до 6% по объему каждого; CO2 до 6% по объему.

Регулирующие устройства (дроссели) предназначены для регулирования режима эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Дроссели изготавливают двух типов: регулируемые и нерегулируемые (сменные). Регулируемые дроссели позволяют осуществлять плавное регулирование режима эксплуатации скважин, а нерегулируемые – ступенчатое. В нерегулируемых дросселях изменение режима осуществляется путем замены корпуса с насадками одного диаметра проходного отверстия на другой.

Для скважин, эксплуатирующих один горизонт, применяют тройниковую и крестовую АФ.

Тройниковые схемы АФ применяют для скважин, в продукции которых возможно наличие песка и других механических примесей. Достоинства тройниковой схемы:

• наличие в схеме, помимо крестовины, тройника позволяет нести до двух рядов НКТ;
• упрощена обвязка арматуры, так как струны направлены в одну сторону;
• возможность проведения ремонтных работ по замене верхнего тройника без остановки скважины в схемах 3 и 4.

Арматуру тройникового типа применяют на скважинах со средним избыточным давлением (14-35 МПа).

АФ крестового типа применяются на скважинах, не содержащих абразив. Такие арматуры имеют две крестовины – большую и меньшую по диаметру. Меньшая крестовина имеет две рабочие струны, расходящиеся в разные стороны. Кроме того, ГОСТом предусмотрены фонтанные арматуры крестового типа без стволовой задвижки с двумя дополнительными задвижками на затрубном пространстве (по одной задвижке на каждой струне), контролирующие затрубное (НКТ) пространство для газовых и газоконденсатных скважин.

Достоинства тройниковых схем АФ:

• применяются для всего ряда рабочих давлений, предусмотренных ГОСТ 13846 – 84;
• имеют меньшую высоту по сравнению с тройниковыми схемами.

Недостатки:

• срок службы на скважинах, содержащих песок сокращается вдвое по сравнению с тройниковыми схемами, так как абразивный износ верхнего крестовика практически выводит из строя всю фонтанную арматуру;
• струны, обвязывающие крестовую арматуру, расходятся в разные стороны, что усложняет обвязку.

Фонтанные арматуры для эксплуатации двух (и более) продуктивных горизонтов оборудуют двумя (и более) крестовинами или концентрической подвеской трех рядов труб НКТ. Разработана трубная головка на четыре параллельные колонны подъемных труб, каждая из которых снабжена циркуляционным клапаном и затрубным пакером. Арматуру для раздельной эксплуатации изготавливают на рабочее давление 14-35 МПа.

Фонтанная арматура на рабочее давление 14 МПа изготавливается с крановым запорным устройством (типа КППС) тройникового и крестового типов для скважин, эксплуатируемых фонтанным способом и погружными центробежными электронасосами. Арматура предназначена для работы с некоррозионной средой, объемным содержанием механических примесей до 0,5% и температурой среды до 120°C.

 

Таблица 2

Типоразмеры и параметры фонтанной арматуры на давление 14 МПа

Шифр арматуры	Условный проход, мм		Габаритные размеры, мм			Масса в собранном виде, кг
	ствола	боковых отводов	длина L	ширина	высота
АФК1Э-65×14 АФК3-65×14 АФК5-65×14 АФК1Э-65×14ХЛ АФК1Э-65×14-2 АФК1Э-65×14ХЛ-2	65	65	1205 1525 1525 1205 1570 1570	420	1755 2430 1760 1755 1755 1755	495 736 648 495 558 558

Фонтанная арматура на рабочее давление 21 и 35 МПа изготавливаются по тройниковой схеме для подвески одного или двух рядов подъемных насосно-компрессорных труб. Запорным устройством в арматуре являются прямоточные задвижки типов ЗМС1 и ЗМС с затворами, герметичность которых обеспечивается плотным контактом шибера с седлами. АФ на данные давления поставляется как в обычном, так и в коррозионном исполнении.

Таблица 3

Типоразмеры и параметры фонтанной арматуры на давление 21 и 35 МПа

Шифр арматуры	Условный проход, мм		Габаритные размеры, мм			Масса в собранном виде, кг
	ствола	боковых отводов	длина L	ширина	высота
АФКЭ1-65×21 АФК1-65×21 АФК2-65×21 АФК3-65×21 АФК3а-65×21 АФК1-65×35 АФК3-65×35 АФК3а-65×35 АФК3-65×21К1 АФ6В-80/65×35К2 АФК6-150/100×21ХЛ АФК6-100×21ХЛ АФК6-100×35ХЛ АФК6-100×35К1 АФК6В-100×21К2И АФК6В-100×35К2И АФК6-100×35К2 АФК6В-100×35К2	65 65 65 65 65 65 65 65 65 80 150 100 100 100 100 100 100 100	65 65 65 65 65 65 65 65 65 65 100 100 100 100 100 100 100 100	1360 1360 1360 1360 1360 1590 1350 1350 1640 2315 3650 3570 3590 3540 3360 3540 3300 3540	720 720 720 720 720 760 760 760 780 1180 1485 1120 1130 1130 1410 1400 1130 1400	1730 1560 1920 2050 2545 1875 2585 3135 2490 2755 2900 3120 2865 2945 2718 2945 2835 2945	926 807 880 1023 1287 1060 1322 1670 1325 2537 3555 2926 3645 3760 3833 4955 4626 4955

Фонтанная арматура на рабочее давление 70 МПа изготавливается крестового типа. В качестве запорного устройства применяются прямоточные задвижки типа ЗМАД и ЗМАДП с двухпластинчатым шибером, с уплотнением «металл по металлу», с автоматической подачей смазки в затвор типа ЗМС, ЗМСП с однопластинчатым шибером, с двухсторонней принудительной подачей смазки. Арматура в зависимости от типа комплектуется задвижками с ручным и пневматическим управлением со станцией управления.

 

Таблица 4

Типоразмеры и параметры фонтанной арматуры на рабочее давление 70 МПа

Шифр арматуры	Условный проход, мм		Габаритные размеры, мм			Масса в собранном виде, кг
	ствола	боковых отводов	длина L	ширина	высота
АФ6М-50×70 АФК6М-50×70 АФ6аВ-80/50×70 АФ6В-100/80×70М АФК6А-80/50×70К2	50 50 80 100 80	50 50 50 80 50	2500 2500 3360 4840 3350	870 870 1525 1665 1530	2865 2865 3930 3610 3520	2400 2396 5220 4850 3785

Анализ зарубежных схем фонтанной арматуры.

 

Зарубежные фирмы "Люсеат" (ФМС/ОСТ), ФМС/ОСТ, "Ньюмэн Мак Эвой", ВКМ, "Камерон", "Серег Шлюмберже" изготавливают фонтанную арматуру на давления от 14 до 105 МПа. В настоящее время выпускаются фонтанные арматуры, где отдельные их узлы объединены в один моноблок — задвижки, штуцера, тройники и др. Например, фирма "Камерон" объединяет в один блок 4-5 задвижек вместе с двумя угловыми регулирующими штуцерами.

 

Рис. 1.2. Фонтанная арматура фирмы "Люсеат" на 35 МПа.

 

 Этой же фирмой предложено хомутовое соединение основных узлов вместо фланцевого. Аналогичное соединение использует фирма "Грей Тулз".