Оборудование при газлифтной и фонтанной эксплуатации скважин

Фонтанные скважины оборудуются арматурой, изготовленной согласно ведомственной  нормали Н 697-53. Фланцевая фонтанная  арматура (типовая) на пробное давление 250 кГ/см² имеет два основных узла: трубную головку, состоящую из крестовика, тройника, переводника (катушки), задвижек, и фонтанную елку, включающую два тройника, три стволовых и три боковых задвижки, буфер и штуцерный патрубок.

Основные детали фонтанной арматуры изготовляются из стали ; 35 ХМА.

Крестовик с проходным отверстием Ø 152 мм и отводами Ø 65 мм присоединяется к колонной головке. На отводах устанавливаются по две задвижки диаметром 2 ". В случае необходимости периодического выпуска газа из затрубного пространства на одном из боковых отводов ставят еще одну задвижку и шайбу с отверстием Ø 1—2 мм или же через этот отвод при надобности накачивают газ или жидкость. На буфере отвода ставят рабочий манометр для контроля давления газа в межтрубном пространстве.

Тройник с проходным отверстием Ø 132 мм и боковым отводом Ø 65 мм устанавливают на крестовик. Он служит для подвешивания первого ряда насосно-компрессорных труб при помощи втулки, ввинчиваемой в тройник, и подачи жидкости для возбуждения скважины.

Переводник (катушка) соединяет  крестовик или тройник с центральной задвижкой. Внутри переводника имеется резьба для подвешивания второго ряда колонны лифтовых труб при помощи втулки или патрубка.

 

Таблица 4

Техническая характеристика фонтанной арматуры

Шифр	Рабочее давление (в кГ/см2)	Пробное давление (в кГ/см2)	Фонтанная елка		Трубная головка
			Тип	Диаметр (в дюймах)	Тип	Ширина (в мм)	Высота (в мм)	Вес (в кг)
1 АФК  1 АФК 4 2 АФК  2 АФК 4 1 АФТ  1 АФТ 4 2 АФТ  2 АФТ 4 2 АФТ  АФ 60 2 АФК 60	40; 75; 125 40; 75; 125 40; 75; 125   40; 75; 125 40; 75; 125 40; 75; 125 40; 75; 125 40; 75; 125   200 300 500	75; 150; 250   75; 150; 250   75; 150; 250   75; 150; 250   75; 150; 250   75; 150; 250   75; 150; 250   75; 150; 250     400   600   1000	Крестовая   То же   * *   * *   Тройниковая То же   * *   * *     * *   * *   Крестовая	4     4     4     4     60*   60*	Однорядная //   Двухрядная //   Однорядная //   Двухрядная   //   //   //   //	3100   3500   3100   3500   2415   2700   2415     2700   3130   3425   6470	2380   2630   2880   3130   3160   3470   3660     4030   3746   3900   3030	---   --   --   --   1976   --   2358     --   3172   4030   --

 

Центральная (стволовая) фонтанная задвижка служит для перекрытия струи фонтанирующей скважины в аварийных случаях. В период фонтанирования скважины задвижка устанавливается на переводнике в открытом положении.

Противовыбросовая фонтанная задвижка применяется при вскрытии продуктивного пласта, перфорации эксплуатационной колонны и для герметизации устья скважины в случае фонтанирования. Противовыбросовые задвижки изготовляются на пробное давление 250, 400 и 600 кГ/см² и устанавливаются на тропинке фонтанной арматуры. Присоединительные размеры верхнего фланца задвижки должны соответствовать размерам фланцев фонтанной арматуры.

Фонтанная елка собирается по типовой схеме. На выкидах елки за задвижками устанавливают стальную катушку. Корпус штуцера вставляется в выкидной патрубок, а фланец его зажимается между фланцем катушки высокого давления и фланцем выкидного патрубка низкого давления. Внутрь корпуса штуцера вставляется сменная стальная штуцерная втулка, диаметр которой принимается соответственно установленному технологическому режиму эксплуатации скважины.

Чтобы увеличить износостойкость  штуцеров, их изготовляют многоступенчатыми.

Регулирующий штуцер с  игольчатым клапаном и втулкой применяется на фонтанных скважинах, выбрасывающих небольшое количество песка. Штуцер типа ШРУ - 300 Х 2 на рабочее давление 300 кГ /см² устанавливается на повороте выкидной линии. Габаритные размеры штуцера — 810 х 335 х 250 мм.

1. Фонтанная фланцевая арматура на пробное давление 400 кГ/см² отличается от фонтанной арматуры на пробное давление 250 кГ/см² толщиной фланцев и шпилек, изготовленных из стали марки 40 ХН. Присоединительные размеры фланцевых соединений у обоих типов арматуры одинаковые, кроме размеров нижнего фланца крестовика. Основные детали фонтанной арматуры изготовляются из литой хромистой стали марки 50Х, а некоторые – из стали марки Ст. 3. Фонтанная арматура должна быть износостойкой к воздействию песком, выносимым струёй нефти, газа и воды с большой скоростью (особенно сильно истираются в местах изменения направления струи — тройники елки, буфера, запорные поверхности корпуса и клина задвижек).
2. В собранной елке выкидные линии должны быть в одной плоскости. Отклонения допускаются на угол не более 3°.
3. Клин не должен выступать в проходное отверстие корпуса при открытой задвижке.
4. Ствол елки не должен иметь перекосов и проходные отверстия должны быть гладкими.
5. При сборке деталей фонтанной арматуры резьбовые соединения должны быть покрыты графитной смазкой.
6. К крышке корпуса задвижки должен быть вертикально и наглухо прикреплен указатель степени открытия задвижки. На планке должно быть выбито число оборотов, необходимое для полного открытия или закрытия задвижки.
7. Задвижки должны выдерживать пробное давление 250 кГ/см².
8. Перед монтажем арматуры на скважине все фланцы по наружному диаметру должны быть очищены.
9. Основные литые детали (корпуса и крышки задвижек, тройники и Др.), а также шпильки рекомендуется изготовлять из стали 35 ХМА.
10. Раковины, риски царапины на шаброванных и шлифованных уплотняющих поверхностях гнезд корпуса и клина задвижки не допускаются.
11. Задвижки до поступления в сборку должны подвергаться опрессовке водой на соответствующее пробное давление в течение 15 мин., за это время давление не должно падать, а на задвижке не должна показываться течь.
12. Правильность сборки ствола елки диаметром 2 ” проверяется шаблоном длиной 2 м и диаметром 65 мм.
13. После наружного осмотра фонтанная арматура в собранном виде должна подвергаться опрессовке водой при открытых задвижках на пробное давление в течение 45 мин.
14. Открывать и закрывать задвижки нужно рычагом длиной не более 500 мм.
15. В комплект поставки входят:

а) фонтанная арматура в собранном  виде;

б) полный запасной комплект шпилек (с  гайками), входящих в сборку арматуры;

в) два комплекта специальных  гаечных ключей;

г) два комплекта штуцерных втулок диаметром 10, 12 и 15 мм

д) два комплекта прокладок всех размеров.

Фонтанная арматура крестового типа состоит из трубной головки  и елки крестового типа. Особенностью этой арматуры является то, что два  тройника Ø 2 " заменены крестовиком, а штуцерный патрубок—тройником 2. Остальные детали и схема обвязки их такие же, как и у арматуры тройникового типа.

Фонтанная арматура крестового типа легче по весу, меньше по размерам и удобнее при монтаже, чем тройниковая. Она устанавливается на нефтяных скважинах, дающих нефть с незначительным количеством песка.

 

2.5 Оборудование компрессорных скважин

 

Компрессорные скважины высокого давления по режиму, работы, оборудованию и правилам монтажа аналогичны фонтанным.

Схемы обвязок компрессорных скважин допускают применение однорядного и двухрядного подъемников.

Арматуру для компрессорных  скважин (тройники, буфера, задвижки и  патрубки) можно сваривать из бурильных труб. Такая арматура легка и удобна при монтаже и в эксплуатации.

Манифольд состоит из патрубков, тройников, крестовиков и задвижек.

Вспомогательный манифольд  обвязывает выкидную линию, линию, подводящую в скважину сжатую жидкость, и выкид  из затрубного пространства. Такая обвязка скважины дает возможность производить следующие технологические операции: перемену направления подачи воздуха, одновременную подачу нефти и воздуха в скважину в том или ином направлении, подачу нефти в одном направлении, а воздуха—в другом и т. д.

 

3.6 Запорная арматура

 

Вентили высокого давления предназначаются для запорных (В3 1-1-40, ВПП- 2 - 100) и регулировочных (ВР-1-40) операций в различных обвязках и на магистралях высокого давления для воды и нефти (без примесей песка) с нормальной температурой, а также для воздуха и газа (сепарированного). Вентили изготовляются на условное давление 40 и 100 кГ/см².

Задвижки сварные типа ЗС 2-3 и ЗС 2-4 предназначаются для перекрытия трубопроводов для холодной нефти, воды и глинистых растворов. Клин задвижки изготовляется из стали 40Х. Размеры и технические данные задвижек приведены в табл.

Задвижки чугунные типа «Москва», задвижки Лудло и нормальные (клинкетные) применяются для перекрытия водо - нефте- и газопроводов, имеющих давление проводимой среды до 16 кГ/см².

Задвижки для нефти, маслянистых жидкостей, воды и пара изготовляются из чугуна с уплотнительными кольцами из бронзы или специальной стали.

У задвижек «Москва» распор плашек производится взаимным смещением двух пальцев. Для прокладок используется картон, а в сальниках – пенька.

Задвижки «Москва» диаметром  больше 500 мм (30-4-12) изготовляются с отводной задвижечкой и конической зубчатой передачей. Величины давлении для задвижек «Москва» приведены в табл. 18.

Нормальные задвижки (клинкетные) предназначаются для более высоких рабочих давлений и отличаются от задвижек Лудло наличием цельнокованого стального клина (клинкета).

Шпиндель, соединенный  с клинкетом бронзовой гайкой, вращается, а гайка с клинкетом  движутся поступательно. Конструкция шпинделя, клипа и гайки клина такая же, как и у сварных задвижек ЗС 2-4.

Задвижки клинкетные фланцевые 30-4-22 применяются для нефти, газа, маслянистых жидкостей, пара и воды. Прокладки в них картонные, набивка сальников в задвижках для воды и нефти — пеньковая, для пара — асбестовая.

Задвижки газопроводные 30-4-50 низкого давления малогабаритные с ручным приводом типа ГМК изготовляются размерами 200—1500 мм. Они рассчитываются на давления Р_у = 0,4 кГ/см² и / Р_пр = 1,5 кГ/см². Прокладки и сальниковые набивки — асбестовые.

Запорная арматура с механизированным приводом предназначается для механизации, автоматизации и дистанционного управления отдельными производственными процессами на установках по добыче, переработке, транспортировке и хранению нефти. Эта арматура допускает и ручное аварийное управление.

В условном обозначении  пробкового крана указывается:

КППС —кран пробковый  проходной со смазкой; первое число—условный проход в мм; второе число—рабочее  давление; ХЛ—климатическое исполнение для холодной зоны. Например, кран пробковый проходной, со смазкой, с условным проходом 65 мм, рассчитанный на рабочее давление 14 МПа, для холодного макроклиматического района обозначается КППС – 65 Х 140ХЛ.

Краны пробковые, рассчитанные на давление 14 МПа, состоят из корпуса, каналы которого перекрываются конусной пробкой при ее повороте рукояткой на 90°. Зазор между пробкой и корпусом регулируется винтом. Кран работает только со смазкой. Смазка герметизирует затвор крана и резьбу шпинделя, облегчает поворот пробки и предотвращает коррозию деталей. Смазка подается через канал в шпинделе с помощью нажимного болта через обратный клапан в полость корпуса.

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

 

3. Технологическая часть

 

3.1 Расчет фонтанных  подъемников постоянного и переменного сечений, работающих за счет гидростатического напора и энергии расширения газа

 

Определение потерь напора в лифте давления на забое и к. п. д. подъемника при Р₂ >Р_н

Скважина, глубиной Н = 1500 м, фонтанирует за счет гидростатического напора нефтью (без выделения свободного газа (в подъемных трубах) с дебитом 300 т/сутки. Кинематическая вязкость нефти (при средней температуре в стволе скважины t = 30° С) v = 0,18 cм²/ceк; относительный удельный вес нефти Y_н = 0,871; коэффициент продуктивности скважины К = 12 т/сутки ат; давление на устье при фонтанировании через 2,5" трубы (спущенные до забоя) Р₂ = 8 ата. Требуется определить забойное и пластовое давления, потери напора и к. п. д. при фонтанировании по 2,5" трубам и 6" колонне.

Фонтанирование по 2,5 " трубам

Определяем среднюю скорость движения нефти по трубам 2,5":

 

    (4)

 

Параметр Рейнольдса

 

        (5)

 

Коэффициент гидравлических сопротивлений  при турбулентном потоке

 

       (6)

 

При Q =300 т/сутки забойное давление будет

 

(7)

 

Третье слагаемое дает потери на гидравлические сопротивления при  движении нефти в 2,5" колонне. Четвертое  слагаемое отображает давление, расходуемое  на приращение скорости; оно выражается незначительной величиной, и обычно им пренебрегают.

К. п. д. ¹ движения нефти по 2,5" колонне

 

     (8)

 

Перепад давления из пласта к забою

 

        (9)

 

Пластовое давление

 

      (10)

 

Общий к. п. д. фонтанирования (при движении нефти из пласта на поверхность), т. е. с учетом потерь энергии в пласте:

 

       (11)

 

Фонтанирование по 6" колонне

Если при том же дебите и забойном давлении фонтанирование будет совершаться  по 6" обсадной колонне, то скорость нефти понизится, соответственно уменьшатся гидравлические сопротивления, а буферное давление возрастет. Скорость движения нефти

 

     (12)

 

Параметр Рейнольдса

 

 

Коэффициент гидравлических сопротивлений при ламинарном потоке