Устройство фонтанной арматуры нефтяной скважины

Фонтаннаяарматура предназначена для герметизации устья, контроля и регулирования режима эксплуатации скважин (эксплуатационных и нагнетательных).

Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки (рис. 2.1).

Трубная головка монтируется непосредственно на колонной головке и предназначается для подвески одной или нескольких колонн НКТ и герметизации на устье межтрубных пространств. Трубная головка должна обеспечивать проход жидкости или газа в межтрубные пространства, а также позволяет контролировать давление в них и выполнять необходимые исследования скважины. Колонны подъемных труб подвешивают к трубной головке на резьбе либо на муфте. В первом случае при однорядной конструкции лифта трубы подвешивают на стволовой катушке; при двухрядной внутренний ряд труб — на стволовой катушке, а наружный — на тройнике трубной головки.

Фонтанная елка монтируется на трубной головке и предназначена для направления отбираемых из скважины жидкости и газа в манифольд, регулирования и контроля за работой фонтанной скважины.

Основными деталями и узлами фонтанной арматуры (рис. 2.1) являются крестовина 1, имеющая два боковых отвода, тройник 2, имеющий один боковой отвод, катушка или переводник 3, запорное устройство 4, фланец под манометр или буфер 5, кран 6, манометр 7, дроссель 8, заглушка 9, фланец 10.

Крестовина и тройник позволяют отводить добываемую смесь к манифольдам или иметь сообщение с одним из межтрубных пространств. На этих же деталях можно подвесить колонну НКТ. Колонна подвешивается непосредственно на этой резьбе или через переводный патрубок. Катушка или переводник служат для подвески НКТ или для перехода с одного размера деталей арматуры на другой.

Рис. 2.1. Схема фланцевой фонтанной арматуры

1 — крестовина; 2 — тройник; 3 — переводник трубной головки (катушка);

4 — стволовая задвижка; 5 — буфер; б — вентиль или край; 7 — манометр;

8 — дроссель; 9 — заглушка; 10 — фланец

Вертикальная, стволовая часть елки выполняется тройниковой -одно или двухструнной либо крестовой — двухструнной. По этому признаку арматура делится на тройниковую и крестовую. Схемы фонтанной арматуры по данному признаку регламентированы ГОСТ 13846-84, по которому установлены шесть типовых схем арматуры (рис. 2.2): схемы 1-4 — тройниковые, схемы 5, 6 — крестовые.

Рис. 2.2. Типовые схемы фонтанной арматуры

1 — манометр; 2 — запорное устройство к манометру; 3 — фланец под манометр; 4 — запорное устройство; 5 — тройник, крестовина; 6 — дроссель; 7 — переводник трубной головки; 8 — ответный фланец; 9 — трубная головка

Тройниковую арматуру рекомендуется использовать при низких и средних давлениях. Тройниковую арматуру с двухструнной елкой рекомендуют для скважин, в продукции которых содержаться механические примеси.

Крестовая и тройниковая однострунные арматуры предназначены для скважин, в продукции которых нет механических примесей.

Для средних и высоких давлений рекомендуют применять крестовую арматуру. Крестовая арматура значительно ниже тройниковой что облегчает ее обслуживание. К недостаткам крестовой арматуры относится то, что при выходе из строя одного из отводов необходимо закрывать нижнее стволовое запорное устройство, а следовательно, останавливать скважину. У тройниковой арматуры с верхним рабочим отводом при выходе его из строя можно закрыть среднюю стволовую задвижку и включить в работу нижний отвод.

При исследовании скважин часто необходимо устанавливать над фонтанной елкой лубрикатор для спуска того или иного прибора. Для этой цели в тройниковой и крестовой арматуре предусмотрено верхнее стволовое запорное устройство.

Шифр фонтанной арматуры в зависимости от ее схемы, конструкции, способа управления задвижками, условного прохода, давления климатического исполнения я коррозионностойкости может включать от девяти и более буквенных и цифровых обозначений.

Запорные устройства служат для полного перекрытия или полного открытия проходного сечения ствола или отвода. Регулировка параметров потока неполным закрытием запорного устройства не допускается. Для регулировки параметров потока и, следовательно, режима работы скважины используются специальные узлы — дроссели (штуцера). Штуцеры

применяют в основном нерегулируемого типа (рис. 2.4).

В некоторых случаях, при малом содержании абразива, ставят регулируемые штуцеры (рис. 2.5). В этом штуцере струя газа изменяет свое направление на 90°. Проходное сечение штуцера создается между иглой — наконечником 3 и втулкой штуцера 2.

Запорные устройства фонтанной арматуры

Запорные устройства фонтанной арматуры изготавливаются трех типов:

1) пробковые краны со смазкой по ТУ 26-14-24-77;

2) задвижки прямоточные со смазкой типа ЗМ и ЗМС с однопла-стинчатым шибером по ТУ 26-16-45-77;

3) задвижки прямоточные со смазкой ЗМAД с двухпластинчатым шибером по ТУ 26-02-728-76 «Оборудование устья нефтяных и газовых скважин на рабочее давление 70 МПа».

По условиям эксплуатации в зависимости от состава скважинной среды запорные устройства изготавливаются в трех исполнениях:

1) для нефти, газа и газоконденсата с содержанием Н₂S и СО₂ до 0,003% по объему каждого;

2) Н₂S и СО₂ до 6% по объему каждого;

3) СО₂ до 6% по объему.

Задвижки и краны применяются в стволовой и отводящей части фонтанной арматуры. Перед манометрами устанавливаются вентили.

Пробковые краны со смазкой выгодно отличаются от задвижки (рис. 2.6). Для его открывания или закрывания достаточно повернуть пробку 2 на 90°. Уплотнительные поверхности крана покрыты смазкой и не отмываются потоком среды.

Прямоточная задвижка (рис. 2.9) работает на принципе самоуплотнения. Шпиндель 1 задвижки имеет опору качения, и поэтому М₂ приблизительно 0.

Дляуменьшения осевых сил, действующих на шпиндель задвижки, применяется разгрузочный шток. У задвижек обоих типов есть общий недостаток — для открытия и закрытия необходимо сделать несколько поворотов маховика, прилагая усилие.

Вентили используют на вспомогательных линиях.

Что важно знать о фонтанной арматуре?

Фонтанная арматура – это трубная конструкция схема и устройство подключения которой имеет фланцевое соединение с различными тройниками, соединительными устройствами и т.д. Во время обустройства системы фланцевое соединение уплотняют стальными прокладками с минимальным содержанием углерода.

Узел из фонтанной арматуры

Фонтанная арматура предназначена для выполнения множества функций. Одна из них- это типовые обвязки трубопроводов. Это устройство позволяет управлять потоком среды в скважине и осуществлять контролирующие производство процессы.

Фонтанная арматура широко используется при герметизации и при проводке отводов выкидных линий. Практически во все типовые виды работ, связанных с прокладкой трубопроводов, необходимо задействовать подобное устройство.

Читать еще: Формула нахождения удельного веса

1 Назначение фонтанной арматуры

Фонтанная арматура имеет основные случаи использования:

герметизация скважины;
формирование отвода продукции;
регулировка скважинного дебита;
доступ непосредственно к забою скважины;
манипуляции в затрубном пространстве (проведение операций по забору проб не останавливая производство, изменение давления и температуры в скважинном забое).

Читайте также: чем хороша стеклопластиковая арматура, и где ее применяют?

Фонтанная арматура используется при избыточном давлении под воздействием больших нагрузок. Применяют конструкцию в том случае, когда есть вероятность воздействия агрессивной среды в скважинах. Часто ее используют при больших абразивных нагрузках, когда в воде насчитывают большое количество объединений различных пород.

Использование фонтанной арматуры для добычи нефти

Использовать систему нужно с учетом того, что этот тип оборудования должен иметь высокую прочность и долговечность, без чего производство будет неэффективным. Основной выбор применения данного оборудования это — добыча газа и прокладка нефтяных трубопроводов.
к меню ↑

1.1 Разновидности

Госстандарт определил несколько видов фонтанной арматуры:

Тройниковая/Крестовая (выбор зависит от конфигураций фонтанной елки). Боковые отводы подсоединяются к сборным и замерным установкам с помощью выкидных линий.
Двухрядная или однорядная (количество рядов насосных изделий, спускающихся в скважину).
Оснащена задвижками или кранами. Задвижки используют для нефтяных скважин, а краны – для газовых.

Читайте также: обзор арматуры марки А3, список ее преимуществ и параметров.

В зависимости от конструктивных и прочностных признаков, фонтанная обвязка классифицируется по:

Рабочему давлению. Стандартная обвязка рассчитана на давление 7-105 МПа. Арматуру, рассчитанную на максимально высокое давление, применяют для очень глубоких скважин, или в которых было зафиксировано аномально высокое пластовое давление (АВПД).
Размеру проходного сечения ствола (50-150 мм). Конструкция с диаметром ствола от 100 до 150 мм, рассчитана на высокодебитные нефтяные и газовые скважины.

Выбирая материал для изготовления устройства, необходимо учесть свойства среды, без чего не обойтись. При пожаро- и взрывоопасной среде не рекомендуют останавливать выбор на чугунных деталях.

Типовые схемы и номера таблиц находятся в прейскуранте Министерства машиностроения.

Фонтанная елка ЕФ6Д-100/80×70КЗ

Типовые виды арматуры включают различные задвижки, краны, клапаны, вентили. Специальная обвязка состоит из редукционных вентилей, затворов и клапанов для катализаторопроводов и резервной арматуры.

Читайте также: где применяют арматуру марки А1, и чем она отличается от других классов?

Заказывая типовое подключение заводам-изготовителям, необходимо сообщить ее условные обозначения с определённой схемы.
к меню ↑

2 Конструкция

Производство арматуры, согласно ГОСТ 13846-84, предполагает использование схемы тройникового и крестового типа.

Устройство состоит из:

трубная головка;
фонтанная елка;
запорные устройства с ручным управлением;
дроссели.

Трубная головка используется для подвески нескольких рядов НКТ, а также их герметизации. Кроме того, трубная головка принимает участие в технологических операциях, которые включают: освоение, эксплуатацию и ремонт скважины.

Подвешивание колон осуществляют (на резьбе):

если однорядный лифт – на резьбе катушки;
если двухрядный лифт: внутренняя колонна – на резьбе катушки, наружная колонна – на резьбе крестовины трубной головки.

Трубная головка предполагает замену своих боковых задвижек. Этот процесс осуществляется с помощью специальных глухих пробок, которые устанавливают в резьбовых отверстиях корпуса.

Запорные устройства на фонтанной арматуре с ручным упралением

направляет продукцию в выкидную линию;
принимает участие в установке специальных устройств;
замеры давления и температуры среды;
спуск скважинных приборов для очистки труб.

Читайте также: какие бывают классы арматуры, и чем они отличаются друг от друга?

Запорные устройства представлены в виде проходных пробковых кранов и прямоточных задвижек с подачей смазки. Их основное предназначение – перекрытие проходных отверстий.

Колонные головки выполняют функцию подвески для обсадной колонны, герметизация и контроль давления между колоннами труб.
к меню ↑

2.1 Технические требования к конструкции

ГОСТ 13846-89 определяет фонтанную арматуру как устройство, предназначенное для герметизации скважин, перекрытия среды и ее направления в манифольд, и проведение других технологических операций.

Согласно ГОСТ 16350-80 фонтанная арматура может быть использована в умеренном и холодном макроклиматических районах. Размещение производится по категории 1 (ГОСТ 15150-69).

Оптимальная температура воздуха окружающей среды: от -60 ºC и до +40 ºC .

Качественная арматура долговечна и выдерживает атмосферные нагрузки

ГОСТ 51365-2009 установил использование определенного материала и уровень технических требований, которые больше всего подходят к условиям эксплуатации.

Производство деталей можно проектировать по индивидуальным заказам с учетом того, что все условия эксплуатации и выбор комплектующего материал будут соответствовать установленным стандартам.
к меню ↑

2.2 Обозначение АФК

АФ – арматура фонтанная;
К – способ подвешивания трубопровода по ГОСТ 13846-84;
n – схема по ГОСТ 13846-84 (n = 1-6);
Э – кабельный ввод;
65×21 – условный проход и рабочее давление в МПа;
ХЛ – климатические исполнения изделия;
К1 – категория коррозионной стойкости.

Типовые схемы по ГОСТ 13846-89:

АФ1, АФК 1;
АФ2, АФК 2;
АФ3, АФК 3;
АФ4, АФК 4;
АФ5, АФК 5;
АФ6, АФК 6.

2.3 Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

В процессе пользование скважины производится монтаж и опрессовка конструкции. Основную функцию в присоединении осуществляют колонные головки. Находящиеся в верхнем фланце отверстия, позволяют прикрепить детали различных типоразмеров.

Монтаж узла оборудования из фонтанной арматуры

Между фланцами укладывают специальную малоуглеродистую сталь с овальным сечением.
При помощи элеваторов опускают колонну компрессорных труб.
Свинчивают трубы (перед свинчиванием нужно смазать резьбу труб).
Спускают колонны труб.

Читайте также: чем хороша арматура А500С, и какие у нее характеристики?

По окончанию установки производят опрессовку для проверки герметичности всех соединений.

Ремонт конструкции происходит в специализированных мастерских. Предварительно, фонтанная арматура, разбирается на отдельные детали. Елку тщательно моют и проверяют остальные составляющие.

Фонтанная арматура имеет конструктивную особенность, что позволяет защитить почву и окружающую среду от содержимого трубопровода.
к меню ↑

2.4 Использование фонтанной арматуры в нефтедобывающей отрасли (видео)

Что важно знать о фонтанной арматуре?

Читать еще: Как реанимировать литий ионный аккумулятор

Узел из фонтанной арматуры

1 Назначение фонтанной арматуры

Фонтанная арматура имеет основные случаи использования:

герметизация скважины;
формирование отвода продукции;
регулировка скважинного дебита;
доступ непосредственно к забою скважины;
манипуляции в затрубном пространстве (проведение операций по забору проб не останавливая производство, изменение давления и температуры в скважинном забое).

Читайте также: чем хороша стеклопластиковая арматура, и где ее применяют?

Использование фонтанной арматуры для добычи нефти

1.1 Разновидности

Госстандарт определил несколько видов фонтанной арматуры:

Тройниковая/Крестовая (выбор зависит от конфигураций фонтанной елки). Боковые отводы подсоединяются к сборным и замерным установкам с помощью выкидных линий.
Двухрядная или однорядная (количество рядов насосных изделий, спускающихся в скважину).
Оснащена задвижками или кранами. Задвижки используют для нефтяных скважин, а краны – для газовых.

Читайте также: обзор арматуры марки А3, список ее преимуществ и параметров.

В зависимости от конструктивных и прочностных признаков, фонтанная обвязка классифицируется по:

Рабочему давлению. Стандартная обвязка рассчитана на давление 7-105 МПа. Арматуру, рассчитанную на максимально высокое давление, применяют для очень глубоких скважин, или в которых было зафиксировано аномально высокое пластовое давление (АВПД).
Размеру проходного сечения ствола (50-150 мм). Конструкция с диаметром ствола от 100 до 150 мм, рассчитана на высокодебитные нефтяные и газовые скважины.

Типовые схемы и номера таблиц находятся в прейскуранте Министерства машиностроения.

Фонтанная елка ЕФ6Д-100/80×70КЗ

Читайте также: где применяют арматуру марки А1, и чем она отличается от других классов?

2 Конструкция

Устройство состоит из:

трубная головка;
фонтанная елка;
запорные устройства с ручным управлением;
дроссели.

Подвешивание колон осуществляют (на резьбе):

если однорядный лифт – на резьбе катушки;
если двухрядный лифт: внутренняя колонна – на резьбе катушки, наружная колонна – на резьбе крестовины трубной головки.

Запорные устройства на фонтанной арматуре с ручным упралением

направляет продукцию в выкидную линию;
принимает участие в установке специальных устройств;
замеры давления и температуры среды;
спуск скважинных приборов для очистки труб.

Читайте также: какие бывают классы арматуры, и чем они отличаются друг от друга?

2.1 Технические требования к конструкции

Оптимальная температура воздуха окружающей среды: от -60 ºC и до +40 ºC .

Качественная арматура долговечна и выдерживает атмосферные нагрузки

2.2 Обозначение АФК

АФ – арматура фонтанная;
К – способ подвешивания трубопровода по ГОСТ 13846-84;
n – схема по ГОСТ 13846-84 (n = 1-6);
Э – кабельный ввод;
65×21 – условный проход и рабочее давление в МПа;
ХЛ – климатические исполнения изделия;
К1 – категория коррозионной стойкости.

Типовые схемы по ГОСТ 13846-89:

АФ1, АФК 1;
АФ2, АФК 2;
АФ3, АФК 3;
АФ4, АФК 4;
АФ5, АФК 5;
АФ6, АФК 6.

2.3 Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

Монтаж узла оборудования из фонтанной арматуры

Между фланцами укладывают специальную малоуглеродистую сталь с овальным сечением.
При помощи элеваторов опускают колонну компрессорных труб.
Свинчивают трубы (перед свинчиванием нужно смазать резьбу труб).
Спускают колонны труб.

Читайте также: чем хороша арматура А500С, и какие у нее характеристики?

По окончанию установки производят опрессовку для проверки герметичности всех соединений.

Читать еще: Выбор двусторонних лезвий html

2.4 Использование фонтанной арматуры в нефтедобывающей отрасли (видео)

Исследования фонтанного типа скважин

При добыче нефти в особенно перспективном месторождении чаще всего находит применение схема фонтанной скважины: в данном случае поднятие нефти до устья производится естественным образом (при помощи пластовой энергии). Данный способ добычи требует меньше всего затрат как на покупку и обслуживание оборудования, так и по времени: поскольку поднятие осуществляется самостоятельно, то на трубах и специальных механизмах можно сэкономить. Конструкция фонтанной скважины и схема расположения оборудования достаточно проста, поэтому ее устройство является наиболее предпочтительным, а в дальнейшем при ослабевании давления можно дооборудовать скважину для создания искусственного поднятия.

Схема фонтанной скважины

Для данного типа скважины колонны труб подвешиваются на арматурной основе, которая ставится на устье. Арматура играет роль подвески, также выполняя функции герметизации самого устья и контроля режима работы всей скважины. НКТ-трубы являются каналом, по которому нефть поднимается от забоя на поверхность. В зависимости от длины скважины протяженность труб доходит до 3 км, колонна может собираться из нескольких изделий, скрепляемых друг с другом последовательно. Длина отдельной трубы варьируется до 10 метров. Оптимальный способ соединения – с помощью муфт с резьбой. Нежелательно использовать сварку для соединения, поскольку после того, как схема фонтанной скважины потребует доработки, придется извлекать на поверхность всю колонну. Спуск, а также поднятие элементов колонны необходимо производить при помощи спецтехники.

Главным элементом конструкции является фонтанная арматура, которая создает прочную конструкцию из стальных прутков и запорных механизмов, и каждый элемент должен быть рассчитан на повышенное давление. Масса готовой конструкции доходит до 1-2 центнеров. Чаще всего используют крестовую или тройную арматуру: первый тип чаще используется на нефтяных месторождениях, где нет примесей механического типа.

Оборудование фонтанных скважин

Фонтанные скважины могут оснащаться оборудованием и в области забоя, и на устье. В случае, если в районе продуктивных пластов породы отличаются высокой прочностью, то может использоваться технология открытого забоя, когда колонна доходит до верхней части пласта, и вскрытие производится на полную мощность. При неустойчивых горных породах, высоком риске осыпания песка забойную область следует укреплять обсадной трубой и цементировать пространство за ее пределами. Приток жидкости при этом создается посредством перфорирования по нижнему краю трубы.

Схема фонтанной скважины подразумевает герметизацию устья, которая производится посредством монтажа головки колонны и арматурной конструкции, оснащенной манифольдом. Создание арматуры производится по требованиям ГОСТ 13846-89, при этом конструкция может иметь отличия по прочности и типу структуры. Основой служит головка, или обвязка, а фонтанная елка включает запорные устройства и элементы для регулирования работы скважины. Головка в конструкции необходима для обвязывания трубопроводов в скважине, а также для регулировки направления и силы потока в затрубной зоне.

Конструктивно арматура для фонтанной скважины позволяет измерить показатели давления на верхнем сегменте елки, выявить температурный режим на боковых отводах елки и самой головки. По стандарту ГОСТ конструкция должна включать блочные элемента и устройствами для предохранения конструкции, которые при необходимости можно активировать на расстоянии. Фонтанная елка представляет собой важную часть общей конструкции, и она позволяет регулировать силу потока в самом трубопроводе и направлять его в промысловое русло.

Оборудование парой труб НКТ изделия большего диаметра помещаются на нижней детали при помощи резьбового соединения на элемент, который служит одновременно для герметизации пространства за трубами. Если скважину не следует останавливать при работе, имеет смысл поставить двухсекционную елку, которая заканчивается сверху специальным буфером и манометром. При спуске в функционирующую фонтанную скважину данные устройства заменяет лубрикатор. Разновидности конструкции выбираются, исходя из характеристик скважины и характеристик добычи нефти в конкретном месторождении.

Исследование фонтанных скважин

Схема фонтанной скважины требует проведения регулярных исследований, которые осуществляются по методике пробных откачек жидкости и по способу восстановления давления в забое в момент после остановки работы оборудования. Корректировку режима функционирования специалисты производят, меняя штуцеры и устанавливая элементы с различными по размеру отверстиями. Способ пробной откачки может с успехом использоваться при выявлении степени продуктивности скважины и определения оптимального режима ее функционирования. Что касается способа восстановления уровня давления, то по нему можно вычислить основные характеристики пласта.

Исследование по методу пробной откачки в последнее время производится для построения линий индикации по зависимости дебитов от изменений в давлении. Также работа необходима для вычисления продуктивного коэффициента, содержания примесей, в том числе воды, во время разных режимов эксплуатации. Замеры производятся при помощи манометра, расходометра, определяют размеры отверстий в штуцере. Посредством замены на главном манифольде специалист ставит новый режим работы и замеряет показатели давления и расхода, после чего выясняет, что сообщает разница результатов.

Процедура отбора жидкости для исследования проводится при помощи специальных приспособлений, которые фиксируются и опускаются наподобие манометра. Спуск самого манометра требует наличия в конструкции лубрикатора, который будет оснащен сальником с роликом. Сальник играет роль герметизирующего вещества для отверстия, через которое проводится проволока. При необходимости осуществить глубокие исследования необходимо воспользоваться механической подъемной лебедкой, которая ставится в 20-30 метрах от устья.

Сначала вниз опускают шаблон, затем измерительный прибор (иногда с утяжелителем). Чтобы проволока не оборвалась в момент проведения исследования, нельзя, чтобы оборудование спускалось ниже края трубы. Чтобы предотвратить подобное явление, башмак оснащается специальной шпилькой, которая ограничивает спуск внутри колонны. Поднятие производится на малой скорости, на последних метрах она должна быть минимальной (в ряде случаев устройства для исследований вытаскивают вручную).

Измерение дебита производится на групповых установках, и для отбора используется краник, который забирает пробу жидкости и выдает результат через некоторое время.

Выводы

Фонтанные скважины достаточно часто устраиваются для добычи нефти, когда жидкость может подниматься посредством пластового давления высокой мощности. Как и другие типы скважин, она оборудуется специальными видами оснастки. Грамотные расчеты и правильно взятые анализы – гарантия того, что продуктивность горизонтов, степень разработки и иные важные факторы будут на высоте.

Устройство фонтанной арматуры нефтяной скважины