Выбор фонтанной арматуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: "Выбор фонтанной арматуры"

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

2. Выбор схемы фонтанной арматуры

3. Шифр фонтанной арматуры

4. Запорные устройства. Краткая характеристика

5. Материально-техническое обоснование

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Арматура фонтанная предназначена для герметизации устья насосных и фонтанных скважин, перекрытия и направления добываемой продукции в манифольд, а также проведения необходимых технологических операций. Арматура разделена для эксплуатации в холодном и умеренном макроклиматических районах. Арматура состоит из трубной головки состоящей из крестовины, кранов и манометра, затем переводная катушка (патрубок с внутренней резьбой) и фонтанной елки которая состоит из крестовины, кранов и манометра. Вид фонтанной арматуры определяют конкретные особенности эксплуатации а также характер требований, предъявляемых к ней. Так, запорные устройства фонтанной арматуры подавляющую часть времени своего функционирования находится в открытом положении, при этом через нее идет поток жидкости либо газа. Такая арматура закрывается например, для проведения ремонтных работ, врезки отвода и при аварии (разрыве трубы). При этом, естественно, арматура должна обеспечивать полную герметичность. Чтобы потери при аварии были минимальны, арматуру необходимо закрыть сразу же. Привод арматуры должен быть взрывобезопасным. Поскольку такая арматура почти постоянно открыта, она должна иметь минимальное гидравлическое сопротивление, чтобы не снижать существенно пропускную способность линии. Такая арматура должна иметь высокую надежность, определяемую не большим числом циклов срабатывания (что в данном случае и не надо), а легкостью закрытия после длительной эксплуатации в открытом положении, либо наоборот. Для герметичного закрывания арматуры необходимо, чтобы уплотнение было высокостойким к длительному эрозионному воздействию потока добываемой жидкости, который может содержать абразивные частицы. Арматура должна быть долговечной (примерно 10--20 лет), так как операция по ее замене обходится значительно дороже самой арматуры из-за необходимости остановки работы скважины в целом, сложности доставки арматуры на место и т. п.

1. Теоретическая часть

Фонтанная арматура предназначена для герметизации устья скважин, контроля и регулирования режима их эксплуатации, а также для проведения различных технологических операций в умеренном и холодном микроклиматических районах для сред, содержащих СО2, H2S и СО2 и пластовую воду. Арматура включает трубную головку, фонтанную елку, запорные устройства с ручным и пневматическим управлением, регулирующие устройства (дроссели). В мире существуют 2 основых типа фонтанной арматуры: тройникового и крестового типа. Арматура тройникового типа, ее отличие от арматуры крестового типа в том, что на фонтанной елке отсутствуют крестовины, вместо них используются тройники. А также крестовая арматура по высоте меньше тройниковой; это облегчает ее обслуживание.

Фонтанная арматура крестового типа

Крестовина или тройник позволяют отводить добываемую смесь к манифольдам или иметь сообщение с одним из межтрубных пространств. На этих же деталях можно подвесить колонну НКТ. Катушка или переводник служат для подвески НКТ или для перехода с одного размера деталей арматуры на другой. Детали и узлы арматуры соединяются между собой резьбой, фланцами с уплотнениями или хомутами. По этому признаку арматура делится на резьбовую, фланцевую и хомутовую.

Фонтанная арматура тройникового типа

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 примесий. 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, что в свою очередь приводит к финансовым потерям. 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. Запорные устройства служат для полного перекрытия или полного открытия проходного сечения ствола или отвода. Регулировка параметров потока неполным закрытием запорного устройства не допускается. Для регулирования параметров потока и, следовательно, режима работы скважины используются специальные узлы -- дроссели (штуцеры). Штуцеры применяют в основном нерегулируемого типа. В некоторых случая, при малом содержании образива, ставят регулируемые штуцеры. Трубная головка монтируется непосредственно на колонной головке и предназначена для подвески одной или нескольких колонн НКТ и герметизации на устье межтрубных пространств. Трубная головка должна обеспечить проход жидкости или газа в межтрубные пространства, а так же позволяет контролировать давления 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. В фонтанной арматуре уплотнение между фланцами осуществляется овальным кольцом из мягкой стали. Для регулирования фонтанной струи и направления ее в выкидные линии служат задвижки или краны, установленные на боковых отводах крестовин или тройников. Елка предназначена для направления продукции скважины в выкидную линию регулирования, режима эксплуатации, для установки специальных устройств при спуске скважинных приборов или скребков для очистки труб от парафина, замера давления и температуры среды, а также для проведения некоторых технологических операций. Боковые струны арматуры оканчиваются ответными фланцами для приварки к линиям манифольда. На фланцах боковых отводов трубной головки и фонтанной елки предусматриваются отверстия для подачи ингибиторов коррозии и гидратообразования в затрубное пространство и в ствол елки. В качестве запорных устройств фонтанной арматуры применяют проходные пробковые краны и прямоточные задвижки с принудительной или автоматической подачей смазки. Для регулирования режима эксплуатации на боковых струнах елки установлены регулируемые или нерегулируемые дроссели со сменной втулкой из износостойкого материала. Наблюдение за работой фонтанных скважин ведется по показаниям двух манометров, установленных на каждой скважине. Верхний манометр предназначен для замера давления на устье скважины, которое называется буферным. По нижнему манометру, устанавливаемому на крестовине трубной головки, определяется затрубное давление.

Основными деталями и узлами фонтанной арматуры 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, ответный фланец 9.

Фонтанные арматуры классифицируются по конструктивным и прочностным признакам:

1. по рабочему давлению.

Тройниковая и крестовая фонтанные арматуры выпускаются на рабочее давление 7, 14, 21, 35, 70, 100 МПа. В зависимости от ожидаемого давления при эксплуатации на устье скважины устанавливают фонтанную арматуру, рассчитанную на данное рабочее давление.

2. по схеме исполнения.

Рис. Типовые схемы фонтанных арматур

3. по числу спускаемых в скважину рядов труб.

Диаметр и длину колонны подъемных труб устанавливают для каждого пласта опытным путем, исходя из ожидаемого дебита, пластового давления, глубины скважины и условий эксплуатации. Условные диаметры подъемных труб от 33 до 114 мм.

Различают однорядные и двухрядные подъемники. Применение двух рядов труб в фонтанных скважинах позволяет более рационально использовать энергию расширяющегося газа и предотвращать образование песчаных пробок на забое.

Обычно в фонтанные скважины спускают одноразмерную колонну, чаще из труб диаметром 73 мм или же ступенчатую колонну из комбинации труб диаметром (в мм): 114 и 89; 114 и 73; 114,89 и 73; 102,89 и 73; 89 и 73 и др.

4. по конструкции запорных устройств.

К запорным устройствам относятся пробковые краны или прямоточные, клиновые задвижки. Минус клиновых задвижек в их недостаточной герметичности.

Особенности прямоточной задвижки в том, что при движении потока через нее нефть и газ не соприкасаются с уплотняющими поверхностями, благодаря чему достигается крайне незначительный их износ.

По сравнению с клиновой задвижкой проходной пробковый кран обладает большей коррозионной стойкостью, имеет меньший габаритный размер и меньшую массу.

5. по размеру проходного сечения ствола арматуры и боковых отводов.

Диаметры проходных сечений от 50-150 мм. Диаметры боковых отводов от 50-100 мм.

Таблица 1

Основные параметры фонтанной арматуры по ГОСТ 13346-84 приведены в таблице 2.

Фонтанную арматуру, рассчитанную на давление 14 МПа, (таблица 2) изготовляют по схемам 1, 3 и 5 ГОСТ 13846-84. В качестве запорного устройства арматуры применяется проходной пробковый кран типа КППС, герметизируемый уплотнительной смазкой ЛЗ-162, а регулирующего устройства - быстросменный дроссель.

Таблица 2

Примечание: Ширина В для всей арматуры составляет 430 мм.

Фонтанную арматуру, рассчитанную на давление 21 и 35 МПа, изготовляют с прямоточными задвижками типа ЗМС1 и принудительной подачей смазки, с условным проходом 65 мм - по схемам 1 - 6, с условным проходом 80 мм - по схемам 1, 5 и 6, с условным проходом 100 и 150 мм -- по схеме 6 ГОСТ 13846--84 (таблица 3). Арматура в зависимости от типа комплектуется задвижками с ручным и пневматическим управлением.

Регулирующим устройством арматуры служит угловой регулируемый дроссель.

Таблица 3

Фонтанную арматуру, рассчитанную на давление 70 МПа, изготовляют с прямоточными задвижками с автоматической подачей смазки по схеме 6 ГОСТ 13846-84. Запорное устройство - прямоточная задвижка типа ЗМАД и ЗМАДП с двухпластинчатым шибером с уплотнением "металл по металлу", с автоматической подачей смазки в затвор, и типа ЗМС, ЗМСП с однопластинчатым шибером, с двухсторонней принудительной подачей смазки. Арматура в зависимости от типа комплектуется задвижками с ручным и пневматическим управлением.

Задвижки с дистанционным и автоматическим управлением пневмоприводные (типа ЗМАДП) имеют дублирующее ручное управление. Регулирующим устройством арматуры служит угловой регулируемый дроссель (таблица 4).

Таблица 4

Основные требования к запорным устройствам следующие. Поскольку такая арматура почти постоянно открыта, она должна иметь минимальное гидравлическое сопротивление, чтобы не снижать существенно пропускную способность линии. Такая арматура должна иметь высокую надежность, определяемую не большим числом циклов срабатывания (что в данном случае и не надо), а легкостью закрытия после длительной эксплуатации в открытом положении, либо наоборот. Для герметичного закрывания арматуры необходимо, чтобы уплотнение было высокостойким к длительному эрозионному воздействию потока добываемой жидкости, который может содержать абразивные частицы. Арматура должна быть долговечной (примерно 10--20 лет), так как операция по ее замене обходится значительно дороже самой арматуры из-за необходимости остановки работы скважины в целом, сложности доставки арматуры на место и т. п. Высокая надежность запорных устройств фонтанной арматуры при минимальном обслуживании -- довольно жесткое условие при конструировании.

2. Выбор схемы фонтанной арматуры

Для выбора фонтанной арматуры необходимо иметь полные данные о системе, где собираются применять арматуру, о назначении арматуры и условиях ее работы.

На выбор арматуры значительно влияют химическая активность рабочей среды и ее коррозионные свойства. Они определяют марку материала корпусных деталей арматуры и уплотнения. При выборе арматуры необходимо учитывать ее долговечность и ремонтопригодность. Эти характеристики связаны с расчетным сроком службы самой установки, где применяют арматуру, а также с проектируемой в дальнейшем модернизацией или автоматизацией системы.

В системах, где затруднено обслуживание и где выход арматуры из строя может повлечь серьезные последствия, основной характеристикой для выбора запорной арматуры может стать надежность ее работы.

Наконец, один из решающих факторов при выборе арматуры -- ее экономичность. Экономичность следует рассматривать комплексно, для всего народного хозяйства в целом. При этом учитывают цену арматуры, стоимость обслуживания ее, а также ее влияние на экономические показатели всего производства. При выборе арматуры следует учитывать также ее габаритные размеры и массу с учетом места для ее установки

Фонтанную арматуру выбирают в зависимости от конкретных условий и особенностей технологического процесса, а также от вида и физических свойств перекачиваемой рабочей среды.

В моем конкретном случае буферное давление равно 60 Мпа, дебит 420 кубических метров в сутки, способ эксплуатации -- фонтан, способ управления задвижками -- автоматический, содержание песка в пластовой жидкости не превыщает 1,0%, использовать арматуру планируется умеренной климатической зоне, содержание H2S<6. Уменьшение толщины стенки от действия коррозии -- 0.02 мм в год. Исходя из данных условий я выбрал фонтанную арматуру АФК6В-80х70ХЛК2 в которой используются пневмоприводные плоскошиберные задвижки арматура изготовлена по первой схеме.. По моему мнению, данная конфигурация удовлетворит предъявленные требования и обеспечит требуемую пропускную способность, герметичность и надежность при небольшой себестоимости.

3. Шифр фонтанной арматуры

Указанный, мною, выше шифр (АФК6В-80х70ХЛК2) позволяет понять, что данная фонтанная арматура рассчитана на максимальное буферной давление 80МПа, диаметр условного прохода ствола и боковых отводов равен 70мм. Арматура предназначена для использования в холодном и умеренном климатических поясах, а так же удовлетворяет требования по коррозионной стойкости и может быть применена при содержании H2S и СО2 до 6%. Используются пневмоприводные плоскошиберные задвижки.

4. Запорные устройства. Краткая характеристика

Запорные устройства, предназначенные для перекрытия проходных отверстий в фонтанной арматуре и устьевом оборудовании, делятся на:

- проходные пробковые краны типа КППС с уплотнительной смазкой;

- прямоточные задвижки с однопластинчатым (типа ЗМС1) и двухпластинчатым (типа ЗМАД) шиберным затворами с принудительной или автоматической подачей смазки, ручным или пневматическим управлением.

К задвижкам относят запорные устройства, в которых проход перекрывается поступательным перемещением затвора в направлении, перпендикулярном движению потока транспортируемой среды. Задвижки широко применяют для перекрытия потоков газообразных или жидких сред в трубопроводах с диаметрами условных проходов от 50 до 2000 мм при рабочих давлениях 4--200 кгс/см² и температурах среды до 450 °С. Иногда задвижки изготовляют и на более высокие давления.

В нефтегазовой промышленности задвижки применяют при оборудовании устья скважин, на промысловых сборных пунктах, магистральных и распределительных газопроводах, трубопроводах компрессорных и газораспределительных станций.

Малое гидравлическое сопротивление задвижек делает их особенно ценными при применении на трубопроводах, через которые постоянно движется среда с большой скоростью, например для трубопроводов большого диаметра.

В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки имеют следующие преимущества: незначительное гидравлическое сопротивление при полностью открытом проходе; отсутствие поворотов потока рабочей среды; возможность применения для перекрытия потоков среды большой вязкости; простота обслуживания; относительно небольшая строительная длина; возможность подачи среды в любом направлении.

- Рабочая полость задвижки, в которую подается транспортируемая под давлением среда, образуется корпусом 3 и верхней крышкой 7. Герметизируется эта полость при помощи прокладки 5, которая прижимается крышкой к корпусу. Корпус задвижки представляет собой цельную, литую или сварную конструкцию. Как правило, он имеет высоту, равную двум диаметрам перекрываемого прохода. На корпусе, симметрично оси шпинделя, располагаются два патрубка, которыми задвижка присоединяется к трубопроводу. Присоединение может быть либо сварным, либо фланцевым.

Существуют самые разнообразные конструкции задвижек. Их пытаются классифицировать по различным признакам, связанным с конкретными условиями эксплуатации, по химическому составу рабочей среды и ее параметрам. Так, авторы каталогов разделяют задвижки по материалу, из которого изготовлены корпус (из нержавеющей, углеродистой стали и чугуна) или затвор. Классифицируют задвижки по величине рабочих давлений, температурам рабочих сред, типу привода и т. д.

Классификации такого рода являются неполными, так как они не учитывают особенностей конструкций, позволяющих, помимо работы в определенных средах, отвечать ряду требований, предъявляемых к задвижкам в эксплуатации, и помещают в один класс множество совершенно непохожих по своим данным типов задвижек.

Наиболее целесообразной является классификация задвижек по конструкции затвора. По этому признаку многочисленные конструкции задвижек могут быть объединены по основным типам: клиновые и параллельные задвижки.

По этому же признаку клиновые задвижки могут быть с цельным, упругим или составным клином.

Параллельные задвижки также можно подразделить на одно-дисковые и двухдисковые.

В ряде конструкций задвижек, предназначенных для работы при высоких перепадах давления на затворе, для уменьшения усилий, необходимых для открывания и закрывания прохода, площадь прохода выполняют несколько меньшей площади сечения входных патрубков. По этому признаку задвижки могут быть классифицированы на полнопроходные (диаметр прохода задвижки равен диаметру трубопровода) и с суженным проходом. В зависимости от конструкции системы винт--гайка и ее расположения (в среде или вне среды) задвижки могут быть с выдвижным и с невыдвижным шпинделем. В условном обозначении задвижки указывается: ЗМ - задвижка с уплотнением шибера "металл по металлу"; С или А - с уплотнительной смазкой и подачей ее принудительно или автоматическим способом; I или Д - модификация задвижки (одно- или двухшиберная); Б - исполнение корпуса задвижки безфланцевое (при фланцевом буква не пишется); П - пневматическое управление; первое число - диаметр условного прохода в мм; второе число - рабочее давление; исполнение по коррозионной стойкости аналогично фонтанной арматуре. Или например, задвижка с уплотнением "металл по металлу", с автоматической подачей смазки, с двухпластинчатым шибером, условным проходом 50 мм, рассчитанная на рабочее давление 80 МПа, для содержания H2S и СО2 до 6% обозначается ЗМАД-50Х700К2.

В условном обозначении пробкового крана указывается: КППС - кран пробковый проходной со смазкой; первое число - условный проход и мм; второе число - рабочее давление; ХЛ - климатическое исполнение для умеренной зоны. Например, кран пробковый проходной, со смазкой, с условным проходом 70 мм, рассчитанный на рабочее давление 80 МПа, для умеренного макроклиматического района обозначается КППС-80Х 70ХЛ. Краны пробковые, рассчитанные на давление 80 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.

Прямоточные задвижки типа ЗМС1 с принудительной подачей смазки с ручным управлением с условным проходом 65, 80, 100 к 150 мм, рассчитанные на рабочее давление 21 и 35 МПа, состоят из корпуса, седла входного, шпинделя, маховика, гайки ходовой, крышки подшипников, ганки нажимной, кольца нажимного, манжет, крышки, пружин тарельчатых, клапана нагнетательного, седла выходного, шибера. Герметичность затора обеспечивается созданием необходимого удельного давления на уплотняющих поверхностях шибера и седел. Предварительное удельное давление создается тарельчатыми пружинами. Герметичности затвора способствует уплотнительная смазка ЛЗ-162 или "Арматол-238", которая подается через нагнетательный клапан. Герметичность между корпусом и крышкой обеспечивается установкой металлической прокладки и затяжкой шпилек гайками. Соосность проходных отверстий шибера и корпуса регулируется регулировочными гайками. Для облегчения управления задвижкой опоры ходовой гайки выполнены на опорных шарикоподшипниках, а задвижки с условным проходом 80, 100 и 150 мм имеют уравновешивающий шток.

5. Материально-техническое обоснование

Фонтанная арматура должна обеспечивать высокую надежность и долговечность, т.к. работы по ее замене и доставке, часто превышают стоимость самой арматуры, а так же ведут к остановке скважины и соответствующим затратам, связанным с этим. Для изготовления данной арматуры применяется сталь 40ХНЛ, обеспечивающая необходимую прочность и коррозионостойкость арматуры к условиям эксплуатации.

Ориентировочный срок службы данной фонтанной арматуры -- 15 лет. Исходя из условий эксплуатации, агрессивности среды и ежегодного уменьшения толщины стенки (0.02 мм в год), можно сказать, что данная фонтанная арматура проработает весь срок службы без капитального ремонта. Ориентировочное уменьшение толщины стенки, при данных условиях, за 15 лет составит не более 0.75 мм, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к отказоустойчивости арматуры, т. к. минимальная толщина стенки цилиндрической части составляет 15 мм.

Выводы

фонтанный аппаратура скважина запорный

В ходе выполнения данного курсового проекта я ознакомился с различными существующими конструкциями и схемами фонтанной арматуры, провел анализ различных схем фонтанной арматуры, применяемой в нефтегазовом деле. С учетом поставленной задачи, на мой взгляд, была выбрана наиболее подходящая схема фонтанной арматуры, а так же запорные устройства -- пневмоприводные задвижки, позволяющие перекрывать скважину дистанционно. В ходе поиска и анализа литературы были найдены современные учебные и справочные материалы, что так же послужило отличной практикой в сфере нахождения необходимых сведений. В соответствии с вариантом задания выбран тип фонтанной арматуры, конкретный вид задвижки, выполнен чертеж, оформлена спецификация.

Список использованной литературы

1. Ивановский В.Н., Мерициди И.А. Домашние задания по машинам и оборудованию для добычи нефти. Часть I. Методические указания к самостоятельной работе студентов. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2004.

2. ГОСТ 13846-89 Арматура фонтанная и нагнетательная

3. Раабен А. А. Монтаж и ремонт бурового и нефтепромыслового оборудования. Учебн. Для нефтяных техникумов; 2-е изд. Перераб. и доп. М.: Недра, 1980.

3. Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа. Справочное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., "Недра", 1976. Авт.: Котелевский и др.

4. www.drillings.ru - Буровой портал

5. www.e-armatura.ru - Торговая площадка по трубопроводной арматуре

Размещено на Allbest.ru