Оборудование устья фонтанной скважины

В скважину с фонтанной разработкой спускают насосно-компрессорные трубы (НКТ). Их необходимо закрепить на устье скважины и перенаправить сквозь них продукт из скважины, а для этого необходимо обеспечить герметичность пространства между НКТ и самой эксплуатационной колонной. Чтобы поддерживать оптимальный режим фонтанирования требуется регулировка степени использования энергии пласта, для чего нужно обеспечить противодавление, преимущественно, на устье. Помимо этого, на оборудовании устья должна быть предусмотрена возможность измерения давления на выкиде и в затрубном пространстве, на вводе в скважину жидкости или газа.

Эти вопросы позволяет решить фонтанное устьевое оборудование, имеющее название фонтанной арматуры.

Условия эксплуатации фонтанной арматуры зависят от следующих факторов:

  • давления газонефтяной среды и газов со стороны скважины;
  • наличия механических примесей и скорости перемещения в арматуре;
  • характера фонтанирования;
  • химического состава нефти и газа и их температуры.

Основным параметром, который влияет на тип используемого оборудования, является давление газонефтяной смеси и газа.

При опущенных до забоя насосно-компрессорных трубах и при наличии на забое не востребованного газа затрубное пространство заполнится компремированным газом, и давление сравняется с забойным давлением (веса столба газа не учитывается). При прекращении эксплуатации скважины это давление приблизится к пластовому. Следовательно, при разработке пласта, содержащего не востребованный газ, рабочее значение давления в фонтанной арматуре нужно принимать приближенным к пластовому.

Для упрощенных расчётов пластовое давление может быть принято равным гидростатическому.

Уровень вскрываемых пластов от поверхности, а значит, и пластовое давление варьируется в широком интервале.

Чтобы удовлетворять различным условиям фонтанирования по ГОСТу арматуру производят по различным схемам.

Fig24
Fig25
Тройниковые (а-г) и крестовые (д,е) схемы:
1 - манометр;
2 - запорное устройство к манометру;
3 - фланец под манометр;
4 - запорное устройство;
5 - тройник;
6 - дроссель;
7 - переходник трубной головки;
8 - ответный фланец;
9 - трубная головка;
10 - фонтанная ёлка.

Основные параметры фонтанной арматуры приведены в таблице.

Стволовая часть ёлки Условный проход
боковых отводов, мм
Рабочее давление pp, МПа
Условный
проход, мм
Номинальный
диаметр, мм
50 52 50 14 21 35 70 105 140
65 65 50,65 14 21 35 70 105 140
80 80 50,65,80 14 21 35 70 105
100 104 65,80,100 21 35 70
150 152 100 21

Иностранные фирмы производят фонтанную арматуру по стандарту АНИ6Т, основном соответствующему нашему ГОСТу. По инициативе потребителя возможно изготовление арматуры, к примеру, на давление 210 МПа. Самые известные фирмы-производители:

  • “Cameron Equipment Inc;
  • “ERC Industries Inc;
  • “Lanzagorta Int’l;
  • “Manoir Industries Stream-Flo Industries, Lind” (США).

Одна из разновидностей арматуры представлена на рисунке.

Fig26
Арматура фонтанная крестовая для однорядного подъёмника:
1 - манометры;
2 - трёхходовой кран;
3 - буфер;
4,9 - задвижки;
5 - крестовик ёлки;
6 - переводная катушка;
7 - переводная втулка;
8 - крестовик трубной головки;
10 - штуцеры;
11 - фланец колонны;
12 - буфер.

Устье скважины завершается колонной головкой, обвязывающей (соединяющей) друг с другом техническую и эксплуатационную(обсадную ) колонны, герметизируя тем самым пространство между ними. На верхний фланец колонной головки монтируют фонтанную арматуру с манифольдом. Сама фонтанная арматура имеет в составе трубную головку и елку.

Трубная головка нужна для подвешивания 1 или 2 рядов подъемных труб, их уплотнения, позволяя выполнять необходимые технологические операции при освоении, разработке и выполнении ремонта скважин. Колонны подъемных труб вывешивают на трубной головке на резьбовом или муфтовом соединении. При использовании резьбы и однорядном конструктиве лифта трубы вывешивают на стволовой катушке; при двухрядном конструктиве внутренний ряд труб подвешивают на стволовой катушке, а наружный — на тройнике трубной головки. При использовании муфтового соединения при однорядном конструктиве лифта трубы вешают на муфтовой подвеске, которая устанавливается в крестовике трубной головки; при двухрядном конструктиве для внутреннего ряда труб муфтовую подвеску монтируют в тройнике трубной головки, а для наружного устанавливают в крестовике.

Фонтанная елка нужна для направления потока продукта из скважины через манифольд и линию выкида на замерную установку, для управления режимом эксплуатации и контроля за функционированием скважины посредством спуска глубинного оборудования.

Елка араматуры изготавливается тройниковой (1- или 2-ух струнной), либо крестовой (2-ух струнной). Тройниковую арматуру с 2-ух струнной елкой следуют применять для скважин, содержащих в своей продукции мехпримеси.

В тройниковой 2-ух струнной арматуре рабочей является верхняя струна, а в крестовой положение струны не имеет значения. Запасные струны применяются при замене штуцера или арматуры.

Арматуру подбирают по необходимому давлению при рабочих условиях и схеме (крестовая или тройниковая), учитывая подвеску 1 или 2 рядов насосно-компрессорных труб.

На заводе производителя фонтанной арматуры, её подвергают гидравлическому испытанию пробным давлением, при котором для запорных устройств, рассчитаных на рабочее давление не более 70 МПа, давление испытания pисп = 2pр, а для давления 70 МПа и выше pисп = 1,5pр.

Фонтанная арматура соединяется с выкидной линией манифольдом, включающим предохранительные и запорные устройства, тройники и прочие элементы. Запорные устройства в фонтанной арматуре применяются двух типов: пробковые краны и прямоточные задвижки с уплотнительной смазкой.

Исходя из условий эксплуатации запорные устройства производят для коррозионных и некоррозионных сред, в том числе для климатической зоны с пониженными отрицательными температурами окружающей среды.

Шифр фонтанной арматуры свидетельствует о её схеме, конструкции, способе управления запорными устройствами, условный проход по боковым отводам и стволу, давление, климатическое исполнение и стойкость к коррозионному воздействию.

Полный шифр фонтанной арматуры (ГОСТ 13846-89) условно представляется в виде
Fig27
где А  -  арматура
Ф  -  фонтанная
Х1  -  конструктивное исполнение:
  • без обозначения (наиболее распространенное) - с фланцевыми соединениями;
  • К - подвеска подъемной колонны на резьбовом соединении переводника трубной головки;
  • без обозначения - подвеска подъемной колонны на муфтовом соединении в трубной головке;
  • Э - для использования на скважинах УЭЦН.
Х2  -  номер схемы запорного устройства; при 2-ух рядной концентричной подвеске номер схемы дополняется буквой “а”
Х3  -  способ управления задвижками:
  • без обозначения - с ручным маховиком;
  • В - автоматически и удалённо;
  • А - автоматически.
Х4  -  условный проход (в мм) по ГОСТ 13846-84, при несовпадении условного прохода ствола ёлки и боковых отводов, цифровое обозначение указывается в виде дроби
Х5  -  давление при рабочих условиях МПа
Х6  -  климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69:
  • без обозначения - для умеренной климатической зоны;
  • ХЛ - для умеренной и холодных климатических зон.
Х7  -  исполнение по стойкости к коррозии:
  • без обозначения - для обычных сред;
  • K1 - для сред с содержанием СО2 до 6 %;
  • K2 - для сред с содержанием СО2 и H2S до 6 %;
  • K3 - для сред с содержанием СО2 и H2S до 25 %.

На фонтанную арматуру в ГОСТе 13846-89 введены изменения. Стандарт разработан на нагнетательную и устьевую фонтанную арматуру, которая состоит из устьевой елки и трубной обвязки, вне зависимости от ареала применения по климатическому исполнению и рабочей среде. Данный стандарт не распространяет своего действия на устьевую арматуру с подвешиванием НКТ параллельно, для нагнетания и добычи теплоносителя, а также на скважины устье которых расположено под водой.

Типичные схемы фонтанных елок по ГОСТ 13846-89 идентичны ГОСТ 13846-84. Главным отличием нового стандарта является то, что в нем предусмотрены две схемы трубных обвязок, а не одна. Первая схема трубной обвязки по ГОСТ 13846-89 идентична ГОСТ 13846-84, а вторая - предусматривает подвешивание двух колонн НКТ по схеме “труба в трубе”.

Fig28
Типовые схемы трубных обвязок, по ГОСТ 13846-89:
а — для одной колонны НКТ; б — для двух колонн НКТ

Требуемая схема фонтанной арматуры комплектуется путем сочетания подходящей схемы фонтанной елки с необходимой схемой трубной обвязки.

Фонтанную арматуру на давление 14 МПа производят крестового и тройникового типов с крановыми запорными устройствами для скважин, которые эксплуатируются фонтанным способом и с помощью погружных центробежных электронасосов. Запорные устройства предназначены для работы со средой не вызывающей коррозию, с содержанием мехпримесей до 0,5 % об. и температурой рабочго потока не выше 120 °C.

Трубная головка фонтанной арматуры с пробковыми кранами делает возможным проведение различных технологических операций при значении давления до 20 МПа. Фонтанную арматуру с пробковыми кранами производят по схемам 1, 3 и 5 согласно ГОСТ 13846-84.

На боковых струнах фонтанной елки предусмотрены управляемые дроссели.

В качестве запорных устройств фонтанной арматуры на 14 МПа используют пробковые краны типа КППС.

Сокращение усилий при повороте пробки, защита уплотняющих поверхностей от износа и коррозии, а также гарантия герметичности затвора крана возможны благодаря особой конструкции и уплотняющей смазке. Смазку ИЗ-162 подают в кран по каналу шпинделя при открученном нажимном болте. От действия нажимного болта при вкручивании смазка запрессовывается по 4 канавкам пробки с вертикальным профилем и попадает в нижний канал кольцевого сечения. В итоге каналы со смазкой пребывают под давлением и замкнутым кольцом окружают проходные отверстия крана, за счёт чего создается необходимая герметичность.

Фонтанную арматуру, которая рассчитана на рабочее значение давления 21 и 35 МПа, производят по тройниковой схеме, чтобы подвешивать 1 или 2 ряда подъемных НКТ на подвеске патрубка с резьбой.

Запорным устройством в подобной фонтанной арматуре выступает прямоточная задвижка ЗМС1 с затвором, плотность закрытия которого достигается герметичным контактом шибера с седлами.

Для управления дебитом скважины фонтанную арматуру комплектуют дросселем нерегулируемого или регулируемого типа.

На боковых струнах елки и трубной головки возможно предусмотривать отверстия для ввода ингибиторов в ствол елки и затрубное пространство, пазухи для контроля температуры перекачиваемой среды и вентильные блоки для измерения давления.

В прямоточных задвижках ЗМС1 плотность затвора достигается герметичным контактом шибера с седлами на входе и выходе.

Фонтанную арматуру на рабочее значения давления 70 МПа производят по 6 схеме ГОСТа 13846-84. Запорным устройством являются прямоточные задвижки ЗМАД и ЗМАДП, снабженные шибером с двумя пластинами, с подачей смазки в затвор в автоматическом режиме и уплотнением “металл по металлу”.

Арматура, исходя из типа, оснащается различными задвижками:

  • АФ6аВ - с автоматической, дистанционной и ручной регулировкой;
  • АФ6А - с автоматической и ручной регулировкой;
  • АФ6 - с ручной реулировкой.

Задвижки ЗМАДП с автоматической и дистанционной регулировкой пневмоприводные и оснащены дублирующим ручным маховиком.



ФОНТАННАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ СКВАЖИН