Фонтанная арматура и манифольд

Фонтанный подъемник на поверхности стыкуется с фонтанной арматурой, монтируемой на колонной головке скважины.

Фонтанная арматура выполняет несколько функций, главные из которых: удержание на весу колонны НКТ, спущенной в скважину, а при двухрядном подъемнике – двух колонн, герметизация затрубных пространств и их взаимная изоляция, обеспечение возможности регулирования режима работы скважины в заданных пределах, непрерывности ее работы и исследования скважины путем измерения параметров ее работы как внутри самой скважины, так и на поверхности.

Современная фонтанная арматура – результат многолетних работ конструкторов и изготовителей по совершенствованию устьевого оборудования этого вида эксплуатационной скважины.

Необходимость в фонтанной арматуре возникла в связи с началом применения подъемника и устройств для регулирования расхода (дебита) жидкости или газа фонтанной скважины с помощью дросселей, получивших название штуцеры, а также для контроля давления жидкости или газа в подъемнике на устье скважины. Для этого сначала применялась простейшая фонтанная арматура, включающая тройник, запорное устройство, вентиль, манометр, штуцер; запорное устройство использовалось при смене штуцера. Необходимость смены штуцера без остановки скважины привела к появлению арматуры с двумя выкидными линиями – струнами. Эта арматура состоит из трех тройников и трех запорных устройств и штуцеров, сочетание которых начали называть фонтанной елкой. Необходимость в контроле давления в межтрубном пространстве в более удобной и надежной системе подвески фонтанного подъемника привела к дополнению фонтанной арматуры узлом, состоящим из тройника, запорного устройства, вентиля и манометра, получившего название трубной головки и служащего для удержания колонны подъемных труб. С этого момента фонтанная арматура начала изготовляться из двух главных частей – елки и трубной головки.

Изнашивание узлов арматуры в скважинах с большими дебитами и высокими давлениями при наличии в пластовой жидкости или газе даже небольших количеств механических примесей привело к необходимости установки дополнительных запорных устройств по стволу арматуры. Необходимость спуска в подъемник работающей скважины измерительных приборов, средств депарафинизации обусловила дополнение елки арматуры лубрикатором, а для его установки или смены введение еще одного стволового запорного устройства. Такая арматура способствовала дальнейшему увеличению и вертикального ее размера.

Для уменьшения габарита фонтанной арматуры была разработана арматура, построенная не из тройников, а из крестовин, что позволило улучшить ее уравновешенность и упростить обслуживание.

Для фонтанной эксплуатации одной скважиной нескольких горизонтов раздельно используется арматура двух типов: для концентричного и для рядного расположения подъемников.

Повышение требований к оперативности управления фонтанной скважиной, к снижению трудоемкости обслуживания привело к использованию в фонтанной арматуре запорных устройств с дистанционным управлением, применению телеконтроля расхода, давления и использованию регулируемых штуцеров с дистанционным управлением.

В результате современная фонтанная арматура превратилась в сложную, весьма металлоемкую конструкцию, в ряде случаев изготовляемую из высоколегированных сталей с большим содержанием дефицитных легирующих элементов, таких, как никель, молибден, хром, ниобий. Особенно сложна фонтанная арматура скважин для добычи нефти или газа на шельфе, рассчитанная на работу под водой.

Фонтанная арматура строится на базе использования в разных сочетаниях тройников, крестовин, запорных устройств, вентилей, лубрикаторов, устройств для подвески НКТ. В свою очередь устройства эти выполняются в различных конструктивных исполнениях. Арматуры для разных расходов жидкости или газа отличаются диаметрами проходных отверстий, для разных давлений – прочностью корпусов, конструкцией уплотнений и креплений, арматура для сред с разным содержанием агрессивных компонентов (прежде всего H₂S и СО₂) и различного климата отличается марками сталей, свойствами применяемых полимеров.

Стандартом предусмотрено несколько схем фонтанных арматур (рис. 3.1), составляющих две группы арматур – на базе использования тройников и на базе крестовин.

Рисунок 3.1 – Стандартизированные 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

Трубная головка (рис. 3.2) наиболее характерного типа, используемая в фонтанных арматурах, размеры и тип которой подчинены указанному стандарту, состоит из корпуса-крестовика 1 с двумя боковыми отводами и фланцами для крепления запорных устройств, трубодержателя 4, переводника 10 для подвески НКТ, уплотнения 2 с грундбуксой 3, втулкой 9 и стопорными винтами 6.

Крестовая арматура (рис. 3.3,а)для скважин, не содержащих абразив, с проходным (условным) отверстием 50 мм, рассчитана на рабочее давление 70 МПа. Елка арматуры имеет два сменных штуцера, что позволяет быстро их заменять. Арматура рассчитана как на однорядный, так и на двухрядный подъемник, в последнем случае используется другая трубная головка.

Рисунок 3.2 –Трубная головка:

1 – крестовик; 2 – набор манжет; 3 – грундбукса; 4 – трубодержатель; 5 – предохранитель;

6– винт; 7 – манжеты; 8 – гайка; 9 – втулка; 10 – переводник

Рисунок 3.3 – Фонтанная арматура:

а – арматура крестовая; б – арматура тройниковая; в – арматура крестовая с

дистанционным управлением запорными устройствами

Тройниковая арматура (рис. 3.3). Трубная головка, кроме крестовины 1, имеет тройник 2, что позволяет нести два ряда НКТ.

В связи с широким применением клапанов-отсекателей пласта и целого ряда приборов для измерений внутри работающей скважины, диаметры которых значительны, в последние годы наметилась тенденция увеличения диаметра прохода в фонтанной арматуре, что одновременно способствует увеличению производительности скважины и повышению точности измерений. Примером такой арматуры может служить отечественная арматура АФ6аВ-80/65х700 для высокодебитных, высоконапорных скважин, в которой диаметр проходного отверстия по стволу увеличен до 80 мм, а в боковых отводах – до 65 мм (см. рис. 3.3,в).

Подъемные трубы в этой арматуре подвешивают на резьбе на переводниках 1 и 2, в крестовиках 14, 15 и переводном фланце 13. Через отводы трубной головки прокачивают жидкость при освоении скважины и проводят разные технологические операции в процессе ее эксплуатации, а также контролируют затрубное и кольцевое пространства. В боковых фланцах крестовиков нарезана резьба для ввинчивания пробки обратного клапана при смене задвижек с помощью специального приспособления без остановки скважины.

Одна из стволовых задвижек в фонтанной арматуре имеет дистанционное пневматическое управление. Электрический сигнал поступает с пульта управления на соленоид клапана пневмопривода, клапан срабатывает, и газ под давлением поступает в верхнюю или нижнюю полость пневмоцилиндра задвижки 3, при этом задвижка открывается или закрывается. Пневмопривод монтируется непосредственно на задвижке. Для его питания используют воздух или азот, поступающий по трубопроводу 11 через газовый редуктор. Две другие стволовые задвижки 12 имеют ручное управление. Два рабочих отвода фонтанной арматуры идут от боковых отводов верхнего крестовика 8. На рабочих струнах предусмотрено по одной задвижке 4 с ручным приводом диаметром 65 мм и по одной с пневмоприводом 5, управляемых клапаном 7, устанавливаемым за быстросменным штуцером 6. Задвижка 5 в процессе эксплуатации закрывается автоматически при повышении или понижении давления в линиях манифольда или арматуры против заданных значений. Для открывания пневмоприводной задвижки 5 вручную вентиль перед клапаном закрывают, а ручку золотника 10 устанавливают в положение «Открыто», при этом верхняя полость пневмоцилиндра задвижки сообщается с атмосферой, а нижняя – с линией от воздушного баллона. При стабилизации рабочего давления поршень пилота возвращается в первоначальное положение, перекрывая отверстие в его корпусе. Быстросменный штуцер 6 позволяет ступенчато регулировать режим работы скважины. Давления в рабочих струнах и в затрубном пространстве замеряются манометрами, установленными на вентилях 9.