Фонтанная арматура и манифольд

Введение к лекции 3

В большинстве случаев фонтанный способ эксплуатации позволяет добывать из скважины наибольшее количество нефти при наименьших удельных затратах. Поэтому одной из главных задач при эксплуатации скважин этим способом является обеспечение возможности длительного фонтанирования скважины, что связано с рациональным использованием энергии пласта путем обеспечения высокого к. п. д. работы фонтанного подъемника.

Фонтанирование только от гидростатического давления пласта редко в практике эксплуатации нефтяных месторождений. В большинстве случаев вместе с нефтью в пласте находится газ, и он играет главную роль в фонтанировании скважин. Это справедливо даже для месторождений с явно выраженным водонапорным режимом.

ЛЕКЦИЯ 3

Оборудование для эксплуатации скважин фонтанным способом

Условия эксплуатации фонтанных скважин требуют герметизации их устья, разобщения межтрубного пространства, направления продукции скважин в пункты сбора нефти и газа, а также при необходимости полного закрытия скважины под давлением. Эти требования выполняются при установке на устье фонтанной скважины колонной головки и фонтанной арматуры с манифольдом.

Оборудование любой скважины, в том числе фонтанной, должно обеспечивать отбор продукции в заданном режиме и возможность проведения необходимых технологических операций с учетом охраны недр, окружающей среды и предотвращения аварийных ситуаций. Оно подразделяется на наземное (устьевое) и скважинное (подземное).

К наземному оборудованию относят фонтанную арматуру и манифольд. Фонтанной арматурой оборудуют фонтанные нефтяные и газовые скважины. Ее устанавливают на колонную головку.

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.

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

Тройниковая арматура (рис. 3.3а). Трубная головка, кроме крестовины 1, имеет тройник 2, что позволяет нести два ряда НКТ, и переводную втулку 3.

Рисунок 3.3 – Фонтанная арматура:

а – арматура крестовая; б – арматура тройниковая

Крестовая арматура (рис. 3.3б)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.