Манифольд, запорные и регулирующие устройства фонтанной арматуры

Связь скважины с технологическим оборудованием, используемым при ее эксплуатации и ремонте, осуществляется посредством манифольда. Манифольд, помимо соединения фонтанной арматуры с промысловой системой нефте-газосбора (или с сепарационными установками для одиночных скважин), обеспечивает выполнение следующих основных операций:

• — подачу ингибитора в скважину;
• — глушение скважины и ее продувку по затрубному и центральному пространству;
• — подключение различных технологических агрегатов на безопасном расстоянии от устья;
• — сбор растворов и др. рабочих жидкостей при освоении, глушении и ремонте скважин и т. д.

В зависимости от условий и технологии эксплуатации скважины применяют различные схемы манифольдной обвязки скважин с указанным оборудованием, но основные узлы манифольда унифицированы с узлами и деталями фонтанной арматуры, т. е. имеют фланцы для соединения с трубопроводами промысловой системы нефте-газосбора или с технологическими установками.

В манифольдах устанавливаются также клапаны-отсекатели и комплексы управления работой скважин типа КУСА, отключающие скважину при возникновении аварийных ситуаций (п. 4.1).

На рис. 4.11 представлен общий вид манифольда, изготавливаемого Воронежским механическим заводом и используемого как при строительстве скважин, так и при их эксплуатации и ремонте.

Рабочие среды для данного манифольда — нефть, газ, буровые растворы и их смеси, в т. ч. с содержанием H₂S. Рабочие давления — 21, 35, 70 и 105 МПа. Внутренний диаметр — 65 или 80 мм. Управление приводом задвижек — дистанционное, давлением 9—21 МПа.

Рис. 4.11. Типовая схема манифольда:

• 1 — отвод; 2 — задвижка с гидроприводом; 3; 10 и 15 — фланцы;
• 4 — обратный клапан; 5 — тройник; 6 — дроссель; 7 — манометр;
• 8 — делитель сред; 9 — вентиль; 11 — соединительный ниппель;
• 12 — крестовина; 13 — задвижка с ручным приводом; 14 — сепаратор;
• 16 — пробка; 17 — гаситель скорости потока

Запорные устройства фонтанной арматуры

Запорные устройства предназначены для полного перекрытия (или полного открытия) проходных каналов в фонтанной арматуре или в трубопроводах и делятся по конструктивному исполнению на следующие типы:

• — краны, в том числе пробковые, шаровые и трехходовые;
• — вентили;
• — задвижки клиновые;
• — задвижки прямоточные с одно-двухпластинчатым шибером.

Пробковый кран, типовая конструкция которого представлена на рис. 4.12, соединяется с элементами устьевой арматуры (или с элементами трубопровода) посредством фланцев, имеет коническую пробку. Данная пробка при повороте в седле корпуса сообщает между собой входной и выходной каналы. Герметичность уплотнения между пробкой и седлом обеспечивается точностью их изготовления, а также специальной смазкой, наносимой на поверхность пробки. Рабочий зазор между пробкой и седлом регулируется винтом.

Рис. 4.12. Пробковый кран:

1 — корпус; 2 — канал в пробке; 3 — фланец; 4 — пробка коническая; 5 — шарик; 6 — винт упорный; 7 и 8 — шпиндель и рукоятка для поворота пробки

Пробковые краны имеют следующие обозначения:

где К — кран; — пробковый; П₂ — проходной; С — со смазкой; Xj — диаметр проходного канала; Х₂ — рабочее давление, МПа; Х₃ — климатическое исполнение по ГОСТ 16350—80 (для холодного климата обозначается буквами ХЛ).

Например, пробковый кран с шифром КППС — 65х14ХЛ имеет следующие параметры: кран пробковый; проходной; со смазкой; диаметр проходного канала — 65 мм; рабочее давление — 14 МПа; предназначен для холодной климатической зоны.

Шаровые краны устанавливаются в качестве запорной арматуры на технологических трубопроводах с давлением 1,6—16 МПа для различных рабочих сред. Для газовых трубопроводов, в которых необходимо производить периодический сброс из магистрали остаточного давления или измерять давление манометром, и т. д., устанавливают трехходовые краны.

Вентили широко применяются в нефтегазопромысловом деле при измерении давления и отборе различных проб. Широкое распространение имеют игольчатые вентили. Они применяются при рабочих давлениях до 16 МПа и состоят из корпуса с проходным каналом и шпинделя с игольчатым наконечником. Шпиндель имеет резьбу, и при его вращении происходит открытие (или закрытие) проходного канала вентиля.

Широкий диапазон дебитов скважин, а также составов пластовой продукции, температур и т. д., обусловливают необходимость применения задвижек различного типа, в которых эффект уплотнения обеспечивается или за счет распорного (клинового) усилия, или путем создания необходимого удельного давления на взаимодействующих уплотняющих поверхностях, например седла и плоского элемента (шибера), в том числе и создаваемого за счет действия пружин тарельчатого типа. В зависимости от способа создания уплотнительного эффекта различаются и конструкции задвижек.

На рис. 4.13 представлена типовая задвижка клинового типа, которая имеет клин, выдвигаемый резьбовым шпинделем при вращении маховика. Клин может быть монолитным или состоять из съемных боковых элементов (щечек).

Рис. 4.13. Задвижка клиновая:

1 — корпус; 2 — шток; 3 — крышка; 4 — клин; 5 — седло

Задвижки монтируются в состав устьевой арматуры посредством фланцев. Клиновые задвижки применяются при рабочих давлениях до 16 МПа и имеют различные диаметры проходных каналов. Уплотнение проходного канала достигается за счет распорного усилия клина на стенки седла. Однако, клиновым задвижкам свойственен ряд недостатков, основной из которых — непрямоточность потока жидкости (газа), омывание этим потоком клина, что создает большие гидравлические сопротивления и приводит к незначительной долговечности задвижки. Кроме того, трудно изготавливать и ремонтировать сопрягаемые поверхности пары «клин — седло».

Более совершенны плоскошиберные (прямоточные) задвижки, типовая конструкция которой (изготовитель — Воронежский механический завод) представлена на рис. 4.14. Пропускаемый поток жидкости (газа) через такие задвижки сохраняет направление, что снижает гидравлические потери потока и повышает долговечность уплотнительного узла.

Рис. 4.14. Задвижка шиберная прямоточная:

• 1 — шибер; 2 — направляющая пластина; 3 — седло; 4 — корпус;
• 5 и 13 — кольца уплотнительные; 6 — шток; 7 — уплотнительный узел; 8 — маховик; 9 — указатель; 10 — подшипники;
• 11 — крышка; 12 — масленка; 13 — кольцо

Задвижки могут оснащаться гидро- и пневмоприводом, что позволяет осуществлять дистанционное управление запорной арматурой.

Алгоритм расчетов пробковых кранов, задвижек, предохранительных и обратных клапанов приведен в [9; 22; 29].

По данным рекламных проспектов заводов-изготовителей приведены в табл. 4.2 основные параметры некоторых образцов запорной и регулирующей арматуры для скважин.

Таблица 4.2

Автор: Кононов Виктор