Оборудование фонтанных скважин

 

2.4. Фонтанная арматура

 

Предназначается для герметизации фонтанных скважин, контроля и регулирования режима эксплуатации.

Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки; ее классифицируют по:

а) диаметру проходного сечения: 2, 2  и 4";

б) рабочему давлению: 40, 75, 125, 200, 300 и 500 кГ/см2 и соответственно пробному-75, 150, 250. 400, 600 и 1000 кГ/см2;

в) виду подвески труб - однорядная и двухрядная;

г) конструкции-тройниковая и крестовая;

д) типу соединения деталей-фланцевая и резьбовая (последний тип снят с производства).

Схемы сборок фонтанной арматуры на рабочее давление 75, 150 и 250 кГ/см2 одинаковые.

Тип и конструкция фонтанной арматуры выбирается в зависимости от максимального давления, предполагаемого на устье скважины, и условий эксплуатации. Считают, что давление выделяющихся из пласта газов в затрубном пространстве, незначительно отличается от пластового. Поэтому для вновь вскрываемых пластов его ориентировочно принимают равным давлению столба воды высотой, соответствующей глубине скважины, и рассчитывают по формуле:

 

(3)

 

где Н-глубина скважины, м;

Р- пластовое давление, кГ/см2.

Фонтанные скважины оборудуются арматурой, изготовленной согласно ведомственной нормали Н 697-53. Фланцевая фонтанная арматура (типовая) на пробное давление 250 кГ/см2 имеет два основных узла: трубную головку, состоящую из крестовика, тройника, переводника (катушки), задвижек, и фонтанную елку, включающую два тройника, три стволовых и три боковых задвижки, буфер и штуцерный патрубок.

Основные детали фонтанной арматуры изготовляются из стали ; 35 ХМА.

Крестовик с проходным отверстием O 152 мм и отводами O 65 мм присоединяется к колонной головке. На отводах устанавливаются по две задвижки диаметром 2 ". В случае необходимости периодического выпуска газа из затрубного пространства на одном из боковых отводов ставят еще одну задвижку и шайбу с отверстием O 1-2 мм или же через этот отвод при надобности накачивают газ или жидкость. На буфере отвода ставят рабочий манометр для контроля давления газа в межтрубном пространстве.

Тройник с проходным отверстием O 132 мм и боковым отводом O 65 мм устанавливают на крестовик. Он служит для подвешивания первого ряда насосно-компрессорных труб при помощи втулки, ввинчиваемой в тройник, и подачи жидкости для возбуждения скважины.

Переводник (катушка) соединяет крестовик или тройник с центральной задвижкой. Внутри переводника имеется резьба для подвешивания второго ряда колонны лифтовых труб при помощи втулки или патрубка.

 

Таблица 4

Техническая характеристика фонтанной арматуры

Шифр         Рабочее    давление    (в кГ/см2)         Пробное давление   (в кГ/см2)         Фонтанная елка         Трубная головка        Тип         Диаметр   (в дюймах)         Тип         Ширина   (в мм)         Высота   (в мм)         Вес   (в кг)        1 АФК    1 АФК 4   2 АФК    2 АФК 4   1 АФТ    1 АФТ 4   2 АФТ    2 АФТ 4   2 АФТ    АФ 60   2 АФК 60         40; 75; 125   40; 75; 125   40; 75; 125       40; 75; 125   40; 75; 125   40; 75; 125   40; 75; 125   40; 75; 125       200   300   500         75; 150; 250       75; 150; 250       75; 150; 250       75; 150; 250       75; 150; 250       75; 150; 250       75; 150; 250       75; 150; 250400       600       1000         Крестовая       То же       * *       * *        Тройниковая   То же       * *        * * * *       * *        Крестовая                4              4              4              4              60*       60*         Однорядная   //       Двухрядная   //       Однорядная   //       Двухрядная       //       //       //       //         3100       3500       3100       3500       2415       2700       24152700       3130       3425       6470         2380       2630       2880       3130       3160       3470       36604030       3746       3900       3030         ---       --       --       --       1976       --       2358--       3172       4030       --     Центральная (стволовая) фонтанная задвижка служит для перекрытия струи фонтанирующей скважины в аварийных случаях. В период фонтанирования скважины задвижка устанавливается на переводнике в открытом положении.

Противовыбросовая фонтанная задвижка применяется при вскрытии продуктивного пласта, перфорации эксплуатационной колонны и для герметизации устья скважины в случае фонтанирования. Противовыбросовые задвижки изготовляются на пробное давление 250, 400 и 600 кГ/см2 и устанавливаются на тропинке фонтанной арматуры. Присоединительные размеры верхнего фланца задвижки должны соответствовать размерам фланцев фонтанной арматуры.

Фонтанная елка собирается по типовой схеме. На выкидах елки за задвижками устанавливают стальную катушку. Корпус штуцера вставляется в выкидной патрубок, а фланец его зажимается между фланцем катушки высокого давления и фланцем выкидного патрубка низкого давления. Внутрь корпуса штуцера вставляется сменная стальная штуцерная втулка, диаметр которой принимается соответственно установленному технологическому режиму эксплуатации скважины.

Чтобы увеличить износостойкость штуцеров, их изготовляют многоступенчатыми.

Регулирующий штуцер с игольчатым клапаном и втулкой применяется на фонтанных скважинах, выбрасывающих небольшое количество песка. Штуцер типа ШРУ - 300 Х 2  на рабочее давление 300 кГ /см2 устанавливается на повороте выкидной линии. Габаритные размеры штуцера - 810 х 335 х 250 мм.

1.  Фонтанная фланцевая арматура на пробное давление 400 кГ/см2отличается от фонтанной арматуры на пробное давление 250 кГ/см2толщиной фланцев и шпилек, изготовленных из стали марки 40 ХН. Присоединительные размеры фланцевых соединений у обоих типов арматуры одинаковые, кроме размеров нижнего фланца крестовика. Основные детали фонтанной арматуры изготовляются из литой хромистой стали марки 50Х, а некоторые - из стали марки Ст. 3. Фонтанная арматура должна быть износостойкой к воздействию песком, выносимым струёй нефти, газа и воды с большой скоростью (особенно сильно истираются в местах изменения направления струи - тройники елки, буфера, запорные поверхности корпуса и клина задвижек).

2.  В собранной елке выкидные линии должны быть в одной плоскости. Отклонения допускаются на угол не более 3°.

3.  Клин не должен выступать в проходное отверстие корпуса при открытой задвижке.

4.  Ствол елки не должен иметь перекосов и проходные отверстия должны быть гладкими.

5.  При сборке деталей фонтанной арматуры резьбовые соединения должны быть покрыты графитной смазкой.

6.  К крышке корпуса задвижки должен быть вертикально и наглухо прикреплен указатель степени открытия задвижки. На планке должно быть выбито число оборотов, необходимое для полного открытия или закрытия задвижки.

7.  Задвижки должны выдерживать пробное давление 250 кГ/см2.

8.  Перед монтажем арматуры на скважине все фланцы по наружному диаметру должны быть очищены.

9.  Основные литые детали (корпуса и крышки задвижек, тройники и Др.), а также шпильки рекомендуется изготовлять из стали 35 ХМА.

10.   Раковины, риски царапины на шаброванных и шлифованных уплотняющих поверхностях гнезд корпуса и клина задвижки не допускаются.

11.  Задвижки до поступления в сборку должны подвергаться опрессовке водой на соответствующее пробное давление в течение 15 мин., за это время давление не должно падать, а на задвижке не должна показываться течь.

12.  Правильность сборки ствола елки диаметром 2 " проверяется шаблоном длиной 2 м и диаметром 65 мм.

13.  После наружного осмотра фонтанная арматура в собранном виде должна подвергаться опрессовке водой при открытых задвижках на пробное давление в течение 45 мин.

14.  Открывать и закрывать задвижки нужно рычагом длиной не более 500 мм.

15.  В комплект поставки входят:

а) фонтанная арматура в собранном виде;

б) полный запасной комплект шпилек (с гайками), входящих в сборку арматуры;

в) два комплекта специальных гаечных ключей;

г) два комплекта штуцерных втулок диаметром 10, 12 и 15 мм

д) два комплекта прокладок всех размеров.

Фонтанная арматура крестового типа состоит из трубной головки и елки крестового типа. Особенностью этой арматуры является то, что два тройника O 2 " заменены крестовиком, а штуцерный патрубок-тройником 2. Остальные детали и схема обвязки их такие же, как и у арматуры тройникового типа.

Фонтанная арматура крестового типа легче по весу, меньше по размерам и удобнее при монтаже, чем тройниковая. Она устанавливается на нефтяных скважинах, дающих нефть с незначительным количеством песка.

 

3.  Технологическая часть

 

3.1 Расчет фонтанных подъемников  постоянного и переменного сечений, работающих за счет гидростатического  напора и энергии расширения  газа

 

Определение потерь напора в лифте давления на забое и к. п. д. подъемника при Р2 >Рн

Скважина, глубиной Н = 1500 м, фонтанирует за счет гидростатического напора нефтью (без выделения свободного газа (в подъемных трубах) с дебитом 300 т/сутки. Кинематическая вязкость нефти (при средней температуре в стволе скважины t = 30° С) v = 0,18 cм2/ceк; относительный удельный вес нефти Yн = 0,871; коэффициент продуктивности скважины К = 12 т/сутки ат; давление на устье при фонтанировании через 2,5" трубы (спущенные до забоя) Р2 = 8 ата. Требуется определить забойное и пластовое давления, потери напора и к. п. д. при фонтанировании по 2,5" трубам и 6" колонне.

Фонтанирование по 2,5 " трубам

Определяем среднюю скорость движения нефти по трубам 2,5":

 

(4)

 

Параметр Рейнольдса

 

(5)

 

Коэффициент гидравлических сопротивлений при турбулентном потоке

 

(6)

 

При Q =300 т/сутки забойное давление будет

 

(7)

 

Третье слагаемое дает потери на гидравлические сопротивления при движении нефти в 2,5" колонне. Четвертое слагаемое отображает давление, расходуемое на приращение скорости; оно выражается незначительной величиной, и обычно им пренебрегают.

К. п. д. 1 движения нефти по 2,5" колонне

 

(8)

 

Перепад давления из пласта к забою

 

(9)

 

Пластовое давление

 

(10)

 

Общий к. п. д. фонтанирования (при движении нефти из пласта на поверхность), т. е. с учетом потерь энергии в пласте:

 

(11)

 

Фонтанирование по 6" колонне

Если при том же дебите и забойном давлении фонтанирование будет совершаться по 6" обсадной колонне, то скорость нефти понизится, соответственно уменьшатся гидравлические сопротивления, а буферное давление возрастет. Скорость движения нефти

 

(12)

 

Параметр Рейнольдса

 

Коэффициент гидравлических сопротивлений при ламинарном потоке

 

(13)

 

Найдем буферное давление из уравнения для забойного давления

 

(14)

 

откуда P2 = 14,67 am.

К. п. д. движения нефти но 6" обсадной колонне (без учета потерь энергии в штуцере)

 

(15)

 

Из примера видно, что если скважина не осложнена песком и не требуется производить закачку или циркуляцию жидкости и др., что бывает редко, то при Р3 > Pнас выгодно не спускать подъемные трубы, а фонтанирование вести по обсадной колонне.

 

5. Охрана окружающей среды

 

Борьба с загрязнением морей и озер нефтью, нефтепродуктами, а также пластовыми водами, нередко содержащими сероводород, поверхностно-активные вещества, является неотъемлемой частью проблемы охраны окружающей среды.

Нефть и нефтепродукты, попадая на поверхность воды, покрываютбольшие пространства тонкой пленкой, которая существенно ухудшает кислородный обмен водной среды с воздушным бассейном, это, в свою очередь, ведет к угнетанию жизнедеятельности биологических объектов водной среды.

При концентрации нефтяных загрязнений выше 800 мг/м3происходит подавление жизнедеятельности фитопланктона, который является основой воспроизводства кислорода в воде. Некоторые рыбы могут приспосабливаться к среде, содержащей нефть. Попавшая в их организм нефть изменяет состав крови и углеводородный обмен, в результате чего мясо рыб приобретает специфический запах и привкус.

Еще более опасные загрязнители вод-поверхностно-активные вещества, используемые при бурении скважин, и добыче нефти. Попадая в воду ПАВ вспенивают поверхность, чем уменьшается биохимический обмен в среде. Крометого, ПАВ непосредственно воздействуя на растения и рыб, вызывает их гибель. Для предупреждения загрязнения водоемов нефтью, сопутствующими водами, а также технологическими жидкостями необходимо обеспечить полную герметизацию нефтегазосбора от скважины до нефтесборного пункта. При проведении ремонтных работ закачка жидкостей в скважины (при глушении скважины, промывке песчаной пробки) должна осуществляться по схеме круговой замкнутой циркуляции без сброса отходящих вод в море.

В процессе освоения и разработки морских нефтяных и газовых месторождений в акватории Каспийского моря отработан комплекс мероприятий, обеспечивающих охрану окружающей среды, основные из которых сводятся к следующему.