Фонтанные арматуры применяемые в нефтедобывающих компаниях

Х2 - номер схемы  арматуры; при двухрядной концентричной  подвески к номеру схемы добавляется буква «а»;

Х3 - способ управления задвижками: вручную - без обозначения; дистанционно и автоматически - В; автоматически - А;

Х4 - условный проход в мм по ГОСТ 13846. В том случае, когда условные проходы ствола елки и ее боковых труб отличаются, цифровое обозначение указывают через дробь;

Х5 - рабочее  давление в МПа;

Х6 - климатическое  исполнение по ГОСТ 15150: для умеренной  климатической зоны - без обозначения; для умеренной и холодной климатических  зон - ХЛ;

Х7 - исполнение по коррозионностойкости: для обычных сред - без обозначения; для сред, содержащих:

1. до 6% СО2 – К1;
2. до 6% Н2S и СО2 – К2;
3. до 25% Н2S и СО2 – К4.

Для изготовления элементов фонтанной арматуры применяются, стали марок 45, 40ХЛ, 40ХНЛ и другие легированные стали.

Большое значение для надежности, металлоемкости, технологичности изготовления, сборки-разборки, ремонтоспособности имеет способ стыковки элементов фонтанной арматуры: тройников, крестовиков, запорных устройств, катушек, вентилей, а также способ герметизации этих стыков. Существуют несколько способов стыка элементов фонтанной арматуры. Наиболее распространенный — фланцевый с креплением болтами или шпильками. К недостаткам таких соединений относятся их значительная металлоемкость, большое число болтов (шпилек) и необходимость стабильности крепления каждого из них, а также чувствительность соединения к эффекту релаксации. Фланцевые соединения обусловили необходимость сварки литой части заготовок корпусов тройников и крестовин со штамповками, что усложняет изготовление и приводит к увеличению объема работ по механической обработке.

Более простое  соединение стыков — резьбовое с  муфтовым соединением, так как отпадает необходимость во фланце, прокладках, большом числе болтов, отверстий  под них и упрощается сборка-разборка. Однако резьбовое соединение увеличивает вертикальный размер арматуры.

В последние  годы получают все более широкое  применение так называемые хомутовые  соединения, позволяющие резко уменьшить  размеры фланцев стыкуемых деталей, которые превращаются в небольшие  бурты. Одновременно отпадает необходимость в большом числе шпилек и отверстий под них. Особое преимущество хомутового соединения — в резком ускорении и упрощении сборки и разборки стыкуемых элементов арматуры.

При обеспечении  высокой надежности элементов запорных устройств становится возможным и целесообразным, особенно при больших давлениях, изготавливать фонтанную арматуру из моноблоков, каждый из которых содержит несколько элементов арматуры: две — четыре задвижки, тройник или крестовину. В этом случае вообще отсутствуют стыки между этими элементами и отпадает необходимость в их герметизации, уменьшаются размеры, значительно сокращается металлоемкость.

 

 

6. Техническая характеристика фонтанной арматуры

 

Таблица 1

Основные параметры, характеризующие фонтанную арматуру
Рабочее давление,	Условный проход, мм		Пробное давление, МПа
МПа	Ствол	Боковые отводы	На прочность	На герметичность
7	65	50;65	14	7
14	65*	50;65*	28	14
21	65*	50;65*	42	21
21	80*	50;65*	42	21
21	100*	50;100*	42	21
21	150*	100*	42	21
35	50	50	70	35
35	65*	50;65*	70	35
35	80	50;65*	70	35
35	100*	65;80;100*	70	35
70	52*	52*	105	70
70	65	50;65	105	70
70	80*	50*;65;80	105
	70
105	50	50	150	105

* Выпускаются  серийно; остальные - по требованию  заказчика

 

 

7. Типовые конструкций запорных устройств арматуры

 

В арматуре применяются  следующие запорные устройства:

1. задвижки клиновые;
2. задвижки прямоточные;
3. краны;
4. вентили;
5. штуцера.

 

7.1 Задвижки клиновые и прямоточные

 

Запорные устройства первых трех типов являются основными  в стволовой и отводящей частях арматуры. Вентили устанавливаются перед манометрами. Основное достоинство клиновой задвижки - ее простота. Но при открытой задвижке у проходного канала (рис. 4а) образуются большие боковые полости, вызывающие образование вихревых токов, потерю напора и возможность отложения в них солей, парафина и песка.

При этом уплотняющие  поверхности у корпуса и клина  интенсивно омываются потоками жидкости, отбираемой из скважины, что приводит к их усиленной коррозии и эрозии.

 

Рис. 7. Схемы: а) клиновой задвижки, б) прямоточной задвижки.

 

Этих недостатков нет  у прямоточной задвижки (рис.4б). Клиновое уплотнение у нее заменено шиберным с двумя плашками или одношиберным. Шибер при открытом и при закрытом проходном канале все время прижат к уплотняющим поверхностям деталей корпуса. Он состоит из двух половинок, разжимаемых пружинами. Общее усилие пружин может доходить до 9 кН. При закрытии или открытии прямоточной задвижки шибер скользит по уплотняющим поверхностям деталей корпуса. В открытом состоянии внутри задвижки образуется прямой канал без существенных боковых полостей. Уплотняющие поверхности не омываются потоком жидкости. К уплотняющим поверхностям у зазора А подается густая смазка. Таким образом, исключаются основные недостатки клиновой задвижки.

Запорные устройства служат для полного перекрытия или  полного открытия проходного сечения  ствола или отвода. Регулировка параметров потока неполным закрытием запорного  устройства не допускается. Для регулировки параметров потока и, следовательно, режима работы скважины используются специальные узлы - дроссели. Дроссель имеет корпус, в который вставлена стационарная или сменная втулка с небольшим по диаметру отверстием. Через отверстие втулки проходит вся продукция скважины. Подбором размера отверстия регулируют дебит скважины.

 

7.2 Краны

 

В пробковом  кране с конической пробкой (рис.5) герметичность уплотнения обеспечивается точностью изготовления корпуса  и пробки, размером зазора между ними, а также специальной смазкой, заполняющей корпус крана. Кран рассчитан на рабочее давление 14,0 МПа и имеет проходное отверстие 65 мм. Краны аналогичной конструктивной схемы выпускаются на давления до 100—120 МПа. Для установки, включения-отключения манометров и для снижения давления используются вентили.

 

Рис. 8. Пробковый  кран.

 

Вентили, применяемые  на фонтанных арматурах, рассчитаны на рабочее давление до 70,0 МПа, имеют  проходное отверстие 5 мм и массу 3—4 кг.

Сложная конструкция  прямоточной плоскошиберной задвижки (рис. 6) рассчитана также на рабочее давление 70,0 МПа, но отличается иной системой уплотнения. В корпусе задвижки установлены две направляющие щеки с емкостями для специальной смазки и каналами для ее подачи к уплотняемым поверхностям. Шибер состоит из двух плашек, распираемых несколькими пружинами. Плашки имеют пазы, в которых размещены головки шпинделя и контршпинделя. Смазка подается к уплотняемым поверхностям под давлением рабочей среды, что улучшает герметичность затвора. Запас смазки пополняется через обратные клапаны.

Для обеспечения  управления задвижками, а также для  обеспечения возможного телеуправления они снабжаются гидроприводом или  пневмоприводом. Пневмоприводной задвижки на рабочее давление 70 МПа с условным проходным отверстием 50 мм. Как видно, конструкции собственно задвижек отличаются лишь исполнением устройства для перемещения шпинделя и наличием приводных цилиндров, гидравлического или пневматического.

 

Рис. 9. Плоскошиберная задвижка с принудительной смазкой  запорного устройства: 1 – корпус; 2 – щека; 3 – шпиндель; 4 – обратный клапан; 5– втулка; 6 – маховик: 7 – винт; 8 – гайка; 9 – корпус подшипника; 10– масленка; 11 – подшипник; 12 – уплотнение; 13 – крышка; 14 – поршенек; 15–канавка;16–втулка;17–контршпиндель.

 

7.3 Штуцеры

 

Регулируемые  штуцеры аналогичны по конструкции  вентилю. Они позволяют бесступенчато  регулировать давление на выкиде фонтанной  скважины за счет осевого перемещения  шпинделя штуцера с насадкой, входящей в гнездо.

Из-за переменного  профиля насадки площадь кольцевого отверстия между гнездом и насадкой при перемещении шпинделя меняется в пределах от 3 до 35 мм, что и позволяет регулировать расход жидкости или газа. Штуцер рассчитан на рабочее давление до 70,0 МПа. Масса штуцера около 80 кг. Для облегчения управления штуцерами и для возможности телеуправления они оснащаются приводом.

 

Рис. 10. Штуцер.

 

При агрессивных  средах и больших расходах жидкости или газа насадка шпинделя и гнездо штуцера быстро изнашиваются. Для  повышения износостойкости этих деталей они изготовляются из специальных композитных материалов. Однако и это не исключает необходимости в частых сменах регулируемого штуцера. Поэтому в подобных условиях применяются сменные, втулочные штуцеры с разными диаметрами отверстий, которые при износе поверхности отверстия снимаются с фонтанной арматуры и заменяются новыми.

Смена обычного втулочного штуцера трудоемка и  длительна. Для облегчения и ускорения  этой операции применяются быстросменные  штуцеры (рис. 7). За счет использования  сменных втулок с отверстиями диаметром 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30 мм и возможности их быстрой смены можно ступенчато регулировать расход жидкости или газа. Штуцер рассчитан на рабочее давление 70 МПа.

Наиболее интенсивное  разрушение деталей фронтальной  арматуры, манифольда и запорных устройств возникает при сероводородной коррозии, приводящей к сульфидному растрескиванию стали из-за водородного охрупчивания. Наиболее интенсивное разрушение деталей фронтальной арматуры, манифольда и запорных устройств возникает при сероводородной коррозии, приводящей к сульфидному растрескиванию стали из-за водородного охрупчивания.

 

Рис. 11. Быстросменный  штуцер: 1 – обойма; 2,9 — уплотнительные кольца; 3 –пружина; 4 – дроссель; 5 –  уплотнение дросселя; 6 – винт; 7 –  проточка; 8 — корпус; 10 — кольцо

 

С увеличением  прочности и твердости металла, с ростом действующих в сечении  напряжений, особенно переменных, скорость коррозии увеличивается. Стали с  высоким содержанием углерода корродируют  быстрей, чем стали с низким. Поэтому  для изготовления в антикоррозионном исполнении по отношению к Н2S применяются стали с небольшим содержанием углерода (0,05— 0,22%), а нагрузки на изделие не должны приводить к большим напряжениям.

 

8. Фонтанные арматуры применяемые в нефтедобывающих компаниях

 

8.1 Арматура фонтанная АФК1-65х21/35М

 

 

Арматура малогабаритная предназначена для эксплуатации фонтанных (газлифтных) скважин, пропуска добываемой среды в нужном направлении, ее регулирования и контроля по расходу  и давлению герметизации трубного, затрубного (межтрубного) пространства фонтанных (газлифтных) скважин, контроля и регулирования режима эксплуатации, подвешивания обсадных колонн и разобщения межколонных пространств, проведения исследования и изучения скважин, а также предназначена для возможности отбора проб нефти и газа в условиях умеренного и холодного макроклиматических районов (12 -115) по ГОСТ 16350-80.

Включает в  свой состав в зависимости от схем сборки задвижки, дроссели, ответные и  иснтрументалъные фланцы, обратные клапаны  и т.д.

Возможно изготовление по ГОСТ 28919-91, РД 26-16-40-89.

Климатическое исполнение арматуры - УХЛ категория  размещения при эксплуатации 1 по ГОСТ 15150-69 при температуре окружающего  воздуха от -60°С до +40°С. Арматура предназначена  для некоррозионной либо коррозионной скважинкой среды К1 и К2. Некоррозионная среда: нефть, газ, газоконденсат с содержанием механических примесей до 0,05 %, суммарным содержанием H2S и С02 до 0,003 % и пластовой воды до 90 % по объёму Коррозионная среда:

К1 - нефть, газ, газоконденсат с содержанием механических примесей до 0,05 %, пластовой воды до 90 % по объему, С02 до 6 %. К2 - нефть, газ, газоконденсат с содержанием механических примесей до 0,05 %, пластовой воды до 90 % по объему, С02 и H2S до 6 %. Сертификат соответствия № РОСС RU.AB68.B00782 в системе сертификации ГОСТ Р. Срок действия по 23 декабря 2012 года.