Фонтанная арматура схема

Фонтанная арматура схема

Выбирается фонтанная арматура и схема ее конструкции с учетом характеристик пласта и полезного ископаемого внутри него. Дополнительно существует классификация устьевого оборудования по давлению, типу трубной обвязки, запорной и регулирующей арматуры. Все эти факторы рассматриваются при проектировании комплексно.

Типовые схемы по регламенту ГОСТ 13846

Регламентируется конструкция и схема фонтанной арматуры внутренним стандартом РФ ГОСТ 13846. Часть требований этой нормативной документации является обязательной в исполнении, другая часть рекомендательной. Состоит арматура из трубной обвязки и устьевой елки. Для каждой из этих сборочных единиц проводятся стандартные схемы исполнения.

Фонтанная елка по требованиям ГОСТ 13846 может быть собрана по шести разным схемам:

Четыре первых из них имеют в основе конструкции фитинг с тремя патрубками – тройник. Два отверстия расположены вдоль одной пространственной оси, третье развернуто к ней под прямым углом. В елку фитинг монтируется вертикально, два соосных отверстия становятся частью ствола фонтанной арматуры. 

Патрубки на них имеют фланцевые соединения. Нижним фланцем тройник монтируется на трубную головку или переводник для нее. На верхний фланец крепится запорная арматура и колпак бустерной зоны, в которой манометром измеряется устьевое давление.

Через этот же узел при помощи лубрикатора в скважину опускается оборудование для очистки, измерения характеристик колонны НКТ и добываемого продукта, забоя. Свободным остается боковой отвод тройника, к которому и подключается выкидная линия, через которую нефтепродукт транспортируется по манифольду на АГЗУ для замера дебита, обводненности, прочих параметров, и далее на переработку. Во второй схеме добавлено дублирующее (запасное, резервное, аварийное) запорное устройство. 

Третья схема позволяет создать запасную выкидную линию, закрытую в штатном режиме эксплуатации. Для этого сверху первого тройника через задвижку установлен еще один точно такой же фитинг. Именно он и используется для освоения скважины по умолчанию, а нижний тройник становится запасным. Через его боковой патрубок поток рабочей среды запускается только в случае необходимости замены верхнего изношенного фитинга.

Четвертая схема является улучшенным вариантом третьего способа сборки с двумя центральными задвижками.

В двух последних случаях вместо тройника центральным элементом елки становится крестовина. В этом фитинге четыре патрубка расположены попарно вдоль двух пересекающихся под прямым углом в одной пространственной плоскости осей. Это позволяет оборудовать основную и аварийную выкидную линию сразу по умолчанию. 

При этом, высота елки будет ниже тройникового варианта, что, безусловно, удобнее при обслуживании устья скважины. В шестой, последней схеме, продублирована центральная задвижка по аналогии с вариантами 2 и 4. Больше двух выкидных линий на одной фонтанной арматуре создавать не имеет смысла, поэтому два тройника никогда не используются. Этим объясняется меньшее количество крестовых схем в сравнении с тройниковыми.

Две оставшиеся схемы из стандарта ГОСТ 13846 относятся к трубной обвязке, которая расположена ниже фонтанной елки. Вариабельность этого узла обусловлена следующими факторами:

• одного внутреннего трубопровода (колонна НКТ, лифтовый ствол) может оказаться недостаточно при большом суточном дебете;
• на трубную головку подвешивается наружная колонна насосно-компрессорных труб;
• вторая колонна меньшего диаметра расположена внутри нее, подвешивается на стволовой катушке, которая стоит непосредственно на трубной головке.

Первая схема применяется при эксплуатации одного стволового трубопровода. Вторая используется для двух концентрически расположенных колонн НКТ (одноствольная конструкция по терминологии ГОСТ 28919).

По требованию заказчика нормативы позволяют дополнительно устанавливать на елки и трубные обвязки оборудование, необходимое для осуществления технологического процесса добычи, обслуживания, ремонта скважины. Но на принципиальную схему елки это влияния не оказывает.

Выбор этих схем зависит от ряда объективных факторов: характеристики углеводородной смеси, бюджет обвязки устья, стоимость планового обслуживания и ликвидации аварий, эргономичность и безопасность персонала.

Выбор схемы фонтанной елки

В проект типовые схемы фонтанной арматуры закладываются с учетом следующих факторов:

• давление рабочей среды;
• ежесуточный объем добычи;
• количество абразива, сероводорода и углекислоты в продукции;
• безопасность обслуживающего персонала;
• бюджет обустройства скважины;
• стоимость обслуживания оборудования.

Идеальной схемы фонтанной арматуры не существует, по указанным характеристиками сравниваются все варианты, выбирается наиболее приемлемый из них. Типовыми осложнениями при добыче нефтепродуктов являются открытое фонтанирование, пульсации, отложения солей, парафинов, смол, асфальтенов, песчаные пробки.

По давлению

Тройниковые схемы 1 – 4 фонтанной арматуры используются для давления 7 – 34 МПа. Крестовые схемы разработаны для скважин с высоким устьевым давлением 35 – 140 МПа. Это обусловлено меньшим количеством фланцевых соединений, шпильки-гайки которых могут самопроизвольно откручиваться со временем, снижая безопасность обслуживающего персонала.

Кроме того, низкое давление продукции скважины 7 – 14 МПа позволяет использовать вместо дорогостоящих задвижек недорогие краны пробковой или шаровой конструкции. Дополнительно снижается толщина стенки труб обвязки, фланцев, крышек и корпусных деталей елки трубной головки и обвязки. 

При высоком рабочем давлении среды применяются исключительно прямоточные шиберные стволовые и боковые задвижки. Причем эксплуатируются они преимущественно в открытом положении, которое и считается для данной устьевой арматуры рабочим. Именно для снижения гидравлического сопротивления задвижки имеют прямоточный вариант исполнения.

Количество циклов открытия/закрытия здесь не критично, гораздо важнее скорость срабатывания при аварийных ситуациях. В этом отношении шиберным запорным узлам нет равных среди клиновых, шланговых, параллельных модификаций. Уплотнение здесь не контактирует с рабочей средой, поэтому обеспечивает герметичность с достаточным запасом надежности.

Трубная головка в комплекте с патентованными приспособлениями обеспечивает возможность замены боковых и стволовых задвижек под давлением без остановки добычи, глушения скважины. Поскольку остановка скважины обходится на порядок дороже в сравнении с ценой самого запорного устройства. Минимальный ресурс запорной устьевой арматуры составляет 10 лет.

Схемы 1,3, 5 с пробковыми КППС кранами предназначены под давление до 14 МПа. Уплотнение в кране здесь обеспечивается смазкой ЛЗ-162, в качестве регулирующего устройства используется быстросменный дроссель.

В схемах 1 – 6 под давление 21 – 35 МПа стоят задвижки ЗМС1 DN 65 мм. При номинальном диаметре 80 мм применяются схемы 1, 5, 6, при DN 100 – 150 мм схема 6

По дебиту

При больших объемах добычи в единицу времени обычно в проект закладываются две эксплуатационных НКТ колонны. Номинальный диаметр ствола, боковых патрубков устьевой обвязки всегда рассчитывается с учетом дебита фонтанирующей, газлифтной, насосной скважины. Поэтому для разных диаметров применяются следующие схемы фонтанных елок:

• 1 – 6 – для диаметра 65 мм;
• 1, 5, 6 – для DN 80 мм;
• 6 – для диаметра 100 мм или 150 мм.

Подача смазки в затвор задвижки ЗМА может подаваться вручную во время плановых ТО или автоматически по мере необходимости, с одной или двух сторон шибера.

По характеристикам продукции

Газоконденсатная смесь может иметь разное количество механических и химических примесей – абразива и углекислоты, сероводорода, соответственно. Для предотвращения песчаных пробок на забое максимально эффективной считается двухрядная схема НКТ. Соответственно, трубная обвязка в этом случае выполняется по 2 схеме, в условное обозначение добавляется буква «а».

Одноразмерный скважинный трубопровод обычно имеет номинальный диаметр 73 мм. В ступенчатых эксплуатационных колонах применяются НКТ трубы следующих размеров – 73/89 мм, 89/102 мм, 89/114 мм, 73/114 мм.

Первая схема тройниковой елки считается пригодной только для нефти не содержащей песка. Поскольку здесь одна выкидная линия, для замены фитинга которой придется останавливать скважину. 

При высоком содержании химических примесей CO2 и H2S, абразивных частиц применяются типовые схемы фонтанной арматуры с двумя тройниками. Это позволяет по умолчанию оборудовать аварийную выкидную линию для замены основного (верхнего) тройника, стенки которого подвергаются интенсивному износу.

По удобству обслуживания

Изначально конструкция и схема фонтанной арматуры должны обеспечивать безопасное и эргономичное ее обслуживание персоналом. Елки с одним тройником и крестового типа имеют небольшую высоту сборки. Нижний ряд трубной обвязки обычно обслуживается с земли. Для управления арматурой ствола и боковых трубопроводов фонтанной елки на устье устанавливается рабочая площадка.

При использовании схемы елки с двумя тройниками резко увеличивается ее высота. Поэтому либо увеличивается соответствующий размер рабочей площадки, либо в нее добавляется второй ярус.

Елки с косыми тройниками V-образного типа позволяют снизить износ стенок главного фитинга. Однако увеличивается высота конструкции. Такое устьевое оборудование монтируется на скважинах с высоким содержанием песка, углекислоты и сероводорода в нефти или на шельфе.

Компактные шаровые, пробковые краны по умолчанию имеют меньшие габариты и низкую трудоемкость обслуживания в сравнении с шиберными задвижками. Однако область их применения регламентируется степенью агрессивности среды и давление пласта.

По себестоимости

Решающим фактором при выборе конструкции и схемы фонтанной арматуры является экономичность. На себестоимость 1 м3 продукта, добываемого из скважины, оказывают влияние следующие факторы:

• способ добычи – фонтан, газлифт, насосы ЭЦН, ШГН;
• цена арматуры – задвижки, краны, регулируемые и не регулируемые дроссели;
• стоимость обслуживания – габариты запорной арматуры, схем елки, конструкция манифольда;
• органы управления – ручной, автоматический, дистанционный привод.

На первом месте стоит технологический фактор, поэтому более дешевые при реализации проекта и обслуживании устьевой обвязки варианты применить, не всегда, возможно.

Таким образом, при проектировании обвязки устья скважины основными критериями выбора схемы фонтанной арматуры являются давление, дебит (обычно суточный), технология эксплуатации, содержание песка и химических примесей, климатическая зона, способ управления задвижками, ежегодный коррозионный износ стенок, себестоимость обслуживания, герметичность, запас надежности.