Анализ конструктивного исполнения

Анализ функционального назначения и область применения превенторов

Для герметизации устья скважин используют плашечные, универсальные (кольцевые) и вращающиеся превенторы.

Плашечный превентор предназначен для герметизации устья скважины в процессе разбуривания, спуска и подъема НКТ и других работ по освоению и ремонту скважины. Их применяют для эксплуатации в умеренном и холодном макроклиматических районах. Плашечные превенторы обеспечивают возможность расхаживания колонны труб при герметизированном устье в пределах длины между замковыми или муфтовыми соединениями, подвешивание колонны труб на плашки и ее удержание от выталкивания под действием скважинного давления.

Универсальные превенторы обладают более широкими возможностями. Они герметизируют устье скважины при наличии и отсутствии в ней подвешенной колонны труб и вместе с тем позволяют, сохраняя герметичность устья скважины, проворачивать бурильную колонну и протаскивать трубы вместе с муфтами и бурильными замками. Универсальный превентор способен герметизировать устье скважины независимо от диаметра и геометрической формы уплотняемого предмета.

Вращающиеся превенторы предназначены для автоматической герметизации устья скважины вокруг любой части бурильной колонны, в том числе ведущих, утяжеленных, НКТ, а также замковых соединений бурильных труб, при ее вращении, расхаживании, наращивании и выполнении спускоподъемных операций. Вращающиеся превенторы применяют взамен разъемного желоба для отвода бурового раствора к блоку очистки циркуляционной системы буровой установки. Вращающиеся превенторы применяют при бурении с промывкой аэрированным буровым раствором, продувкой газообразными агентами, обратной промывкой, регулированием дифференциального давления в системе скважина – пласт, а также при вскрытии

продуктивных пластов на «равновсии»и с депрессией в климатических условиях широкого диапазона зон.

Анализ условий эксплуатации плашечного превентора

Эксплуатация плашечного превентора в условиях Крайнего Севера ставит его в положение активного и, как правило, весьма неблагоприятного воздействия климатических факторов, к главнейшим из которых относятся низкие температуры, суточные и годовые перепады этих температур и влажность.

Одной из главных причин увеличения отказов плашечного превентора в зимние месяцы являются учащенные хрупкие разрушения стальных деталей, являющиеся следствием перехода при низких температурах металла этих деталей из вязкого состояния в хрупкое.

Низкотемпературная хрупкость или хладноломкость сталей зависит от химического состава и структуры металлов. Стали, легированные никелем, ниобием, марганцем, хромом, менее склонны к низкотемпературной хрупкости, так как присадки способствуют образованию мелкозернистых структур. Так основными марками сталей, применяемых при изготовлении деталей плашечного превентора, являются 35Л, 35ХГС, 40ХЛ и др.

При эксплуатации превентора в условиях низкой температуры окружающего воздуха необходимо реализовать мероприятия по обеспечению его работоспособности (применение смазки и материалов уплотнительных элементов с характеристиками, сохраняющими такие необходимые свойства, как текучесть и эластичность при низкой температуре, подогрев корпуса превентора) в соответствии с рекомендациями изготовителей. Превенторы могут поставляться со встроенными каналами под парообогрев, обеспечивающими повышенную долговечность резиновых уплотнений.

Анализ основных параметров превенторов

К основным параметрам превенторов относятся диаметры проходных отверстий и рабочее давление. Диаметры и присоединительные размеры превенторов согласуются с диаметрами долот, бурильных и обсадных труб, а также колонных головок. Типоразмеры превенторов выбирают с учетом давления вскрываемых пластов и диаметра отверстия стволовой части противовыбросового оборудования, необходимого для прохода долот и труб, используемых для дальнейшего углубления и крепления скважины. Широкий диапазон значений проходного отверстия (180 – 680 мм) и рабочего давления (14 – 105 МПа) превенторов позволяет применять схемы компоновки противовыбросового оборудования при бурении скважин под обсадные колонны труб диаметром 127 – 560 мм, используемых для крепления верхних и глубокозалегающих пластов. В шифре превентора приняты следующие обозначения: ПП – превентор плашечный; ПВ – превентор вращающийся; ПУ – превентор универсальный; Г – гидравлическое управление плашками; Р – ручное управление плашками; первое число – диаметр условного прохода; второе число – рабочее давление; К1 – для сред, содержащих СО₂ до 6%; К2 – для сред, содержащих СО₂ до 6%; К3 – для сред, содержащих Н₂S и СО₂ до 25%.

Анализ конструктивного исполнения

Конструкция плашечного превентора представлена на рисунке 1.

Корпус 2 превентора представляет собой стальную отливку с вертикальным проходным отверстием и цилиндрическими фланцами с резьбой для шпилек. Соединение шпильками позволяет уменьшить высоту превентора, однако требует точной его подвески при монтаже противовыбросового оборудования, обеспечивающей совпадение осей шпилек и отверстий фланца. Число и диаметр шпилек определяют из расчета фланцевого соединения на герметичность. На опорных поверхностях фланцев имеются канавки для уплотнительной стальной кольцевой прокладки.

Корпус превентора снабжен горизонтальной сквозной полостью для размещения плашек 18. Снаружи полость закрывается боковыми крышками 1 и 6, которые крепятся к корпусу болтами 5. Стыки крышек с корпусом уплотняются резиновыми прокладками 4, установленными в канавках крышек.

Используются и откидные крышки, шарнирно соединяемые с корпусом. Для предотвращения примерзания плашек в корпус превентора встраиваются трубки 15 для подачи пара в зимнее время. На боковых торцах крышек посредством шпилек крепятся гидроцилиндры 7 двустороннего действия для закрытия и открытия превенторов. Усилие, создаваемое гидроцилиндром, должно быть достаточным для закрытия превентора при давлении на устье скважины, равном рабочему давлению превентора.

Штоки поршней 8 снабжены Г-образным выступом для соединения с оправкой плашек. Под давлением рабочей жидкости, нагнетаемой из коллектора 3 по трубкам 19 в наружные полости гидроцилиндра, поршни перемещаются во встречном направлении и плашки закрывают проходное отверстие превентора. Поршни и штоки, а также неподвижные соединения гидроцилиндров уплотняются резиновыми кольцами 9, 13, 14.

Гидравлическое управление превентором дублируется ручным механизмом одностороннего действия, используемом при отключении и отказах гидравлической системы, а также при необходимости закрытия превентора на длительное время. Ручной механизм состоит из шлицевого валика 10 и промежуточной резьбовой втулки 12, имеющей шлицевое соединение с поршнем. Валик 10 посредством вилки 11 кардана и тяги соединяется со штурвалом, вынесенным на безопасное расстояние от устья скважины. При вращении валика по часовой стрелке резьбовая втулка 12 приводится в прямолинейное движение и перемещает поршень до замыкания плашек превентора. Расчетное время закрытия превентора составляет 10 секунд при использовании гидравлической системы и 70 секунд при ручном управлении. При обратном вращении винта поршни остаются неподвижными, а резьбовые втулки благодаря шлицевому соединению с поршнями возвращаются в исходное положение. После перемещения резьбовых втулок в исходное положение превентор можно открыть при помощи гидравлической системы управления.

В плашечных превенторах применяются трубные плашки для герметизации устья скважины с подвешенной колонной бурильных или обсадных труб и глухие плашки при отсутствии труб в скважине. При необходимости используют специальные плашки для перерезания труб.

Плашки состоят из резинового уплотнителя 16 и вкладыша 17, соединенных с корпусом болтами и винтами. Армированные металлические пластины придают уплотнителю необходимую прочность и противодействуют выдавливанию резины при расхаживании колонны труб. Наработка уплотнителя измеряется числом циклов закрытия превентора и суммарной длиной труб, протаскиваемых через закрытый превентор со скоростью 0,5 м/ч при давлении в гидроцилиндре и скважине не более 10 МПа. Согласно нормам, средняя наработка до отказа уплотнителя должна составлять не менее 300 закрытий превентора без давления и обеспечивать возможность протаскивания более 300 м труб через закрытый превентор.

Рисунок 1 - Плашечный превентор ППГ-280×350

1, 6 – боковая крышка; 2 – корпус; 3 – коллектор; 4 – резиновая прокладка; 5 – болт; 7 – гидроцилиндр; 8 – шток; 9, 13, 14 – резиновые кольца; 10 – валик; 11 – вилка; 12 – резьбовая втулка; 15 – трубки для подачи пара; 16 - уплотнитель; 17 – вкладыш; 18 – полость для размещения плашек; 19 - трубки