Оборудование и инструменты для ремонта скважин
ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ РЕМОНТА СКВАЖИН
Общие понятия о ремонте скважин
Все работы по вводу скважин в эксплуатацию связаны со спуском в них оборудования: НКТ, глубинных насосов, насосных штанг и т.п.
В процессе эксплуатации скважин фонтанным, компрессорным или насосным способом нарушается их работа, что выражается в постепенном или резком снижении дебита, иногда даже в полном прекращении подачи жидкости. Работы по восстановлению заданного технологического режима эксплуатации скважины связаны с подъемом подземного оборудования для его замены или ремонта, очисткой скважины от песчаной пробки желонкой или промывкой, с ликвидацией обрыва или отвинчивания насосных штанг и другими операциями.
Изменение технологического режима работ скважин вызывает необходимость изменения длины колонны подъемных труб, замены НКТ, спущенных в скважину, трубами другого диаметра, УЭЦН, УШСН, ликвидация обрыва штанг, замена скважинного устьевого оборудования и т.п. Все эти работы относятся к подземному (текущему) ремонту скважин и выполняются специальными бригадами по подземному ремонту.
Более сложные работы, связанные с ликвидацией аварии с обсадной колонной (слом, смятие), с изоляцией появившейся в скважине воды, переходом на другой продуктивный горизонт, ловлей оборвавшихся труб, кабеля, тартального каната или какого-либо инструмента, относятся к категории капитального ремонта.
Работы по капитальному ремонту скважин выполняют специальные бригады. Задачей промысловых работников, в том числе и работников подземного ремонта скважин, является сокращение сроков подземного ремонта, максимальное увеличение межремонтного периода работы скважин.
Под межремонтным периодом работы скважин понимается продолжительность фактической эксплуатации скважин от ремонта до ремонта, т.е. время между двумя последовательно проводимыми ремонтами.
Коэффициент эксплуатации скважин - отношение времени фактической работы скважин к их общему календарному времени за месяц, квартал, год.
Коэффициент эксплуатации всегда меньше 1 и в среднем по нефте- и газодобывающим предприятиям составляет 0,94¸0,98, т.е. от 2 до 6% общего времени приходится на ремонтные работы в скважинах.
Текущий ремонт делает предприятие по добыче нефти и газа. Организация вахтовая - 3 чел.: оператор с помощником у устья и тракторист-шофер на лебедке.
Капитальный ремонт выполняют конторы капитального ремонта, входящие в НГДУ.
Установки и агрегаты для подземного и капитального ремонта и освоения скважин
При подземном ремонте глубоких скважин применяют эксплуатационные вышки и мачты, стационарные или передвижные, предназначенные для подвески талевой системы, поддержания на весу колонны труб или штанг при ремонтных работах, проводимых на скважине.
Стационарные вышки и мачты используются крайне нерационально, т.к. ремонтные работы на каждой скважине проводятся всего лишь несколько дней в году, всё остальное время эти сооружения находятся в бездействии. Поэтому целесообразно использовать при подземном ремонте подъемники, несущие собственные мачты. Транспортной базой их служат тракторы и автомобили.
Масса (с вороккой), кг 95
Штанголовитель типа ШК (рис. 23) предназначен для извлечения оставшейся в скважине колонны насосных штанг и устьевых штоков.
Штанголовители типа ШК выпускают в двух исполнениях:
1 - для захвата за тело, муфту или головку насосной штанги;
2 - для захвата за муфту или головку насосной штанги.
Штанголовители изготовляют с резьбой правого направления; их применяют с центрирующим приспособлением (воронкой).
Штанголовитель состоит из переводника 1, нижнего 6 и верхнего 2 корпусов, соединенных между собой резьбой, нижней 7 и верхней 3 пружин, направляющего винта 3, цанги 5, вилки 4, плашек 5 и воронки 10.
На внутренней конической поверхности верхнего корпуса предусмотрена вилка с плашками для ловли штанг за тело. Плашки, перемещающиеся внутри корпуса на перьях вилки, удерживаются в крайнем нижнем положении с помощью верхней пружины.
Рис. 23. Штанголовитель типа ШК:
а – исполнение 1; б – исполнение 2
В стенке нижнего корпуса имеются три сквозных паза 12 для выхода перьев цанги и байонетный паз 11 для перемещения направляющего винта.
Цанга, вставленная в нижний корпус, предназначена для захвата штанг за муфту или головку.
При подъеме ловителя цанга подхватывает штангу под муфту или головку и, не вращаясь, движется вниз до упора в бурт нижнего корпуса. При этом головка направляющего винта из крайней верхней точки перемещается в вертикальный участок байонетного паза и удерживает цангу от вращения.
Штанголовители спускают в лифтовые насосно-компрессорные трубы на колонне насосных штанг.
Таблица 9
Технические характеристики штанголовителей типа ШК
| Типоразмер штанголови-теля | Ис-поль-зова-ние | Условный диаметр насосно-компрессорных труб, в которых производится ловля, мм | Диаметр элементов ловимых насосных штанг (ГОСТ 13877‑80), мм | Гру-зо-подъ-ем-ность, т | Основные размеры, мм | Масса, кг | |||
| тела | головки | муфты | D | L | |||||
| ШК´47´19 | 12¸19 | 26¸36 | 26¸38 | 4,9 | |||||
| ШК´47´19-1 | - | 26¸36 | 26¸38 | 3,6 | |||||
| ШК´57´22 | 12¸22 | 26¸46 | 26¸46 | 5,7 | |||||
| ШК´57´22-1 | - | 26¸46 | 26¸46 | 4,1 | |||||
| ШК´69´36 | 89; 114 | 16¸36 | 36¸52 | 38¸57 | 8,5 | ||||
| ШК´69´36-1 | 89; 114 | - | 36¸52 | 38¸57 | 6,0 |
При ликвидации аварии в скважинах значительный объем работ занимает фрезерование аварийных металлических предметов и разбуривание цемента.
Скважинные фрезеры типа ФП предназначены для фрезирования верхнего конца насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб с целью захватывания их ловильным инструментом (рис. 24).
Рис. 24. Скважинный фрезер типа ФП
Фрезер - торцевой, с опорно-центрирующим устройством, позволяющим центрировать его относительно оси колонны. Истирающе-режущие участки фрезера армированы композиционным твердосплавным материалом. В корпусе имеются промывочные отверстия и стружкоотводящие противозаклинивающие каналы.
Для присоединения фрезера к бурильной колонне на верхнем конце корпуса предусмотрена присоединительная резьба.
Скважинные фрезеры-райберы типа ФРЛ (рис. 25, а) предназначены для прорезания окна в обсадной колонне под последующее бурение второго ствола.
Рис. 25. а – скважинный фрезер-райбер типа ФРЛ
б – магнитный фрезер-ловитель типа ФМ
Фрезер-райбер состоит из режущей и ловильной частей. Режущая часть включает в себя цилиндрический и конический райберы и кольцевой фрезер. Ловильная часть представляет собой специальный захват, установленный внутри цилиндрического райбера.
Магнитные фрезеры - ловители типа ФМ (рис. 25, б) предназначены для фрезерования и извлечения находящихся на забое скважины мелких металлических предметов с ферромагнитными свойствами.
Выпускаются также фрезеры типа ФЗ, ФТК, ФК, ФЗО, ФЗК и др. [7].
В процессе ремонтных работ применяют различные вспомогательные инструменты и приспособления.
Скважинные механические фиксаторы типа ФГМ (рис. 26) предназначены для определения местонахождения муфтовых соединений эксплуатационной колонны в скважине.
Рис. 26. Скважинный механический фиксатор типа ФГМ
Фиксатор состоит из корпуса, узла фиксации, узла центрирования и патрубка с ловушкой.
Корпус 1 - основная деталь фиксатора изготовлен в виде ствола с приваренными к нему наконечниками и ребрами. Резьба в верхней части корпуса, служит для присоединения к колонне заливочных труб.
Узел фиксации состоит из трех защелок 3 подпружинных консольными пружинами и закрепленных в прорезях корпуса пальцем 4 и штифтом 5, а также поршня 6, закрепленного в корпусе установочным винтом 8.
Узел центрирования представляет собой три центрирующие пружины 9, закрепленные в корпусе.
Патрубок с муфтой и ловушкой 7, соединяемый с нижним концом корпуса при помощи резьбы, служит для создания цементного забоя и улавливания поршня с целью повторного использования (на рис. 26 показана только ловушка).
Труборез-фрезер ТФ предназначен для резки насосно-компрессорных, обсадных труб и бурильных труб.
Труборез обеспечивает:
- резку толстостенных труб путем воздействия давления промывочной жидкости на резцы;
- возможность использования как самостоятельно, так и с якорем. Присоединительные резьбы по ГОСТ 633-80.
Универсальная печать типа ПУ2 (рис. 27) предназначена для определения по оттиску, полученному на её алюминиевой оболочке, положения верхнего конца объектов, оставшихся в скважине вследствие аварий. Основными узлами печати являются корпус с деталями для получения оттиска предметов и зажимное устройство.
На утолщение в нижней части корпуса 2 надевается резиновый стакан 8, который прикреплен к корпусу четырьмя винтами 7. На резиновый стакан, в свою очередь, надевается алюминиевая оболочка 6, «перья» которой загибаются на кольцевой заплечик корпуса. На средней (цилиндрической) части корпуса установлен направляющий винт 4 и нарезана трапецеидальная резьба. По винту и резьбе движется зажимное устройство, при помощи которого зажимаются «перья» алюминиевой оболочки.
|
Зажимное устройство состоит из нажимной втулки 5 и нажимной гайки 3. На верхнюю часть корпуса навинчивается переводник 1 с замковой резьбой бурильных труб для присоединения к колонне труб, на которых печать спускается в скважину.
Печать в собранном виде медленно спускают в скважину на бурильных трубах. При необходимости спуск производят с промывкой, печать устанавливают в скважине на верхнем конце объекта. Нагрузка для получения отпечатка не должна превышать 20 кН.
Таблица 10
Техническая характеристика универсальной печати типа ПУ2
| Типоразмер печати | Условный диаметр колонны обсадных и насосно-компрессорных труб, мм | Максимальная рабочая нагрузка для получения отпечатка, кН | Основные размеры, мм | Масса, кг | |
| D | L | ||||
| ПУ2-102 | 102* | 75; 84 | 4,5 | ||
| ПУ2-146 | 140¸146 | 106; 112; 118 | 10,0 | ||
| ПУ2-168 | 125; 131; 137; 141 | 18,0 |
* Диаметр колонны насосно‑компрессорных труб.
Скважинный пробойник для насосно-компрессорных труб типа «ОСА» (рис. 28) - высокоэффективный инструмент для ремонта скважин предназначен:
- для сообщения полости труб с забоем скважины путем пробивки стенки НКТ без использования в подземном оборудовании дополнительных устройств, таких как разрушаемые болты и диафрагмы, управляемые и съемные клапаны и др.;
- для резки прихваченной в скважине колонны НКТ.
Инструмент выпускается в двух модификациях:
- свободного сбрасывания с приводом от столба жидкости;
- опускаемый на штангах.
В трубу НКТ сбрасывается или опускается на штангах инструмент. После достижения необходимого интервала из корпуса инструмента выходит жало и после пробивки отверстия в НКТ автоматически утапливается в корпусе (рис. 28).
При спуске инструмента на штангах возможно пробивание множества отверстий в одном сечении - т.е. осуществляется резка труб.
Установки насосные
При проведении различных технологических операций в нефтяных и газовых скважинах, включая цементирование, гидравлический разрыв пластов, кислотную обработку, промывку песчаных пробок и другие промывочно‑продавочные работы, применяются насосные установки, которые обеспечивают выполнение вышеперечисленных работ.
Агрегат насосный цементировочный АНД 320 (рис. 29) (АНД 320У) предназначен для нагнетания рабочих жидкостей при цементировании скважин в процессе бурения и капитального ремонта, а также при проведении других промывочно-продавочных работ на нефтяных и газовых скважинах.
Рис. 29. Агрегат насосный цементировочный АНД 320
Агрегат АНЦ 320 дополнительно оборудован устройством для подогрева гидравлической части насоса НЦ 320, коллектором для обеспечения одновременной работы нескольких агрегатов, комплектом ЗИП, различными приспособлениями.
Технические характеристики агрегата АНЦ 320
Монтажная база шасси автомобиля КрАЗ,
УРАЛ, КаМАЗ
Насос НЦ320:
предельное давление нагнетания, МПа 40
наибольшая идеальная подача, дм3/с 26
Мощность, кВт, не более 32
Центробежный насос ЦНС 38-154:
подача, дм3/с 10,5
давление, МПа 1,54
Манифольд:
Вместимость, м3
мерного бака 6
бачка для цементного раствора 0,25
Условный диаметр, мм:
приемной линии цементировочного и
центробежного насосов 100
напорной линии цементировочного и
центробежного насосов 50
Габаритные размеры агрегата АНЦ 320,
мм, не более 10150´2700´3225
Масса агрегата полная, кг 16000
Агрегат АНЦ 320 является улучшенным агрегатом Грозненского ЦА-320.
Агрегат наносный продавочный АНП 320 (АНП 320У) предназначен для нагнетания различных жидких сред в скважины в процессе бурения и капитального ремонта, а также при проведении других промывочно-продавочных работ в нефтяных и газовых скважинах.
Технические характеристики агрегата АНП 320
Монтажная база шасси автомобиля КрАЗ-250
(УРАЛ-4320)
Насос НЦ320
Полезная мощность, кВт 108
Предельное давление нагнетания, МПа 40
Наибольшая идеальная подача, дм3/с 26
Габаритные размеры агрегата, мм, не более 10150´2700´3225
Масса агрегата, кг:
полная 15000
комплекта 14460
Установка, насосная УНК предназначена для нагнетания неагрессивных жидких сред в скважины в процессе их текущего и капитального ремонта.
Техническая характеристика УНК
Монтажная база шасси автомобиля повышенной
проходимости КамАЗ- 43101
Наибольшее давление нагнетания, МПа 23
Наибольшая идеальная подача, дм3/с 15,35
Агрегат промывочный ПА-80 (ПА-80-01) предназначен для закачки промывочной жидкости в скважины при геологоразведочном, структурно-поисковом бурении и перекачки жидкости.
Техническая характеристика
Монтажная база шасси автомобиля
УРАЛ-4320 (КрАЗ-260Г)
Предельное давление, МПа 12
Наибольшая объёмная подача, л/с 10,8
Насосные установки УН1-100´200, УНТ1-100´250, УНБ1- 100´250, УНБ1Р‑100´250 предназначены для нагнетания различных жидких сред в скважины в процессе текущего и капитального ремонта, а также при проведении других промывочно- продавочных работ.
Насосная установка УНТ1-100´250 (рис. 30) смонтирована на базе трактора Т‑130МГ, состоит из насоса, коробки отбора мощности, коробки передач, цепного редуктора, манифольда, вспомогательного трубопровода, системы управления, обогрева и продувки. Привод насоса от тягового двигателя через коробку отбора мощности, карданные валы, четырехскоростную коробку передач и цепной редуктор.
Рис. 30. Насосная установка УНТ 1-100´250:
1 – гусеничная транспортная база трактора Т-130МГ; 2 – обогрев; 3 – продувка; 4 – насос; 5 ‑ манифольд; 6 – цепной редуктор
Насосная установка УНБ1Р-100´250 на раме состоит из силового агрегата, трансмиссии, насоса, манифольда, вспомогательного трубопровода, мерного, бака, системы управления, электрооборудования и кабины оператора. Привод насоса - от дизельного двигателя через коробку передач.
Во всех установках насос - трехплунжерный горизонтальный одностороннего действия.
Насосные установки УН1-100´200 и УНБ1-100´250 (рис. 31) состоят из насоса, коробки отбора мощности, карданного вала, манифольда и вспомогательного трубопровода.
Рис. 31. Насосная установка УНБ1-100´250:
1 – шасси автомобиля УРАЛ-4320; 2 – мерный бак; 3 – насос Н5-160; 4 – манифольд; 5 ‑ вспомогательный трубопровод; 6 – рама
Привод насоса от тягового двигателя автомобиля через односкоростную коробку отбора мощности и карданный вал.
Установка насосная передвижная УНБ-160´32 предназначена для нагнетания различных жидких сред при цементировании, освоении и капитальном ремонте скважин, а также при проведении других промывочно-продавочных работ в нефтегазоперерабатыващей промышленности и других отраслях в условиях умеренного и холодного микроклиматических районов.
Техническая характеристика установки УНБ-160´32
Автомобильное шасси КраЗ-250
(или ТАТРА-815-2)
Насос высокого давления 9ТМ
Полезная мощность, кВт 108
Наибольшее давление нагнетания, МПа 32
Наибольшая идеальная подача, дм3/с 26
Вместимость мерного бака, м3 6
Габаритные размеры, мм 10150´2700´3225
Масса установки полная, кг 16000
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СБОРА И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ.
Унифицированная схема нефтегазосбора приведена в приложении 1.
Трубопроводы.
Трубы при добыче применяются для крепления стволов скважин и для образования каналов внутри скважин, подвески оборудования в скважине, прокладки трубопроводов по территории промысла.
Основные группы труб: 1 - насосно-компрессорные (НКТ); 2 - обсадные; 3 ‑ бурильные; 4 - для нефтепромысловых коммуникаций.
Насосно-компрессорные трубы. При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит обычно по НКТ, которые применительно к способам эксплуатации еще называют фонтанными, компрессорными, насосными, подъемными или лифтовыми.
Насосно-компрессорные трубы используются также для различных технологических процессов (например, для солянокислых обработок пластов, разбуривания цементных пробок и т.д.).
В табл. 15 представлены основные размеры НКТ, предусмотренные существующими стандартами.
Таблица 15
| Условный диаметр трубы, мм | |||||||||
| Толщина стенки, мм | 3,5 | 3,5 | 4,0 | 5,0 | 6,5¸7,0 | 8,0 | 6,5 | 7,0 |
Отечественная промышленность выпускает НКТ диаметром 60, 73, 89, 114 мм и муфты к ним из стали группы прочности Д, К и Е, механические свойства которых приведены в табл. 16.
Таблица 16
| Показатели | Группа прочности стали | ||
| Д | К | Е | |
| Временное сопротивление sв, МПа | |||
| Предел текучести sт, МПа: не менее | |||
| не более | - | ||
| Относительное удлинение, d, % не менее | 14,3 | 12,0 | 13,0 |
Обсадные трубы служат для крепления ствола скважины. По ГОСТ 632-80 отечественные обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины (см. табл. 17).
Таблица 17
| Æ, мм | |||||||||
| d, мм | 5,2¸10,2 | 5,6¸10,2 | 6,2¸10,5 | 6,5¸9,5 | 7,3¸12,2 | 5,9¸15,0 | 5,2¸10,2 | 7,6¸15,1 | 7,9¸15,9 |
| 7,1¸16,5 | 8,5¸14,8 | 8,5¸14,8 | 8,4¸15,4 | 9,0¸12,0 | 9,0¸12,0 | 9,5¸16,7 | 10,0¸12,0 | 11,1¸16,1 | 11,1¸16,1 |
Группа прочности стали Д, К, Е, Л, М, Т. Трубы маркируются клеймением и краской. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют.
Обсадные трубы могут применяться вместо НКТ, например, при отборе 5000¸7000 м3/сут. воды из скважин большого диаметра. Иногда для этого используют бурильные трубы.
Бурильные трубы приспособлены к длительному свинчиванию-раэвинчиванию. Промышленность выпускает бурильные трубы длиной 6±0,6; 8±0,6; 11,5±0,9 м, наружным диаметром 60, 73, 89, 102 мм. Трубы диаметром 114, 127, 140 и 168 мм выпускают длиной 11,5±0,9 м.
Бурильные трубы изготавливаются из той же стали, что и обсадные. Для уменьшения веса бурильной колонны применяют алюминиевые бурильные трубы (АБТ), изготавливаемые из сплава Д16. Применяются колонны гибких труб с наружным диаметром 27/8” для бурения забойными двигателями.
Для нефтепромысловых коммуникаций используются электросварные, горячекатанные стальные трубы, пригодные по прочности и гидравлическому сопротивлению:
трубы стальные бесшовные, горячедеформированные - ГОСТ 8732-78, наружным диаметром от 20 до 550 мм, с толщиной стенок от 2,5 мм и более сталь 10; 10Г 2; 20, 12ХН 2А и др.);
трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов – ГОСТ 20295‑85, диаметром от 159 до 820 мм (сталь К34, К50, К60 и др.);
отремонтированные трубы нефтяного сортамента (НКТ, обсадные, бурильные);
для выкидных линий могут применяться гибкие непрерывные колонны труб диаметром до 27/8”.
Трубопроводы системы сбора и подготовки нефти и газа предназначены для транспортировки продукции скважин от их устья до сдачи товарно-транспортным организациям, а также для перемещения ее в технологических установках, а трубопроводы системы ППД - для подачи сточных вод от УПВ до нагнетательных скважин. Выкидные линии, нефте- и газосборные коллекторы являются частью общей системы сбора и их общая протяженность достигает сотен километров только лишь по одному промыслу.
Трубопроводы классифицируются по следующим признакам.
По назначению: а) выкидные линии, транспортирующие продукцию скважины от ее устья до групповой замерной установки; б) нефтегазосборные коллекторы, расположенные от АГЗУ до ДНС; в) нефтесборные коллекторы, расположенные от ДНС до центрального пункта сбора (ЦПС); г) газосборные коллекторы, транспортирующие газ от пункта сепарации до компрессорной станции, обычно расположенной рядом с ЦПС.
По величине напора: а) высоконапорные (до 6,27 МПа); б) средненапорные (до 1,55 МПа); в) низконапорные (до 0,588 МПа) и г) безнапорные (самотечные).
По типу укладки: а) подземные; б) наземные; в) подвесные; г) подводные.
По гидравлической схеме: а) простые, не имеющие ответвлений; б) сложные, имеющие ответвления, к которым относятся также замкнутые (кольцевые) трубопроводы.
По характеру заполнения сечения: а) трубопроводы с полным заполнением сечения трубы жидкостью и б) трубопроводы с неполным заполнением сечения.
Полное заполнение сечения трубы жидкостью обычно бывает в напорных трубопроводах, а неполное заполнение может быть как в напорных, так и в безнапорных трубопроводах. С полным заполнением сечения жидкостью чаще бывают нефтепроводы, транспортирующих товарную нефть, т.е. без газа, и реже - выкидные линии, где имеет место высокое давление. Нефтесборные коллекторы обычно работают с неполным заполнением сечения трубы нефтью, т.е. верхняя часть сечения коллектора занята газом, выделившимся в процессе движения нефти.
Трубопроводы, по которым подается вода в нагнетательные скважины с целью поддержания пластового давления, подразделяются на следующие категории: подводящие, прокладываемые от УПВ до кустовых насосных станций (КНС); разводящие, прокладываемые от КНС до нагнетательных скважин.
Для нефтепромысловых коммуникаций используются трубы: стальные (сварные, горячекатанные, прерывные и на барабанах), комбинированные (футерованные, металло-пластмассовые), полимерные (стеклопластиковые и др.).
Диаметры всех трубопроводов определяются гидравлическими расчетами.
Трубопроводы проектируются и изготавливаются в соответствии с правилами, установленными Госгортехнадзором. Исключение составляют трубопроводы для пара, эксплуатируемые с Рабс < 0,2 МПа, для воды с температурой до 120°С, временно устанавливаемые трубопроводы со сроком действия до 1 года и некоторые другие.
Расчет трубопроводов для системы сбора на механическую прочность сводится к определению толщины стенки, которая была бы минимальной, но в тоже время не допускала разрушения труб при эксплуатации.
Минимальная толщина стенки трубы рассчитывается по формуле:
, мм,
где Ри - давление, при котором производится опрессовка труб, МПа; Dвн ‑ номинальный внутренний диаметр трубы, мм; sдоп - допускаемое напряжение, принимаемое равным 0,9s* (s* - нормативное напряжение растяжения материала трубы, принимаемое по минимальному значению предела текучести); j - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб, определяемый по формуле [6]
,
где Ss - абсолютное значение напряжений определяемых по расчетным нагрузкам и воздействиям.
Для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта напряжения от воздействия температуры и внутреннего давления Рвн.
,
a - коэффициент линейного расширения (a = 12×10-6 1/°C);
E - модуль упругости металла, равный 2,1×10-5 МПа;
Dt - температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании.
Толщину труб следует принимать не менее 1/140 величины наружного диаметра труб и не менее 4 мм. Расчетная толщина стенки округляется в большую сторону до ближайшей в сортаменте труб.
Нефтяные нагреватели и печи
Нефтяные резервуары
Нефтяные резервуары (емкости) предназначены для накопления, кратковременного хранения и учета «сырой» и поворотной нефти. Группу резервуаров, сосредоточенных в одном месте, называют резервуарным парком.
Согласно СНиП объем сырьевых резервуаров должен быть не менее пятикратного суточного объема добычи нефти, а товарных резервуаров - двухратного. На промыслах используют в основном стальные цилиндрические резервуары вместимостью 100¸20000 м3 и реже железобетонные подземные резервуары вместимостью до 100000 м3.
Нефтяные, резервуары строят из несгораемых материалов в наземном, полуподземном и подземном исполнении.
Стальные резервуары сооружают с постоянной или переменной толщиной стенок корпуса. В зависимости от объема и высоты резервуара их изготовляют из листовой стали толщиной от 4 до 10 мм. По технологическим условиям (сварка) листовая сталь толщиной менее 4 мм не может применяться, если даже расчетная толщина стенки получается меньше.
При сооружении корпуса резервуара стальные пояса могут располагаться тремя способами: ступенчатым, телескопическим и встык.
Стенки вертикальных цилиндрических резервуаров при отсутствии избыточного давления над поверхностью жидкости испытывают давление, зависящее от высоты столба уровня жидкости до рассматриваемого пояса резервуара. Например, на глубине h стенки испытывают внутреннее давление Р, равное:
.
Толщину стенки определяют из уравнения:
,
h - высота резервуара, мм; r - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение силы тяжести, м/с2; D - диаметр резервуара; sдоп - допустимое напряжение на растяжение.
Толщину листовой стали днищ резервуаров не рассчитывают и принимают обычно не более 5 мм, так как гидростатическое давление воспринимается фундаментом.
Крышки резервуаров изготовляют из листовой стали толщиной не более 2,5мм и бывают: конические, сферические, плоские.
На нефтяных месторождениях применяют чаще всего резервуары с плоскими крышками.
Крыши резервуаров располагаются на строительных перекрытиях (фермах), которые могут опираться как на промежуточные колонны внутри резервуара, так и непосредственно на его стенки.
Оборудование стальных резервуаров и их конструктивные схемы должны обеспечивать их правильную и безопасную эксплуатацию, в частности: 1) накопление и опорожнение резервуаров; 2) замер уровня нефти; 3) отбор проб нефти; 4) зачистку и ремонт резервуаров; 5) отстой нефти и удаление подтоварной воды; 6) поддержание давления в резервуаре в безопасных пределах.
На нефтяных резервуарах монтируется оборудование представленное на рис. 72.
Рис. 72. Схема расположения оборудования на стальном резервуаре:
1 – приемо-раздаточные патрубки; 2 – захлопка для принудительного закрытия; 3 – приемная труба; 4- замерной люк; 5 – световой люк; 6 – люк-лаз; 7 – сифон; 8 – дыхательный клапан; 9 ‑ гидравлический предохранительный клапан
Диаметры приёмо-раздаточных патрубков определяются заданной производительностью перекачиваемой нефти и колеблются в пределах 150¸700 мм. Скорость движения жидкости в них, в пределах 0,5¸2,5 м/с в зависимости от вязкости нефти.
Захлопка 2 устанавливается для предотвращения утечек нефти из резервуаров при неисправности задвижек.
Подъёмная труба 3 монтируется внутри резервуара и предназначена для отбора нефти с требуемой высоты.
Замерный люк 4 служит для замера в резервуаре уровня нефти и подтоварной воды, а также для отбора проб пробоотборником.
Замерный люк устанавливается на патрубке, вваренном вертикально в крышу резервуара. Крышка замерного люка герметично закрывается посредством прокладки и нажимного, откидного болта. Внутри замерного люка расположена направляющая колодка, по которой спускают в резервуар замерную ленту с лотом.
Колодка изготовляется из меди или алюминия, чтобы предотвратить искрообразование.
Световой люк 5 - для проникновения света и проветривания перед зачисткой, ремонтом. Люк-лаз для проникновения людей, при ремонте, очистке, а также освещения и проветривания. Водоспускное приспособление сифонного типа предназначается для отбора пластовой воды.
Высота колена сифона hc определяется расчетом в зависимости от выбранного соотношения высот столбов воды hв и нефти hн в резервуаре по формуле:
,
откуда 
.
Дыхательный клапан 8 автоматически сообщает газовое пространство резервуара с атмосферой в тот момент, когда в резервуаре создается предельно допустимое давление или вакуум в результате изменения температуры, а также при наполнении и опорожнении резервуара. Дыхательные клапаны рассчитаны на избыточное давление и вакуум в газовом пространстве резервуара Ризб=20 мм вод. ст. При таком избыточном давлении масса кровли резервуара, изготовленной из листовой стали толщиной 2,5 мм, уравновешивается силой избыточного давления на неё. Масса 1 м2 крыши составляет 20 кг и, следовательно, крыша не будет испытывать напряжения, если давление изнутри не будет превышать давления, создаваемого массой крыши (рис. 73).
При повышении давления изнутри резервуара клапан 2 поднимается и сбрасывает в атмосферу излишний газ, а при понижении давления внутри резервуара открывается клапан 1 и в резервуар поступает воздух.
Во избежание коррозии корпус клапана и седло изготовляют из алюминиевого сплава. Размер дыхательных клапанов выбирают в зависимости от их допустимой пропускной способности.
Рис. 73. Функциональная схема дыхательного клапана:
1 – клапан вакуума; 2 – клапан давления; 3 – фланец для установки клапана на огневом предохранителе
Дыхательный клапан является ответственным элементом оборудования резервуара, в связи, с чем исправному состоянию клапанов и правильной эксплуатации их должно уделяться особое внимание. В зимнее время дыхательные клапаны часто выходят из строя, так как при прохождении влажных паров нефти через клапан влага, конденсируясь на тарелках и седлах, приводит к их взаимному примерзанию. Этот недостаток устраняется путем изоляции смерзающихся поверхностей клапана фторопластом, имеющим большую механическую прочность при низких температурах и высокую химическую стойкость.
Гидравлический предохранительный клапан 9 предназначается для ограничения избыточного давления или вакуума в газовом пространстве резервуара при отказе в работе дыхательного клапана, а также при недостаточном сечении дыхательного клапана для быстрого пропуска газа или воздуха. Предохранительные клапаны рассчитаны на несколько большее давление и вакуум, чем дыхательный клапан: на избыточное давление 60 мм вод. ст. и разряжения 40 мм вод. ст. Его функциональная схема приведена на рис. 75.
Рис. 74. Функциональная схема гидравлического предохранительного клапана
Предохранительный клапан заливают незамерзающими, неиспаряющимися и маловязкими жидкостями - раствором глицерина, этиленгликолем и др. образующими гидравлический затвор, через который происходит барботаж из резервуара излишней смеси газа с воздухом или «вдох» в резервуар.
В случаях резкого повышения давления в резервуаре может произойти выброс жидкости из клапана в кольцевой канал, обратно из него жидкость стекает через отверстия в стенке кармана. Огневые предохранители устанавливаются на резервуарах в комплекте с дыхательными и предохранительными клапанами и предназначаются для предохранения газового пространства резервуара от проникновения в него пламени через дыхательный клапан.
Принцип действия огневых предохранителей заключается в том, что пламя, попадая в огневой предохранитель, проходит через систему клапанов малого сечения, в результате чего дробится на отдельные мелкие потоки; поверхность соприкосновения пламени с предохранителем увеличивается, возрастает отдача тепла стенкам каналов, и пламя затухает.
Основной деталью огневых предохранителей является спиральная ленточная кассета цилиндрической формы, изготовленная из цветных металлов и помещенная в корпус предохранителя.
Резервуары стальные вертикальные цилиндрические (рис. 75) предназначены для хранения нефти, нефтепродуктов с понтоном и без понтона.
Рис. 75. Резервуар стальной вертикальныйИзготовитель: Новокузнецкий завод резервуарных металлоконструкций.\Таблица 29
Резервуары стальные вертикальные
| Номинал. объем, м3 | Геометр. характеристики, мм | Общая масса справочн., т | |
| Диаметр | Высота | Без понтона | С понтоном |
| Расчетная температура -40°С и выше | |||
Наши рекомендации |