Устьевое оборудование нефтяных скважин

Фонтанная арматура (ФА) - комплект устройств, монтируемый на устье фонтанирующей скважины и предназначена для:

1) герметизации и разобщения межтрубных пространств,

2) подвески одной или двух лифтовых (фонтанных) колонн

3) управления потоками продукции скважины:

· для направления продукции скважины в выкидную линию на замерную установку;

· для регулирования режима работы скважины;

4) осуществления глубинных исследований.

5) проведения технологических операций при освоении, эксплуатации и ремонте скважины;

ФА должна:

1) выдерживать большое давление (при полном закрытии фонтанирующей скважины),

2) давать возможность производить замеры давления как в лифтовых трубах, так и на выходе продукции из скважины,

3) позволять выпускать или закачивать газ при освоении скважины.

ФА включает:

1) колонную головку

2) трубную головку,

3) фонтанную ёлку

4) манифольд (рис.).

Колонная головка, расположенная в нижней части, предназначена для:

· подвески обсадных колонн,

· обвязки устья скважины с целью герметизации межтрубных пространств и контроля давления в них;

· установки фонтанной арматуры.

При простейшей конструкции скважины (без промежуточных техн. колонн) вместо колонной головки используют колонный фланец, устанавливаемый на верхней трубе эксплуатационной колонны.

Существуют одно-, двух-, трех-, четырех- и пятиколонные головки.

Требования, предъявляемые к конструкциям колонных головок, следующие:

1) надежная герметизация межтрубных пространств;

2) возможность контроля за давлениями во всех межтрубных пространствах;

3) быстрое и надежное закрепление подвески обсадных колонн;

4) возможность крепления к одной колонной головке различных обсадных колонн, т. е. универсальность;

5) быстрый и удобный монтаж;

6) минимально возможная высота.

Колонная головка в период эксплуатации скважины остается на устье и, как правило, не ремонтируется. Поэтому к ее конструкции и качеству изготовления предъявляются высокие требования.

Выпускаются колонные головки на 14,0; 21,0; 35,0; 50,0 и 70,0 МПа рабочего давления. В некоторых случаях (на газовых скважинах) применяются колонные головки, рассчитанные на давление до 150 МПа.

После бурения с колонной головки демонтируют превенторы и устанавливают фонтанную арматуру (рис. 3). Корпус головки 1 навинчивается на верхний резьбовой конец кондуктора.

Обсадная колонна 10 вворачивается в специальную муфту 7. Герметичность соединения корпуса головки 1 и муфты 7 достигается муфтой 2 и двумя кольцами 3 из специальной нефтестойкой резины. Плотность посадки достигается за счет прижатия муфты полукольцами 5 и фланцем 4, который болтами притягивается к фланцу корпуса.

Рисунок 3 - Конструкция простейшей колонной головки для одной обсадной колонны

Муфта 7 заканчивается фланцем 6 для присоединения к нему фонтанной арматуры. Для опрессовки колонной головки и контроля давления в межтрубном пространстве предусмотрен боковой отвод с краном высокого давления 9 и манометром 8.

Tрубная головка монтируется на колонной головке и служит для подвески и герметизации лифтовых колонн при концентричном или параллельном спуске их в скважину.

Трубная головка представляет собой крестовину с двумя боковыми отводами с установленной на ней переходной катушкой, в которую вворачивается верхний резьбовой конец фонтанных труб. При применении двух рядов труб устанавливаются две крестовины с переходными катушками. На нижней катушке подвешивается первый ряд труб (большого диаметра), а на верхней катушке - второй ряд труб (меньшего диаметра). На верхнем фланце катушки укрепляется собственно фонтанная ёлка.

Трубная головка подвергается давлению затрубного газа, которое может быть больше, чем давление в фонтанной ёлке. Поэтому трубная головка рассчитывается и испытывается на давление примерно в 1,5 раза большее, чем фонтанная ёлка. Это объясняется тем, что в межтрубном пространстве, которое герметизирует трубная головка, может скопиться чистый газ, и поэтому давление может достигнуть пластового.

Фонтанная ёлка устанавливается на трубной головке и служит для распределения и регулирования потоков продукции из скважины.

Cостоит из:

1) запорных устройств (задвижки, шаровые или конические краны),

2) регулирующих устройств (штуцеры постоянного или переменного сечения)

3) фитингов (катушки, тройники, крестовины, крышки).

Рисунок 3 - Арматура фонтанная крестовая для однорядного подъемника: 1 - манометры; 2- трехходовой кран; 3- буфер, 4. 9- задвижки; 5- крес­товик елки; 6-переводная катушка; 7 - переводная втулка; 8-крестовик трубной головки: 10- штуцеры; 11- фланец колонны; 12 - буфер

Характерным узлом крестовой арматуры является крестовина 5 (рис. 3) с двумя боковыми отводами, каждый из которых может быть рабочим, а второй запасным. Для тройниковой фонтанной ёлки (рис. 4) характерным узлом являются тройники 1, к которым присоединяются выкидные линии - верхняя и нижняя. Причем рабочим выкидом всегда должна быть верхняя линия, а нижняя - запасной. Это продиктовано безопасностью работы и возможностью предотвращения открытого фонтанирования. Тройниковые арматуры, как правило, применяются в скважинах, дающих вместе с нефтью абразивный материал - песок, ил. При разъедании песком верхнего тройника скважина может быть переведена на работу через нижний отвод

Рисунок 4 - Фонтанная тройниковая арматура кранового типа для подвески двух рядов НКТ (2АФТ-60 x 40 х КрЛ-125): 1 - тройник; 2 - патрубок для подвески второго ряда НКТ; 3 - патрубок для подвески первого ряда НКТ

При этом промежуточная (между отводами) задвижка или кран закрывается; и верхний тройник, и отвод могут быть отремонтированы. При применении в этих условиях крестовой арматуры разъедание крестовины приводит к необходимости перекрытия скважины центральной задвижкой для замены крестовины. Однако крестовые арматуры более компактны, высота их меньше, обслуживание, которое заключается в снятии показаний манометров, смене штуцеров и осуществляется с мостков без лестниц. Тройниковые арматуры имеют большую высоту и требуют для обслуживания специальных вспомогательных сооружений.

Если скважина эксплуатируется фонтанным способом, то на поверхности (на устье) устанавливают специальное оборудование – фонтанную арматуру и производится обвязка устьевого оборудования.

Длительное и бесперебойное фонтанирование скважин в процессе освоения и эксплуатации обеспечивается правильно выбранным режимом её работы. Режим фонтанной эксплуатации изменяют созданием противодавления в фонтанной ёлке. Это оборудование необходимо для управления скважиной. С помощью фонтанной арматуры можно регулировать добычу нефти – уменьшать или совсем остановить.

После того, когда давление в скважине уменьшится, и скважина начнет давать совсем мало нефти, как посчитают специалисты, ее переведут на другой способ эксплуатации.

Mанифольд связывает ФА c трубопроводами. Элементы ФА соединяются фланцами или хомутами. Для уплотнения внутри полостей используют эластичные манжеты, наружных соединений - жёсткие кольца, б.ч. стальные.

Привод запорных устройств:

1) ручной,

2) при высоком давлении пневматический или гидравлический c управлением:

· местным,

· дистанционным

· автоматическим.

При отклонении давления продукции скважины от заданных пределов или в случае пожара на скважине автоматически закрываются запорные устройства. Давление во всех полостях контролируется манометрами. Запорные и регулирующие устройства могут дублироваться и заменяться под давлением при работе скважины, возможна также смена под давлением фонтанной ёлки. Для спуска в работающую скважину приборов и др. оборудования на ФА устанавливают лубрикатор - трубу c сальниковым устройством для каната или кабеля, в которой размещается спускаемое в скважину оборудование.

Фонтанные арматуры различаются по:

1. Конструктивным и прочностным признакам:

2. Рабочему давлению - от 7 до 105 МПа;

3. Размерам проходного сечения ствола - от 50 до 100 мм;

4. Конструкции фонтанной ёлки:

· крестовые;

· тройниковые;

5. Числу спускаемых в скважину рядов труб - однорядные и двухрядные;

6. Типу запорных устройств:

· с задвижками;

· с кранами.

ФА скважин морских месторождений c подводным устьем имеют спец. конструкции для дистанционной сборки и управления.

Фонтанные арматуры шифруются следующим образом:

АФТ-65Кр-140, что означает: арматура фонтанная, тройниковая с проходным сечением 65 мм, крановая на 14 МПа рабочего давления.

АФК-50-210 - арматура фонтанная крестовая диаметром 50 мм на рабочее давление 21 МПа.