V-образная фонтанная арматура

V-образная фонтанная арматура

В своей категории V-образная фонтанная арматура является разновидностью наземного устьевого оборудования крестового типа. В данном варианте крестовина имеет косые, а не прямые боковые патрубки, направленные под углом вверх.

Такая тройниковая фонтанная арматура имеет увеличенный эксплуатационный ресурс. Считается пригодной для добычи полезных ископаемых с высоким содержанием H2S, CO2 и абразива. Фонтанная елка подобной конфигурации удобна для шельфовых и морских скважин.

Особенности конструкции

По стандартной классификации ГОСТ 28996 V-образная фонтанная арматура относится к следующим типам трубопроводных изделий:

• нефтепромысловое устьевое оборудование;
• устьевая однокорпусная колонная обвязка;
• устьевая арматура;
• устьевой герметизатор;
• одноствольная однорядная или двурядная арматура.

В классической трубопроводной крестовине боковые патрубки расположены под прямым углом к оси стволового отверстия.

 
В рассматриваемой конструкции крестовина фонтанной елки V-образной формы оборудована патрубками, задранными под углом кверху. Внешне это единственное отличие, поэтому устьевое оборудование имеет классическую архитектуру:

• трубная обвязка внизу;
• фонтанная елка сверху.

В трубную обвязку входят следующие элементы:

• трубная головка – форма крестовины, два фланца в горизонтальной плоскости, на верхний устанавливается фонтанная елка, нижним выполняется присоединение к колонной головке;

• трубная подвеска – муфта, стволовая катушка для одной НКТ колонны, тройник для двухрядного скважинного трубопровода;

• запорные устройства – краны или задвижки крепятся к фланцам боковых патрубков наклонно с обеих сторон;
• измерительные приборы – манометр с одного бока после задвижки;
• заглушки – обычно одна, со стороны манометра.

В скважине может быть несколько обсадных колонн. Поэтому конструкция колонной головки может дополняться конструктивными элементам в своей верхней части, предназначенными для последовательного удержания каждой из них. Предназначение трубной обвязки является:

• крепление скважинного трубопровода из НКТ труб к поверхности;
• отсутствие протечек рабочих сред и реагентов из скважины и затрубного ее пространства;
• промывка ствола и забоя;
• закачка по мере необходимости технологических жидкостей. Реагентов;
• периодическое измерение в затрубном пространстве давления;
• создание опорной поверхности под фонтанную елку.

Для трубной обвязки разработано две схемы сборки – для одного скважинного трубопровода и для двух колонн насосно-компрессорных труб.

 
Сразу поверх трубной обвязки монтируется фонтанная елка, состоящая из следующих узлов:

• одна или две центральных задвижки ЗМ, ЗМС, ЗМАД шиберного типа прямоточные со смазкой между трубной колонкой и крестовиной;
• запорная арматура (задвижки, пробковые, шаровые краны) на боковых патрубках;
• буферный фланец в верхней части с пробкой НКТ;
• лубрикатор для спуска в ствол технологического оборудования;
• фланцы приварного типа под манифольд;
• планшайба противовыбросовой системы;
• рабочие фланцы для установки нерегулируемого дросселя;
• регулирующие устройства – дроссели или дискретные штуцеры.

Основными задачами фонтанной елки являются:

• прием потока рабочей среды и перенаправление его в манифольд через выкидную линию, затем дальше на замерное устройство;
• регулировка и переключение эксплуатационных режимов добычи;
• спуск приборов, оборудования, приспособлений в ствол и на забой скважины;
• плановое закрытие и аварийное глушение скважины;
• контроль параметров давления на устье через манометр в буферном колпаке и в манифольде через манометр на выкидной линии.

Всего в ГОСТ 13846 для фонтанных елок разработано 6 типовых схем. Первые четыре из них собраны из тройников, две оставшиеся из крестовин. И те, и другие фитинги, изменяют направление потока при выходе его из стволового канала в выкидную линию на 90°, то есть под прямым углом.

Для нефтегазовой смеси с низким содержанием углекислоты, песка, сероводорода это нормально. При наличии в рабочей среде большого количества агрессивных примесей и абразива резко увеличивается износ стенок тройников и крестовин. В тройниковых двухъярусных елках эти фитинги меняются без проблем благодаря расположению основной и резервной выкидной линии в разных вертикальных уровнях.

В крестовых елках без остановки скважины эту операцию выполнить невозможно. Поскольку выкидные линии находятся на одной пространственной оси, заглушек между ними нет.

Применение косого тройника вместо стандартного прямого позволяет решить часть указанных проблем кардинально:

• на выходе из ствола скважины в выкидные линии поток отклоняется незначительно, на малую величину угла;
• резко (на порядок) снижается износ стенок крестовины и прилежащих к ней труб, запорных, регулирующих устройств;
• уменьшается расстояние между боковыми патрубками;
• снижается расход труб для обвязки манифольда;
• повышается ремонтопригодность конструкции;
• возрастает эксплуатационный ресурс фонтанной елки.

При этом высота фонтанной арматуры крестового типа с V-образным центральным элементом несколько увеличивается в сравнении с классическими схемами сборки. Поэтому для обслуживания придется немного увеличить высоту рабочей площадки на устье скважины. 

Технические требования

Согласно регламенту стандарта ГОСТ 13846 крестовая V-образная фонтанная арматура должна соответствовать следующим требованиям:

• обеспечение соосности отверстий деталей, составляющих ствол, во время сборки, чтобы при спуске инструмента/оборудования не происходило его заклинивания;
• номинальный диаметр ствола елки 50 – 150 мм, боковых отводов тройника 50 – 100 мм, трубной головки 50 – 65 мм;
• два варианта схем трубной обвязки и столько же фонтанной елки;
• рабочее давление 14 – 105 МПа;
• подвеска НКТ при помощи муфты, фланца, стволовой катушки, переводника внутри трубной головки;
• температура окружающей среды -60°С … +90°С;
• температура рабочей среды до +350°С;
• конструкция модульная или моноблочная;
• управление ручное, автоматическое, дистанционное в любых сочетаниях;
• усилие затяжки на штурвале в пределах 45 Н;
• приоритетное использование регулируемого дросселя;
• характеристики рабочей среды – жидкое или газообразное агрегатное состояние, низкая/высокая степень агрессивности с содержание углекислоты, сероводорода до 6% или CO2, H2S до 25%;
• климатическое и коррозионостойкое исполнение ХЛ, УХЛ и К2, К3, соответственно;
• обеспечение 100% герметичности устья;
• опрессовка давление в 1,5 – 2 раза выше рабочего;
• установка по требованию заказчика дополнительного оборудования, необходимого для технологического процесса добычи.

Для маркировки используется ударный способ или трафаретная печать на специальной бирки с указанием в полном объеме условного обозначения и товарного знака завода.

Назначение и применение

Предназначена V-образная крестовая фонтанная арматура для решения следующих задач:

• обеспечение высокого ресурса и ремонтопригодности элементов фонтанной елки крестового типа;
• соблюдение абсолютной герметичности устья относительно природной среды;
• направление полезного ископаемого на АГЗУ;
• более удобных способов эксплуатации фонтанной арматуры

Применяется фонтанная арматура с елкой на основе косой крестовины в следующих случаях:

• установка на морских/шельфовых скважинах;
• добыча нефти/газа фонтанным, газлифтным способом, штанговым и электропогружным насосом;
• перекачка из пласта полезного ископаемого с высоким содержанием сероводорода, абразива, углекислоты;
• использование обвязки устья на скважинах с высоким пластовым давлением.

Таким образом, V-образная крестовина позволяет модернизировать две типовые схемы фонтанной елки крестового типа для увеличения их эксплуатационных характеристик. 

Схемы сборки

Модифицированная крестовая V-образная фонтанная арматура имеет две схемы сборки елки и аналогичное количество схем трубной обвязки. В результате, общая вариативность схем увеличивается до четырех:

• фонтанная арматура с однокорпусной обвязкой одноствольного типа однорядная с одним центральным запорным устройством;
• фонтанная арматура с однокорпусной обвязкой одноствольного типа однорядная с двумя центральными запорными устройствами;
• фонтанная арматура с однокорпусной обвязкой одноствольного типа двурядная с одним центральным запорным устройством;
• фонтанная арматура с однокорпусной обвязкой одноствольного типа двурядная с двумя центральными запорными устройствами.

Эти же схемы применяются с небольшими изменениями для эксплуатации скважин штанговым насосом, газлифтным методом, электроцентробежным погружным насосом. Порядок изложения необходимой для потребителя данной продукции информации в ее условном обозначении определяется стандартом ГОСТ 13846:

• тип изделия – арматура для фонтанирующих скважин АФ;
• методика подвешивания эксплуатационного скважинного трубопровода – без обозначения внутри трубной головки или при помощи муфты, К специальным переводником;
• способ добычи – фонтанный и газлифтовый не указывается, Ш штанговой установкой, Э электропогружным насосом;
• схема сборки фонтанной елки – 1 – 6 по этому же стандарту;
• тип управляющего устройств – ручное управление не указывается, А автоматического типа, Д дистанционное, В удаленное автоматическое;
• номинальный диаметр внутреннего отверстия ствола елки – 50 – 150 мм;
• номинальный диаметр боковых отводов крестовины елки – указывается только в том случае, ели этот размер отличается от предыдущего;
• рабочее давление скважины – 14 – 105 МПа;
• вариант исполнения по степени коррозионной стойкости – К2 или К3;
• тип климатического исполнения – ХЛ либо УХЛ;
• нормативная документация – ГОСТ 13846.

Фонтанные елки для устьевой арматуры могут выпускаться отдельно, без трубной обвязки. Поэтому вначале условного обозначения могут стоять буквы ЕФ вместо АФ.

Плюсы и минусы конструкции

В сравнении с вариантами крестовой устьевой обвязки, в категорию которой входит V-образная фонтанная арматура, имеются следующие плюсы конструкции:

• уменьшено расстояние между боковыми патрубками, к которым присоединяются выкидные линии (струны манифольда);
• вдвое снижен угол изменения направления движения потока рабочей среды при ее выходе из ствола в выкидную линию;
• величина гидравлического сопротивления внутри фитинга уменьшена;
• увеличена износостойкость внутренних стенок крестовины;
• улучшена геометрия косого крестовика;
• появилась возможность использования фонтанной елки для перекачки нефтегазовой смеси с высоким содержанием углекислоты, песка и сероводорода;
• расходуется меньше труб для обвязки выкидных линий.

Основным недостатком косого крестовика является увеличение габаритного размера высоты фонтанной елки. Здесь он немного меньше, чем у тройниковых сборок, но выше, чем у классических крестовых вариантов устьевой обвязки. Рабочая площадка для обслуживания V-образной елки становится выше, но можно обойтись без второго яруса, который неизбежно присутствует на устье, оборудованном тройниковыми елками.

Конструкционные материалы

Изготавливается V-образная крестовая фонтанная арматура методом сборки из двух крупногабаритных узлов – елки и трубной обвязки. В свою очередь, эти детали этих сборочных единиц производят из следующих материалов:

• прокат из легированной стали по регламенту ГОСТ 4543;
• отливки согласно ГОСТ 977;
• поковки из легированной и углеродистой стали по требованиям ГОСТ 8479.

Отдельные элементы дополнительно вытачиваются на токарных, фрезерных станках. Основными требованиями ГОСТ Р 51365 к маркам сталей крышек, корпусов и других деталей сборок являются:

• класс стали по A6 FPI – АА – FF;
• применение сталей углеродистых, низколегированных, коррозионностойких, нержавеющих;
• обязательная сертификация;
• термическая обработка деталей;
• неразрушающий контроль при определении качества.

От производителя требуется документирование технологий штамповки, литья, ковки. Перед термической обработкой партий необходимо использовать опытные образцы для подборки режимов. Величина давления в процессе гидроиспытаний арматуры должна быть выше рабочей характеристики в 1,5 – 2 раза в зависимости от назначения отдельных узлов.