Дата публикации: 29.03.2022

Статьи

Устройство и назначение фонтанной арматуры

 

Фонтанная арматура – элемент оборудования, который используют при разработке фонтанирующих скважин. Это целая серия специализированных устройств и механизмов, которые применяются в составе транспортировочных скважинных коммуникаций при фонтанном способе освоения месторождений. Нефть или газ в этом случае перемещаются на поверхность по стволу скважины за счет воздействия пластовой энергии. Такой способ добычи считается наиболее экономичным и зачастую используется на большинстве новых и еще не истощенных участков.

Вспомогательные и основные технологические узлы, предусмотренные в составе фонтанной арматуры, выпускаются в обязательном соответствии с нормами, которые регламентированы ГОСТ 13846-84, что гарантирует их надежность, безопасность и эффективность применения в любых эксплуатационных условиях.

Назначение фонтанной арматуры

Фонтанная арматура активно используется для оснащения природных месторождений и выполнения в них различных операционных процессов, необходимых при разработке скважины – герметизация устьевой части, мониторинг и регулировка режима работы, перенаправление рабочих линий в пункты сбора и распределения, полное запирание скважины. Качественная и надежная система позволяет эффективно организовать бесперебойную разработку скважины, обеспечив непрерывную и высокотехнологичную эксплуатацию всех составных частей фонтанной арматуры.

Фонтанная арматура – это необходимое техническое оборудование для оснащения трубопроводов нефтедобывающих и газовых скважин. Многофункциональное устройство для обвязки труб делает процесс управления более легким, а мониторинг – более эффективным при любых видах разработки скважин.

Фонтанные арматурные элементы позволяют обеспечить:

  • герметичность скважины;
  • эффективный отвод транспортируемой среды по трубным коммуникациям арматуры в заданном направлении;
  • поддержку и настройку работы по освоению скважины;
  • быстрый доступ к добывающим линиям при необходимости их ремонта или восстановления;
  • беспрепятственный доступ к забору проб без необходимости блокировки производственного цикла.

Фонтанная арматура для разработки нефтяных скважин – оборудование, созданное для использования в тяжелых условиях: при высоких нагрузках, перепадах давления, под воздействием агрессивных веществ, а также негативных факторов среды. Детали и элементы, входящие в состав арматуры, должны быть устойчивыми как к химическому составу транспортируемой среды, так и к примесям, которые могут в ней содержаться.

Конструкция и устройство фонтанной арматуры

Для конструкции типовой арматуры характерно стандартное строение, которое в зависимости от назначения оборудования может комплектоваться дополнительными элементами. В фонтанной арматуре для соединения между собой компонентов используются хомуты и фланцы. Оборудование монтируют на устьевую часть фонтанирующей скважины. Для объединения компонентов арматуры используется крестовой или тройниковый тип схемы.

Каждый из компонентов состава имеет свое предназначение и выполняет важные технологические задачи на отдельных этапах процесса добычи. При разработке схемы фонтанной арматуры и производстве оборудования обязательно должны учитываться нормы и требования ГОСТ. Их соблюдение обеспечивает надежность и безопасность добычи, а также исключает проникновение в почву или окружающую среду опасных и вредных веществ из фонтанной арматуры.

Колонная головка

Основное назначение колонной головки – надежная фиксация обсадных колонн. Позволяет эффективно герметизировать участок, расположенный между отдельными трубами, обеспечив максимальный контроль внутритрубного давления. После фиксации элемента монтируют фонтанную арматуру или планшайбу. Существуют различные виды колонных головок, рассчитанные на разные рабочие технические характеристики.

Этот арматурный элемент по строению бывает клиновым или муфтовым. Основу клиновой конструкции составляют корпус и катушка, а также клинья для фиксации труб, пакер, отвечающий за герметизацию стволовой части, нажимная гайка с винтами. Для взаимного соединения корпуса и катушки используются гайки или шпильки. Корпусная часть пакера дополняется уплотнительными компонентами, повышающими ее герметичность. Муфтовая деталь для арматуры состоит из двух основных компонентов – колонн (технической и эксплуатационной) и муфты. Герметичность такого соединения достигается за счет использования манжеты и двух уплотнительных колец.

Контроль давления в зоне между трубами осуществляется при помощи крана, патрубков, фланца, манометра, вентиля.

Трубная головка

Трубная головка позволяет эффективно подвесить и герметизировать лифтовые колонны, которые при разработке опускают в скважины. При помощи этого элемента фонтанной арматуры можно держать под контролем межтрубную подъемную зону внутри скважины.

Трубная колонка принимает на себя и распределяет давление, возникающее между трубами в фонтанной арматуре. Показатели давления могут быть очень высокими и представлять опасность для обслуживающего персонала и оборудования. Поэтому к этому компоненту предъявляются очень серьезные требования.

Трубная обвязка нижним монтажным фиксирующим компонентом соединяется с верхним фланцем, принадлежащим колонной головке. В конструктиве фонтанной арматуры она используется для монтажа нагнетательно-компрессорных труб и создает благоприятные условия для обеспечения герметичности системы. С помощью трубной головки можно делать обвязку различного количества трубопроводов, а также контролировать распределение потока среды в затрубной зоне арматуры.

Конструктив арматурной детали дополнен на корпусе отверстиями с резьбой, благодаря которым можно быстро заменить боковые задвижки, имеющиеся на трубной головке.

Фонтанная елка

Фонтанная елка распределяет и меняет силу напора струи газа или нефти, выходящих при фонтанировании из скважины. Этот элемент фонтанной арматуры направляет поток в выкидных линиях и позволяет запускать на необходимую глубину измерительную аппаратуру.

Деталь соединяется с трубной частью обвязки. В зависимости от типа используемой в конструкции фонтанной елки выбирается тип схемы – тройниковая или крестовая.

Манифольд

Манифольд обеспечивает надежность при объединении элементов фонтанной арматуры и трубопроводов. Устройство представлено разнообразными по форме и строению задвижками, тройниками, крестовиками или другими запорными компонентами. На самых ответственных участках скважин в состав манифольда могут входить и другие компоненты, повышающие функциональность фонтанной арматуры.

С помощью манифольда обеспечивается возможность транспортировки в скважину ингибитора, а также выполняется глушение или продувка. Элемент позволяет эффективно и оперативно проводить исследовательскую деятельность, подключать насосное оборудование, безопасно для персонала и техники сжигать газ и конденсат, выполнять сборку глинистого раствора и других веществ при освоении забоя с помощью фонтанной арматуры.

На ответственных скважинных участках в составе манифольдов используются клапаны-отсекатели, позволяющие оперативно отключить скважину при критических параметрах давления в стволовой части.

Большинство основных узлов манифольдов унифицированы и соответствуют типовым узлам фонтанной арматуры.

Разработка и установка фонтанной арматуры

При разработке устьевого скважинного оборудования и производстве арматуры учитывается множество различных факторов. Это не только эксплуатационные условия и особенности конструкции скважинной части, но и другие рабочие параметры. Согласно регламенту госстандартов, фонтанная арматура классифицируется в зависимости от нескольких факторов:

  • конструктива используемой фонтанной елки (тройниковая или крестообразная);
  • скомпонованного количества рядов насосного оборудования;
  • транспортируемого вещества.

Монтаж и снятие фонтанной арматуры выполняют при помощи автокранов или других типов подъемного оборудования, которое способно выдерживать различный уровень нагрузок. Установку оборудования для разработки скважины производят в несколько этапов. Колонну из труб опускают в скважину. Для скрепления труб между собой используются резьбовые соединения.

Этапы монтажа арматурных компонентов:

  1. Укладка между фланцами стали низкоуглеродистой марки.
  2. Спуск колонны с трубно-компрессорным оборудованием.
  3. Фиксация труб.
  4. Спуск колонны трубопровода в скважину.
  5. Обязательная опрессовка, позволяющая убедиться в герметичности всех соединений системы.

Для ремонта любых компонентов конструкции необходимо обращаться в специализированные мастерские. Предварительно конструкции разбирают на отдельные компоненты. Все детали фонтанной арматуры тщательно очищают и промывают.

При выборе схемы установки арматуры и способа обвязки выбирают тот вариант, который считается самым экологически безопасным. Конструктивные особенности арматурных элементов позволяют защитить почву и окружающую среду от содержимого, перемещаемого по трубам.

Арматуру на базе тройников рекомендуется применять в системах, работающих на низком и среднем давлении, а также в тех скважинах, где в составе вещества имеется большое количество различных механических частиц и примесей. Фонтанная арматура крестового типа рекомендована к применению в составе оборудования, использующегося для нефтегазовой добычи под высоким давлением.

Арматурные системы с крестовинами имеют один существенный недостаток. Если хотя бы один отводящий узел выходит из строя, то необходимо полностью остановить скважинную разработку для эффективного выполнения ремонта, настройки и восстановления функциональности элемента. В системах на тройниках такие действия выполнять необязательно, можно просто перекрыть среднюю зону на уровне отводящего узла, обеспечив работоспособность остальной системы.

Технические характеристики и требования

Главными требованиями, предъявляемыми ко всем элементам и узлам, используемым в составе арматуры, являются высокая прочность, устойчивость к факторам среды и герметичность. При необходимости выполнения ремонта или модернизации узлы должны быть легко заменяемыми, что позволит исключить простои в работе и значительно ускорить процесс замены конструктива фонтанной арматуры.

К конструктивным деталям фонтанной арматуры предъявляются требования, указанные в ГОСТ 13849-39, а также другой нормативной документации.

Маркировка фонтанной арматуры

Для нанесения маркировки на структурные элементы используют специальные буквы и цифры, позволяющие оперативно выполнить расшифровку при ремонте или замене оборудования. На элементах или деталях могут содержаться различные обозначения, нанесенные в заводских условиях, которые выбираются исходя из регламента ГОСТ 13846. Согласно нормативному документу, маркировка проводится с учетом таких данных и обозначений:

  • Две буквы, характеризующие тип изделия: ЕН или ЕФ – нагнетательные или фонтанные елки, АН и АФ – фонтанная арматура, которая, помимо елок, укомплектована трубной обвязкой.
  • Наличие буквы указывает на колонный способ фиксации скважинного трубопровода. К – НКТ колонна. При использовании муфты, фланца или трубодержателя обозначение отсутствует.
  • Далее указывается буква, определяющая способ добычи: Ш – с помощью штанговой установки, Э – при использовании электроцентробежного насоса.
  • Затем следуют цифры, указывающие на типовую схему фонтанной елки – 1–4 – тройниковая, 5 и 6 – крестовая.
  • Предпоследнее обозначение – вид управляющей системы кранов и задвижек, предусмотренных в аппаратуре контроля фонтанной арматуры: Д – дистанционного типа, А – автоматическая, В – комбинированная или дистанционно-автоматическая. При ручном управлении в маркировке никакие буквы не указываются.
  • Далее указаны цифры, обозначающие номинал значений внутреннего диаметра в диапазоне от 50 до 150 мм.

В маркировке также указываются и другие данные – рабочие показатели давления, способ защиты арматурных элементов от коррозионных процессов, модификация и номер стандарта, которому соответствует устьевое оборудование.

При выборе арматуры для скважинных систем стоит отдавать предпочтение тем производителям, которые могут гарантировать качество, надежность и долговечность поставляемой продукции. От этих критериев во многом зависит безопасность окружающей среды и персонала, выполняющего операции по освоению скважин и обслуживанию используемой техники с применением фонтанной арматуры.

Важным компонентом фонтанной арматуры является шиберная задвижка. Этот элемент позволяет полностью перекрывать поток рабочей среды. Чтобы арматура служила как можно дольше, необходимо учитывать класс герметичности задвижки, а также ее характеристики устойчивости к коррозии.