Руководство по эксплуатаций фонтанной арматурой

Схема фонтанной скважины

Для данного типа скважины колонны труб подвешиваются на арматурной основе, которая ставится на устье. Арматура играет роль подвески, также выполняя функции герметизации самого устья и контроля режима работы всей скважины. НКТ-трубы являются каналом, по которому нефть поднимается от забоя на поверхность. В зависимости от длины скважины протяженность труб доходит до 3 км, колонна может собираться из нескольких изделий, скрепляемых друг с другом последовательно. Длина отдельной трубы варьируется до 10 метров. Оптимальный способ соединения – с помощью муфт с резьбой. Нежелательно использовать сварку для соединения, поскольку после того, как схема фонтанной скважины потребует доработки, придется извлекать на поверхность всю колонну. Спуск, а также поднятие элементов колонны необходимо производить при помощи спецтехники.

Главным элементом конструкции является фонтанная арматура, которая создает прочную конструкцию из стальных прутков и запорных механизмов, и каждый элемент должен быть рассчитан на повышенное давление. Масса готовой конструкции доходит до 1-2 центнеров. Чаще всего используют крестовую или тройную арматуру: первый тип чаще используется на нефтяных месторождениях, где нет примесей механического типа.

АФК расшифровка

АФК расшифровка

Единственно верная для фонтанной арматуры АФК расшифровка приводится в первом, обязательном для исполнения, приложении стандарта ГОСТ 13846. Это условное обозначение устьевой арматуры фонтанного типа, особенностью которой является подвешивание наружной НКТ колонны к переводнику над крестовой головкой трубной обвязки.

То есть, в скважине используется два внутри стволовых трубопровода концентрического типа. Один из них, меньшего диаметр, висит внутри второй колонны НКТ большего диаметра. При этом возможны шесть схем сборки фонтанной елки для различных эксплуатационных условий скважины.

Условное обозначение фонтанной арматуры

В приложении №1 документации ГОСТ 13846 приводится структурная схема шифрования арматур и елок, устанавливаемых на устье скважин для их освоения нефтегазодобывающими предприятиями:

• первые две буквы обозначают тип изделия – ЕН и ЕФ елки нагнетательные и фонтанные, АН и АФ арматура фонтанная, куда, кроме елок входит еще и трубная обвязка;
• затем указывается метод подвески трубопровода скважинного которым является НКТ колонна – К переводником над трубной головкой, без обозначения муфтой, фланцем или трубодержателем внутри крестовины этой головки;
• далее может стоять буква, указывающая на способ добычи – изначально для газлифтов и фонтанов оборудование в скважине не используется, в обозначении это не указывается, Э обозначает электроцентробежный насос, Ш штанговую установку;
• цифрой указывается типовая схема фонтанной елки – существует шесть вариантов 1 – 4 тройниковые, 5,6 крестовые;
• система управления кранами/задвижками – ручной способ не указывается, Д обозначает дистанционное управление, А автоматическое, В дистанционное автоматическое;
• номинальное значение внутреннего диаметра ствола елки обозначатся цифрами – от 50 мм до 150 мм;
• если размер боковых патрубков елки не совпадает с предыдущим значением, его указывают отдельно – от 50 мм до 100 мм;
• затем следует величина рабочего давления – от 14 МПа до 105 МПа;
• далее идет исполнение арматуры по защите от коррозии – К1 – К3, соответственно;
• климатическое исполнение для фонтанной арматуры бывает двух видов – ХЛ или УХЛ;
• при необходимости производитель указывает модификацию;
• в завершении приводится номер стандарта ГОСТ 13846.

Таким образом, с учетом этой структуры АФК расшифровка будет выглядеть следующим образом:

• А – комплект арматуры, состоящий из трубной обвязки и фонтанной елки;
• Ф – фонтанный или газлифтный способ добычи нефтепродукта из скважины;
• К – подвешивание колонны насосно-компрессорных труб над трубной головкой переводником.

Затем заказчик выбирает остальные характеристики устьевой арматуры, согласно имеющемуся проекту. То есть, с учетом конкретных эксплуатационных условий. В отличие от модификаций АФ, арматура фонтанная АФК имеет увеличенную высоту из-за введения в конструкцию дополнительного элемента, с помощью которого осуществляется крепление скважинного трубопровода – НКТ колонны.
Назначение АФК арматуры

После того, как выполнена расшифровка АФК арматуры, необходимо учесть ее назначение. Устьевое оборудование этого типа сконструировано для эффективного решения задач:

• обеспечение стабильно герметичной конструкции устья скважины;управление режимами добычи полезного ископаемого;
• контроль параметров рабочей среды;
• регулировка направления, давления продукции скважины;
• направление потока через манифольд в АГЗУ;
• глушение скважины при аварии;
• закрытие скважины в плановом режиме;
• крепление внутри ствола одного или двух скважинных трубопроводов НКТ;
• возможность спуска технологической оснастки;
• закачка в пласт или скважину реагентов.

Классифицируется арматура АФК согласно ГОСТ 13846 по нескольким признакам:

• рабочее давление – 14 – 140 МПа;
• сечение ствола проходное – 50 – 150 мм;
• количество колонн НКТ – однорядная, двухрядная;
• вид запорных устройств – кран, задвижка;
• конструкция елки – крестовая, тройниковая, V-образная.

Поэтому область применения фонтанной арматуры типа АФК весьма разнообразна:

• скважины, осваиваемые фонтанным методом;
• скважины с газлифтным способом добычи;
• скважины наземного и морского типа;
• добыча полезного ископаемого под высоким пластовым давлением;
• освоение месторождений с высоким содержанием в нефти углекислоты, сероводорода, песка;
• скважины с штанговыми и электропогружными насосами.

В последнем случае в обозначение добавляется буква Ш или Э, соответственно – АФКШ или АФКЭ.

Особенности конструкции трубной обвязки

В устьевой арматуре АФК может использоваться два типа трубной обвязки. Эта информация отображается в условном обозначении не полностью:

• буква К добавляется при креплении стволового трубопровода в переводном фланце;
• фиксация колонны НКТ внутри трубной головки в условном обозначении не отображается.

Таким образом, арматура фонтанная АФК имеет переводный фланец сверху трубной головки, на котором и подвешивается колонна НКТ. Для этого могут использоваться резьбы типа Jee Bear, VAM Top, TMK UP PF и TMK UPP FMT, НК и НМК согласно ГОСТ 633, что соответствует коническим резьбам 1/4”, ½”, 3/8”.

Модификациями этого варианта являются подвески с кабельным вводом, каналом управления, для соосного (концентрического) крепления двух НКТ колонн.

Здесь используются два уплотнения, мягкие и металлические. В агрессивных средах применяют стальные кольца, вторичные уплотнения имеют вид лепестковых или П-образных манжет.

Корпусные детали, фланцы и крышки изготавливаются методом литья и ковки.

Схемы фонтанной елки

Стандартом ГОСТ 13846 регламентируется использование при сборке АФК шести схем фонтанных елок. В расшифровке условного обозначения это цифра сразу после указанных букв изделия.

В этом же стандарте рекомендована комплектация арматуры дополнительными элементами по требованию заказчика. основными отличиями елок фонтанных являются:

• количество центральных запорных устройств – 1 или 2;
• конструкция главного фитинга – тройник с 3 патрубками или крестовина с 4 патрубками;
• количество главных фитингов – 1 или 2 в тройниковых схемах, только 1 в крестовых.

В стандарте не отображена V-образная схема фонтанной арматуры, которая была разработана гораздо позже вступления в действие этого нормативного документа. Это разновидность крестовой арматуры АФК, но вместо прямого крестовика здесь использован скошенный фитинг. Его боковые патрубки отходят от корпуса, не горизонтально, а наклонно вверх.

Благодаря оригинальной геометрической форме его стенки значительно меньше стачиваются напором нефтепродуктов с высоким содержанием песка.

Основными элементами елки являются:

• крестовина или тройник для направления потока в выкидную линию, создания запасной выкидной линии;
• манометр для замера давления на устье (монтируется в верхний глухой фланец) и в манифольде (устанавливается на выкидной линии);

• запорная арматура – устанавливается со всех сторон тройника, крестовины, обычно используются шиберные задвижки, пробковые, шаровые краны с ручным, гидравлическим, электрическим приводом;

• регулирующая арматура – регулируемый дроссель иглового, клеточного типа, нерегулируемый штуцер углового типа.

В не регулируемом дросселе можно менять втулки из твердосплавного материала с различным диаметром внутреннего отверстия. При этом обеспечивается ступенчатая регулировка режимов скважины.

В комплект поставки могут входить расходники, инструменты и приспособления для их замены. Например, BPV клапан с подъемником, пробка, защитная втулка и универсальный съемник.

Технические требования

Основными техническими и эксплуатационными характеристиками АФК арматуры являются:

• условный проход – 50 – 150 мм;
• номинальное давление – 14 – 105 МПа;
• материалы корпусной группы – класс АА – FF по регламенту 6A API;
• уровень спецификации – УТТ1 – УТТ3 по ГОСТ Р 51365;
• уровень требований – УТР1 – УТР2 по ГОСТ Р 51365;
• резьба НКТ – ¼ – 3/8 дюйма типа НК, НКМ по ГОСТ 633.

В зависимости от конструкции, производителя задвижек, фитингов, схемы елки арматура фонтанная АФК может иметь различные габариты.

Таким образом фонтанная арматура АФК пригодна для фонтанирующих, газлифтных, насосных скважин с ШГН и ЭЦН с высоким пластовым давлением, содержанием сероводорода, песка и углекислоты.

Оборудование фонтанных скважин

Фонтанные скважины могут оснащаться оборудованием и в области забоя, и на устье. В случае, если в районе продуктивных пластов породы отличаются высокой прочностью, то может использоваться технология открытого забоя, когда колонна доходит до верхней части пласта, и вскрытие производится на полную мощность. При неустойчивых горных породах, высоком риске осыпания песка забойную область следует укреплять обсадной трубой и цементировать пространство за ее пределами. Приток жидкости при этом создается посредством перфорирования по нижнему краю трубы.

Схема фонтанной скважины подразумевает герметизацию устья, которая производится посредством монтажа головки колонны и арматурной конструкции, оснащенной манифольдом. Создание арматуры производится по требованиям ГОСТ 13846-89, при этом конструкция может иметь отличия по прочности и типу структуры. Основой служит головка, или обвязка, а фонтанная елка включает запорные устройства и элементы для регулирования работы скважины. Головка в конструкции необходима для обвязывания трубопроводов в скважине, а также для регулировки направления и силы потока в затрубной зоне.

Конструктивно арматура для фонтанной скважины позволяет измерить показатели давления на верхнем сегменте елки, выявить температурный режим на боковых отводах елки и самой головки. По стандарту ГОСТ конструкция должна включать блочные элемента и устройствами для предохранения конструкции, которые при необходимости можно активировать на расстоянии. Фонтанная елка представляет собой важную часть общей конструкции, и она позволяет регулировать силу потока в самом трубопроводе и направлять его в промысловое русло.

Оборудование парой труб НКТ изделия большего диаметра помещаются на нижней детали при помощи резьбового соединения на элемент, который служит одновременно для герметизации пространства за трубами. Если скважину не следует останавливать при работе, имеет смысл поставить двухсекционную елку, которая заканчивается сверху специальным буфером и манометром. При спуске в функционирующую фонтанную скважину данные устройства заменяет лубрикатор. Разновидности конструкции выбираются, исходя из характеристик скважины и характеристик добычи нефти в конкретном месторождении.

Назначение устройств

Подобные приспособления должны находиться у буровиков под руками, ведь из скважины в любую минуту может вырваться поток пластовых флюидов природного сырья. Устройство арматуры для буровых фонтанов позволяет за короткий промежуток времени «заарканить» топливную энергию и направить ее по трубопроводу.

Применяют подобные механизмы для следующих целей:

• фонтанная арматура позволяет управлять потоками из скважины, а также контролировать все происходящие там процессы;
• механизмы дают возможность сделать обвязку сразу нескольких трубопроводов и выполнить отводы для выкидных линий;
• устройство арматуры обеспечивает надежную герметизацию в месте фонтанирования потоков.

Особенно незаменимы подобные механизмы в агрессивных условиях, когда в потоке присутствуют сероводород, углекислый газ или минеральные воды. В таких ситуациях возникает избыточное давление, с которым легко справляются подобные механизмы. Благодаря долговечности и высокой прочности, арматура спокойно выдерживает абразивные нагрузки любого характера, возникающие из-за примесей пород в нефтяных или газовых потоках.

Исследование фонтанных скважин

Схема фонтанной скважины требует проведения регулярных исследований, которые осуществляются по методике пробных откачек жидкости и по способу восстановления давления в забое в момент после остановки работы оборудования. Корректировку режима функционирования специалисты производят, меняя штуцеры и устанавливая элементы с различными по размеру отверстиями. Способ пробной откачки может с успехом использоваться при выявлении степени продуктивности скважины и определения оптимального режима ее функционирования. Что касается способа восстановления уровня давления, то по нему можно вычислить основные характеристики пласта.

Исследование по методу пробной откачки в последнее время производится для построения линий индикации по зависимости дебитов от изменений в давлении. Также работа необходима для вычисления продуктивного коэффициента, содержания примесей, в том числе воды, во время разных режимов эксплуатации. Замеры производятся при помощи манометра, расходометра, определяют размеры отверстий в штуцере. Посредством замены на главном манифольде специалист ставит новый режим работы и замеряет показатели давления и расхода, после чего выясняет, что сообщает разница результатов.

Процедура отбора жидкости для исследования проводится при помощи специальных приспособлений, которые фиксируются и опускаются наподобие манометра. Спуск самого манометра требует наличия в конструкции лубрикатора, который будет оснащен сальником с роликом. Сальник играет роль герметизирующего вещества для отверстия, через которое проводится проволока. При необходимости осуществить глубокие исследования необходимо воспользоваться механической подъемной лебедкой, которая ставится в 20-30 метрах от устья.

Сначала вниз опускают шаблон, затем измерительный прибор (иногда с утяжелителем). Чтобы проволока не оборвалась в момент проведения исследования, нельзя, чтобы оборудование спускалось ниже края трубы. Чтобы предотвратить подобное явление, башмак оснащается специальной шпилькой, которая ограничивает спуск внутри колонны. Поднятие производится на малой скорости, на последних метрах она должна быть минимальной (в ряде случаев устройства для исследований вытаскивают вручную).

Измерение дебита производится на групповых установках, и для отбора используется краник, который забирает пробу жидкости и выдает результат через некоторое время.

Ремонт и эксплуатация фонтанной арматуры

В процессе эксплуатации арматуры с прямоточными задвижка- ми требуется через два-три месяца смазывать подшипники шпинделя салиподом. Необходимо также через штуцер в днище корпуса за- движки в соответствии с инструкцией набивать смазку.

Разборка фланцевой арматуры не представляет затруднений, так как болты, скрепляющие фланцы, отвинчиваются сравнительно легко. Болты с забитыми резьбами могут быть срезаны. Большие трудности вызывает разборка резьбовой арматуры. Отвинчивание производится либо вручную двумя цепными ключами, либо с помощью лебедки, оцинкованный канат которой крепят к плечу шарнирного ключа, применяемого для бурильных труб.

После разбора фонтанной елки моют и осматривают отдельные ее детали. Детали с трещинами, промывами и с сильно утонченными в результате эрозии стенками выбраковываются. Наиболее сложными деталями для ремонта являются задвижки. Прежде всего проверяют легкость открытия и закрытия задвижек. Затем разбирают крышку, извлекают маховик вместе со штоком (шпинделем) и запорным орга- ном (клином, плашками, клапаном) и проверяют состояние уплот- няющих поверхностей.

Если на уплотнительных поверхностях имеются изношенные участки, их шлифуют. Износ глубиной до 0,1 мм ликвидируют при- тиркой, которую производят с помощью паст. Износ дефектных за- движек устанавливают обмером и восстанавливают наплавкой с по- следующей механической обработкой для получения первоначальных размеров и чистоты поверхности. Так ремонтируют запорное устрой- ство и корпус. Уплотняющие поверхности перед сборкой притирают. Часто запорные устройства бывают изношены настолько, что их заме- няют новыми. Шпиндели проверяют на прямолинейность и годность резьбы. Резьба должна быть полной, чистой и незабитой. Если верхний конец – квадрат – свернут, необходимо запилить новый. Резьбы дета- лей задвижки восстанавливают описанными выше методами. Отре- монтированные и частично вновь изготовленные детали после пригон- ки отдельных узлов собирают в порядке, обратном разборке.

Фонтанную елку собирают на стенде, который использовался при разборке. Резьбы перед свинчиванием покрывают графитной смазкой.

Правильность сборки ствола елки проверяют шаблоном соот- ветствующего диаметра длиной 2 м. После сборки фонтанную арма-

туру опрессовывают пробным давлением, проверяя герметичность всех соединений.

4.1 Общие положения

Для гарантии соответствия конструкции принятым нормам и методикам расчета проводят проверку работоспособности конструкции.

4.1.1 Проверку работоспособности проводят согласно утвержденной методике.

4.1.2 Проверку работоспособности проводит персонал, независимый от разработки и производства продукции и имеющий соответствующую квалификацию и сертификаты.

4.1.3 Для проверки работоспособности проводят следующие виды испытаний:

— функциональные;

— проверку давлением;

— проверку оправкой;

— температурные.

Назначение фонтанной арматуры

Фонтанная арматура, прежде всего, предназначена для придания герметичности устью скважины, а так же для контроля работы последней. Фонтанная арматура несет в себе выполнение следующих задач:

• Удержание в подвешенном состоянии насосно-компрессорных труб, которые опущены в скважину
• Герметизация труб, затрубного пространства
• Фонтанная арматура обеспечивает управление рабочими режимами скважины, работу скважины в непрерывном режиме
• Контроль над состоянием, измерение параметров, скважины, как во внутренней части, так и внешней.

Источник: dom-fundament.ru

Устройство фонтанной арматуры

Основными конструктивными элементами фонтанной арматуры АФК являются трубная обвязка и фонтанная елка. Каждая из них представляет собой сборочную единицу. Трубная обвязка собирается из следующих элементов:

• трубная головка – крестовина в чистом виде или с дополнительными стволовыми катушками, переходниками, фланцевыми соединениями, крепится нижним фланцем к верхнему фланцу колонной головки;
• боковая измерительная линия – присоединяется фланцем к боковому патрубку крестовины, оснащается задвижкой (краном) и манометром;
• боковая технологическая линия – крепится ко второму боковому фланцу трубной головки, имеет задвижку и глухой фланец, который демонтируется при необходимости закачки в затрубное пространство реагентов.

Фонтанная елка состоит из нескольких целевых зон:

• главная задвижка (на газовых скважинах шаровый кран);
• тройник или крестовина (в схемах 2 и 4 по два тройника друг над другом);
• буферная зона с задвижкой и манометром, показывающим устьевое давление;
• выкидная линия – задвижка, присоединяемая к манифольду;
• дроссель – регулируемый, не регулируемый для изменения характеристик потока.

Для сброса избыточного давления нагнетательная линия может соединяться с затрубной линией посредством отвода, колена через обратный клапан.

Добыча нефти и газа

В пробуренных эксплуатационных скважинах оборудуют как забойную (в зоне продуктивного пласта), так и устьевую часть, выходящую на поверхность.

Если продуктивный пласт сложен достаточно прочными породами, то применяют «открытый» забой. В этом случае эксплуатационная обсадная колонна доводится до верхней границы продуктивного пласта, а сам пласт вскрывается на всю мощность. Если породы продуктивного пласта неустойчивые, рыхлые, то забой укрепляют обсадными трубами с креплением (цементированием) затрубного пространства. Приток нефти в скважину обеспечивают пробивкой отверстий (перфорацией) обсадной трубы и цементного кольца в зоне продуктивного пласта (обычно десять отверстий на один метр).

Условия эксплуатации фонтанных скважин требуют герметизации их устья, разобщения межтрубного пространства, направления продукции скважин в пункты сбора нефти и газа, а также при необходимости полного закрытия скважины под давлением. Эти требования выполняются при установке на устье фонтанирующей скважины колонной головки и фонтанной арматуры с манифольдом.

Оборудование любой скважины, в том числе фонтанной, должно обеспечивать отбор продукции в заданном режиме и возможность проведения необходимых технологических операций с учетом охраны недр, окружающей среды и предотвращения аварийных ситуаций. Оно подразделяется на земное (устьевое) и скважинное (подземное).

К наземному оборудованию относят фонтанную арматуру и манифольд. Фонтанной арматурой оборудуют фонтанные нефтяные и газовые скважины. Ее устанавливают на колонную головку. Фонтанная арматура изготавливается по ГОСТ 13846-89.

Фонтанные арматуры различают по конструктивным и прочностным признакам. Эти признаки включают в шифр фонтанной арматуры.

Фонтанная арматура включает трубную обвязку (головку) и фонтанную елку с запорными и регулирующими устройствами.

Трубная обвязка — часть фонтанной арматуры, устанавливаемая на колонную обвязку, предназначена для обвязывания одного или двух скважинных трубопроводов, контроля и управления потоком скважинной среды в затрубном (межтрубном) пространстве.

Скважинный трубопровод своим верхним концом закрепляется в катушке-трубодержателе, устанавливаемой на трубную головку, либо в муфте-трубодержателе, устанавливаемой в корпусе трубной головки. Схемы трубных обвязок приведены на рис. 3.1.

Фонтанная арматура выпускается на рабочее давление – 14, 21, 35, 70, 105 и 140 МПа, сечением ствола от 50 до 150 мм, по конструкции фонтанной елки – крестовая и тройниковая, по числу спускаемых в скважину рядов труб – однорядная и двухрядная и оборудована задвижками или кранами.

Пример обозначения: АФК6В-80/50Х70ХЛ-К2а

АФ — арматура фонтанная

АН — арматура нагнетательная

Способ подвешивания скважинного трубопровода:

в трубной головке — не обозначается, в переводнике к трубной головке — К, для эксплуатации скважин УЭЦН — Э

Обозначение типовой схемы елки для арматуры с двумя трубными головками к номеру схемы добавляют «а»

Обозначение системы управления запорными устройствами ( с ручным управлением – не обозначают, с дистанционным — Д, с автоматическим — А, с дистанционным и автоматическим – В)

Условный проход ствола елки, мм

Условный проход боковых отводов елки, мм (при совпадении с условных проходом ствола не указывается)

Рабочее давление, МПа( кгс/см2)

Климатическое исполнение по ГОСТ 16350-80: для умеренного и умеренно холодного микроклиматических районов — не обозначается; для холодного макроклиматического района – ХЛ

Исполнения по составу скважинной среды:

c содержанием Н2S и СО2 до 0,003% по объему каждого — не обозначается;

с содержанием СО2 до 6% по объему — К1;

с содержанием Н2S и СО2 до 6% по объему каждого — К2 и К2И

Модификация арматуры или елки

Рис. 3.1. Схемы трубных обвязок фонтанной арматуры:

1 – ответный фланец; 2 – запорное устройство; 3 – трубная головка; 4 – манометр с запорно-разрядным устройством

Конструкция фонтанной арматуры обеспечивает возможность измерения давления на верхнем буфере елки, а также давления и температуры среды на буфере бокового отвода елки и трубной головки. Стандартами предусмотрено изготовление блочных фонтанных арматур, а также укомплектование по необходимости фонтанных арматур автоматическими предохранительными и дистанционно управляемыми устройствами.

Фонтанная елка – часть фонтанной арматуры, устанавливаемая на трубную обвязку, предназначена для контроля и регулирования потока скважинной среды в скважинном трубопроводе и направления его в промысловый трубопровод. Типовые схемы фонтанных елок приведены на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Типовые схемы фонтанных елок:

тройниковые — схемы 1, 2, 3 и 4; крестовые — схемы 5 и 6 (1 — переводник к трубной головке; 2 — тройник; 3 — запорное устройство; 4 — манометр с запорно-разрядным устройством; 5 — дроссель; 6 — ответный фланец; 7 — крестовина)

При оборудовании скважины двумя концентрическими колоннами НКТ (двухрядная конструкция подъемника) трубы большего диаметра подвешиваются на резьбовом соединении нижнего тройника (крестовина), который устанавливается на крестовину, герметизирующую затрубное пространство.

Трубы меньшего диаметра подвешиваются на резьбе переводника (стволовой катушки), размещаемом над тройником (крестовиком) (рис. 3.1б).

Типовые схемы фонтанных елок (рис. 3.2) включают либо один (схемы 3 и 1), либо два (схемы 2 и 4) тройника (одно и двухъярусная арматура), либо крестовину (крестовая арматура – схемы 5 и 6).

Двухструнная (двухъярусная тройниковая и крестовая) конструкция елки целесообразна в том случае, если нежелательны остановки скважины, причем рабочей является верхняя или любая боковая струна, а первое от ствола запорное устройство – запасным. Сверху елка заканчивается колпаком (буфером) с трехходовым краном и манометром. Для спуска в работающую скважину приборов и устройств вместо буфера ставится лубрикатор.

Типовые схемы фонтанной арматуры приведены на рис. 3.3. Монтаж-демонтаж фонтанной арматуры на устье скважины производится автомобильными кранами или другими подъемными механизмами.

Рис. 3.3. Типовые схемы фонтанной арматуры:

1 – фонтанная елка; 2 – трубная обвязка

Запорные устройства фонтанной арматуры изготовляются трех типов: пробковые краны со смазкой; прямоточные задвижки со смазкой типа ЗМ и ЗМС с однопластинчатым и ЗМАД – с двухпластинчатым шибером. Задвижки типов ЗМС и ЗМАД имеют модификации с ручным и пневмоприводом.

При всех способах эксплуатации скважин подъем жидкости и газа на поверхность происходит по специальным трубам НКТ, спускаемым в скважины перед началом эксплуатации (в фонтанирующих скважинах опускаются до фильтра). Согласно ГОСТ 633-80 предусмотрены следующие условные размеры (по внешнему диаметру): 27, 33, 42, 48, 60, 73, 89, 102 и 114 мм с толщиной стенок от 3 до 7 мм. Длина труб 5÷10 м. Трубы бесшовные, из сталей с высокими механическими свойствами, на обоих концах резьба, соединяются между собой муфтами. Отечественные НКТ изготавливают 4 типов. НКТ могут быть изготовлены из алюминиевого сплава марки Д16. Применяют фиберговые трубы, а также безрезьбовые (гибкие) НКТ на барабанах длиной до 6000 м.

Предельная глубина спуска одноразмерной равнопрочной колонны труб (Lдоп), исходя из расчета только на растяжение от собственной силы тяжести, определяют по формуле:

и для гладких труб (по страгивающей нагрузке резьбового соединения)

,

где Lдоп — допустимая длина подвески труб, м;

dm — предел текучести материала труб при растяжении, Па (373÷930МПа)

К — коэффициент прочности, К=1,5;

r — плотность материала труб, кг/м3 (для стали r = 7800÷7860);

Qстр — страгивающая нагрузка для труб в Н (для НКГ диаметром 73 мм, стали Д Qстр = 278 кН);

qтр — масса 1 м труб, кг.

Назначение и применение

По умолчанию фонтанная арматура АФК является разновидностью устьевого оборудования наземного базирования. Она монтируется на колонную головку сразу после окончания бурения вместо комплекта противовыбросового оборудования. АФК используется, как при освоении, так и при дальнейшей эксплуатации скважины.

Однако на некоторых этапах освоения/эксплуатации ПВО снова может быть установлено на устье для профилактики газонефтеводопроявлений ГНВП. В средней части АФК присоединяется к выкидной линии манифольда, внизу имеет две линии – одну с манометром для измерения давления в затрубном пространстве, другую – для закачивания туда реагентов.

В верхней части имеется фланец, через который к фонтанной арматуре подключается лубрикатор для спуска в ствол различного оборудования, инструмента.

Используется АФК арматура на устье скважин по добыче газа, нефти, газоконденсата, как на материковой части РФ, так и на морском шельфе.

АФК расшифровка

АФК расшифровка

Единственно верная для фонтанной арматуры АФК расшифровка приводится в первом, обязательном для исполнения, приложении стандарта ГОСТ 13846. Это условное обозначение устьевой арматуры фонтанного типа, особенностью которой является подвешивание наружной НКТ колонны к переводнику над крестовой головкой трубной обвязки.

То есть, в скважине используется два внутри стволовых трубопровода концентрического типа. Один из них, меньшего диаметр, висит внутри второй колонны НКТ большего диаметра. При этом возможны шесть схем сборки фонтанной елки для различных эксплуатационных условий скважины.

Условное обозначение фонтанной арматуры

В приложении №1 документации ГОСТ 13846 приводится структурная схема шифрования арматур и елок, устанавливаемых на устье скважин для их освоения нефтегазодобывающими предприятиями:

• первые две буквы обозначают тип изделия – ЕН и ЕФ елки нагнетательные и фонтанные, АН и АФ арматура фонтанная, куда, кроме елок входит еще и трубная обвязка;
• затем указывается метод подвески трубопровода скважинного которым является НКТ колонна – К переводником над трубной головкой, без обозначения муфтой, фланцем или трубодержателем внутри крестовины этой головки;
• далее может стоять буква, указывающая на способ добычи – изначально для газлифтов и фонтанов оборудование в скважине не используется, в обозначении это не указывается, Э обозначает электроцентробежный насос, Ш штанговую установку;
• цифрой указывается типовая схема фонтанной елки – существует шесть вариантов 1 – 4 тройниковые, 5,6 крестовые;
• система управления кранами/задвижками – ручной способ не указывается, Д обозначает дистанционное управление, А автоматическое, В дистанционное автоматическое;
• номинальное значение внутреннего диаметра ствола елки обозначатся цифрами – от 50 мм до 150 мм;
• если размер боковых патрубков елки не совпадает с предыдущим значением, его указывают отдельно – от 50 мм до 100 мм;
• затем следует величина рабочего давления – от 14 МПа до 105 МПа;
• далее идет исполнение арматуры по защите от коррозии – К1 – К3, соответственно;
• климатическое исполнение для фонтанной арматуры бывает двух видов – ХЛ или УХЛ;
• при необходимости производитель указывает модификацию;
• в завершении приводится номер стандарта ГОСТ 13846.

Таким образом, с учетом этой структуры АФК расшифровка будет выглядеть следующим образом:

• А – комплект арматуры, состоящий из трубной обвязки и фонтанной елки;
• Ф – фонтанный или газлифтный способ добычи нефтепродукта из скважины;
• К – подвешивание колонны насосно-компрессорных труб над трубной головкой переводником.

Затем заказчик выбирает остальные характеристики устьевой арматуры, согласно имеющемуся проекту. То есть, с учетом конкретных эксплуатационных условий. В отличие от модификаций АФ, арматура фонтанная АФК имеет увеличенную высоту из-за введения в конструкцию дополнительного элемента, с помощью которого осуществляется крепление скважинного трубопровода – НКТ колонны.
Назначение АФК арматуры

После того, как выполнена расшифровка АФК арматуры, необходимо учесть ее назначение. Устьевое оборудование этого типа сконструировано для эффективного решения задач:

• обеспечение стабильно герметичной конструкции устья скважины;управление режимами добычи полезного ископаемого;
• контроль параметров рабочей среды;
• регулировка направления, давления продукции скважины;
• направление потока через манифольд в АГЗУ;
• глушение скважины при аварии;
• закрытие скважины в плановом режиме;
• крепление внутри ствола одного или двух скважинных трубопроводов НКТ;
• возможность спуска технологической оснастки;
• закачка в пласт или скважину реагентов.

Классифицируется арматура АФК согласно ГОСТ 13846 по нескольким признакам:

• рабочее давление – 14 – 140 МПа;
• сечение ствола проходное – 50 – 150 мм;
• количество колонн НКТ – однорядная, двухрядная;
• вид запорных устройств – кран, задвижка;
• конструкция елки – крестовая, тройниковая, V-образная.

Поэтому область применения фонтанной арматуры типа АФК весьма разнообразна:

• скважины, осваиваемые фонтанным методом;
• скважины с газлифтным способом добычи;
• скважины наземного и морского типа;
• добыча полезного ископаемого под высоким пластовым давлением;
• освоение месторождений с высоким содержанием в нефти углекислоты, сероводорода, песка;
• скважины с штанговыми и электропогружными насосами.

В последнем случае в обозначение добавляется буква Ш или Э, соответственно – АФКШ или АФКЭ.

Особенности конструкции трубной обвязки

В устьевой арматуре АФК может использоваться два типа трубной обвязки. Эта информация отображается в условном обозначении не полностью:

• буква К добавляется при креплении стволового трубопровода в переводном фланце;
• фиксация колонны НКТ внутри трубной головки в условном обозначении не отображается.

Таким образом, арматура фонтанная АФК имеет переводный фланец сверху трубной головки, на котором и подвешивается колонна НКТ. Для этого могут использоваться резьбы типа Jee Bear, VAM Top, TMK UP PF и TMK UPP FMT, НК и НМК согласно ГОСТ 633, что соответствует коническим резьбам 1/4”, ½”, 3/8”.

Модификациями этого варианта являются подвески с кабельным вводом, каналом управления, для соосного (концентрического) крепления двух НКТ колонн.

Здесь используются два уплотнения, мягкие и металлические. В агрессивных средах применяют стальные кольца, вторичные уплотнения имеют вид лепестковых или П-образных манжет.

Корпусные детали, фланцы и крышки изготавливаются методом литья и ковки.

Схемы фонтанной елки

Стандартом ГОСТ 13846 регламентируется использование при сборке АФК шести схем фонтанных елок. В расшифровке условного обозначения это цифра сразу после указанных букв изделия.

В этом же стандарте рекомендована комплектация арматуры дополнительными элементами по требованию заказчика. основными отличиями елок фонтанных являются:

• количество центральных запорных устройств – 1 или 2;
• конструкция главного фитинга – тройник с 3 патрубками или крестовина с 4 патрубками;
• количество главных фитингов – 1 или 2 в тройниковых схемах, только 1 в крестовых.

В стандарте не отображена V-образная схема фонтанной арматуры, которая была разработана гораздо позже вступления в действие этого нормативного документа. Это разновидность крестовой арматуры АФК, но вместо прямого крестовика здесь использован скошенный фитинг. Его боковые патрубки отходят от корпуса, не горизонтально, а наклонно вверх.

Благодаря оригинальной геометрической форме его стенки значительно меньше стачиваются напором нефтепродуктов с высоким содержанием песка.

Основными элементами елки являются:

• крестовина или тройник для направления потока в выкидную линию, создания запасной выкидной линии;
• манометр для замера давления на устье (монтируется в верхний глухой фланец) и в манифольде (устанавливается на выкидной линии);

• запорная арматура – устанавливается со всех сторон тройника, крестовины, обычно используются шиберные задвижки, пробковые, шаровые краны с ручным, гидравлическим, электрическим приводом;

• регулирующая арматура – регулируемый дроссель иглового, клеточного типа, нерегулируемый штуцер углового типа.

В не регулируемом дросселе можно менять втулки из твердосплавного материала с различным диаметром внутреннего отверстия. При этом обеспечивается ступенчатая регулировка режимов скважины.

В комплект поставки могут входить расходники, инструменты и приспособления для их замены. Например, BPV клапан с подъемником, пробка, защитная втулка и универсальный съемник.

Технические требования

Основными техническими и эксплуатационными характеристиками АФК арматуры являются:

• условный проход – 50 – 150 мм;
• номинальное давление – 14 – 105 МПа;
• материалы корпусной группы – класс АА – FF по регламенту 6A API;
• уровень спецификации – УТТ1 – УТТ3 по ГОСТ Р 51365;
• уровень требований – УТР1 – УТР2 по ГОСТ Р 51365;
• резьба НКТ – ¼ – 3/8 дюйма типа НК, НКМ по ГОСТ 633.

В зависимости от конструкции, производителя задвижек, фитингов, схемы елки арматура фонтанная АФК может иметь различные габариты.

Таким образом фонтанная арматура АФК пригодна для фонтанирующих, газлифтных, насосных скважин с ШГН и ЭЦН с высоким пластовым давлением, содержанием сероводорода, песка и углекислоты.

Варианты исполнения

В зависимости от эксплуатационных условий фонтанная арматура АФК может иметь следующие варианты исполнения:

• 1, 2, 3, 4. 5 или 6 схема елки, зависит от типа добываемого флюида, количества химических примесей и абразива в нем, устьевого давления; схема 1 или 2 трубной обвязки, зависит от дебита скважины;
• коррозионно-стойкое исполнение К1, К2, К3, не коррозионное УХЛ, ХЛ, используются разные стали, сплавы для фитингов, корпусных деталей арматуры;
• тип запорной арматуры – шиберные задвижки для нефти, шаровые или пробковые краны для газа;
• конструкция регулирующей арматуры – регулируемый, не регулируемый дроссель;
• управление запорной, регулирующей арматурой – вручную, через механический редуктор, автоматически, дистанционно электрическим, пневматическим, гидравлическим, электромагнитным приводом.

Вариант исполнения выбирается проектировщиком на основании характеристик пласта, региона эксплуатации.

Расшифровка условного обозначения

Условное обозначение для фонтанной арматуры АФК приводится в стандарте ГОСТ 13846:

Расшифровка	Группы шифра
арматура фонтанная	АФ
подвешивание колонны НКТ на катушке поверх трубной головки	К
схема фонтанной елки и трубной головки	1 – 6 1а – 6а
тип управления задвижками (ручной режим не указывается)	В (дистанционно-автоматический), А (автоматический), Д (дистанционный)
номинальный диаметр стволового прохода елки	50 – 150 мм
номинальный диаметр доковых патрубков елки (только при несовпадении с предыдущим размером)	50 – 100
номинальное давление	14 – 140
исполнение по 4 приложению стандарта ГОСТ 13846 по условиям эксплуатации	К1, К2, К3
номер модернизации, модификации	на усмотрение производителя

Буква «а» к схеме фонтанной елки добавляется при наличии в стволе двух колонн НКТ. При этом добавляется еще одна катушка или внешняя эксплуатационная колонна подвешивается внутри крестовины трубной головки.

Условия эксплуатации К1 обозначают содержание углекислоты в нефти менее 6%, К2 – CO2 и сероводорода до 6%, К3 – и углекислоты, и H2S менее 25%. Размер отверстий в верхнем и нижнем фланце трубной головки всегда больше условного диаметра стволового прохода – 180 – 280 мм и 180 – 350 мм, соответственно.

Таким образом, от АФ арматуры АФК устьевое оборудование отличается только способом крепления колонны насосно-компрессорных труб. В отличие от АФКЭ здесь нет кабельного ввода, так как добыча осуществляется исключительно фонтанным способом.

Схема фонтанной елки

Согласно ГОСТ 13846 фонтанная арматура АФК может иметь одну из шести типовых схем елки:

• 1 – 4 схемы тройникового типа, собранные на основе одного или двух одноименных крупногабаритных толстостенных фитингов, применяются в основном для нефтяных скважин;
• 5,6 схемы крестового типа, собранные на основе одной крестовины, используются преимущественно в газовых скважинах;
• 1 – 4 схемы рассчитаны на рабочее давление 7 – 35 МПа;
• 5, 6 схемы эксплуатируются под давлением 35 – 105 МПа;
• первая и вторая схемы имеют одну выкидную линию, предназначена для флюида без механических примесей, сероводорода, углекислоты;
• третья и четвертая схемы имеют две выкидных линии, рабочей всегда назначается верхняя, запасной нижняя;
• 3, 4 схемы позволяют заменить изношенный тройник под давлением за счет переключения на нижнюю выкидную линию;
• во 2, 4 и 6 схемах имеются дублирующие центральные задвижки;
• в фонтанной арматуре для добычи нефти чаще стоят задвижки, для откачивания из пласта газа/газоконденсата – краны.

Для трубной обвязки разработано две схемы – с одной крестовиной для обвязки затрубного пространства и подвешивания одной НКТ колонны и с двумя крестовинами для двух лифтовых колонн, расположенных одна внутри другой.