Состав и назначение фонтанной арматуры: схема обвязки

Трубная конструкция включает в конструктивный состав разные фланцевые соединения, тройники, отводы и другие изделия. Для уплотнения соединений в таких сооружениях применяют прокладки из стали, которые содержат минимальное количество углерода.

Фонтанная арматура предназначается для решения множества задач. В частности, одна из таких задач — устройство обвязки трубопроводов различного назначения. Использование этого оборудования позволяет выполнять управление движением рабочей среды и обеспечивать исполнение процессов, контролирующих производство. Устройства применяют для герметизации отводов от основных трубопроводов.

Назначение фонтанной арматуры

Устройства этого класса отвечают за решение следующих инженерно-технических задач:

• обеспечение герметизации скважины;
• отведение продукции, транспортируемой по трубопроводной системе;
• для настройки и поддержания дебита скважины;
• при обеспечении доступа к скважинному забою;
• для обеспечения забора проб, без остановки производственных процессов.

Изделия этого класса применяют при высоком давлении, возникающим под действием нагрузок. Арматуру используют когда существует возможность воздействия агрессивных сред внутри скважины. Довольно часто она применяется, если в жидкости присутствует большое количество примесей разного происхождения и размера.

При использовании такой системы необходимо учитывать то, что это оборудование должно иметь длительный срок эксплуатации и необходимый запас прочности. Основные потребители этой продукции это предприятия занятые на добыче и транспортировке углеводородов, а также строительстве трубопроводных транспортных систем.

Устьевая арматура: разновидности и устройство

Устьевая арматура — это деталь, которая применяется при добычи нефти для того, чтобы осуществить обвязку нефтепровода, а также герметизацию этого участка. Другими словами можно сказать, что наличие этих приспособлений является обязательным.

Использование

Устьевая арматура используется не только для работы с нефтепроводом. Ее можно также успешно использовать, чтобы проводить исследования глубинного назначения, к примеру. Еще один вариант ее использования — это регулировка отбора жидкости. Все эти примеры достаточно наглядно показывают, что использование устьевой арматуры является неотъемлемой частью нефтедобычи.

Важно добавить, что выбор таких приспособлений осуществляется по специальным критериям, а также все они отличаются тем, что качество их производства очень высоко, как и производительность. К примеру, рабочий диапазон температуры, при котором устьевая арматура способна отлично выполнять свои функции, находится в районе от -60 до +40 градусов по Цельсию. Другими словами, использовать их можно практически в любом климате.

Основные параметры приспособления

Основной определяющей характеристикой для устьевой арматуры стал размер. Средний показатель длины такого приспособления составляет около трех метров. Что касается ширины, то она, естественно, меняется в зависимости от модели, но примерным средним показателем является 715 миллиметров. Последний показатель в плане габаритов — это высота, которая в среднем равна 1,5 метрам.

Еще один важный показатель для данного оборудования — это проход устройства запорного типа. Числовой показатель данного параметра может доходить до 50 миллиметров. Вместе с устьевой арматурой для скважины используется и такое оборудование, как насосно-компрессорное. Диаметр трубы таких устройств может доходить до показателя в 75 мм. Стоит отметить, что арматура данного типа — это не определенное устройство, а набор нескольких важных компонентов, которые выполняют такие цели, как герметизация устья скважины. Кроме того, арматура будет отвечать за распределение потока веществ, которые будут поступать из скважины. Можно регулировать еще и такое летучее вещество, как газ, к примеру.

Конструкция

Что касается конструкции этого приспособления, то есть несколько основных компонентов. К ним относится, к примеру, головка трубного типа, головка колонного типа и головка самой арматуры. Головка арматуры относится к регулировочно-запорному типу. В качестве компонентов можно выделить даже такие небольшие устройства, как вентили, задвижки запорного типа и некоторые другие мелкие детали подобного рода.

Основное назначение устьевой арматуры — это сдерживание сильного потока давления, а также возможность исследования этого давления внутри самой же конструкции. Для того чтобы запустить арматуру такого типа, обычно используется механический привод. Однако случается так, что давление слишком высокое. В таком случае сдерживаться оно будет или при помощи установок пневматического типа или при помощи гидравлической системы. Стоит также сказать, что может быть устьевая нагнетательная арматура. В таком случае она способна выполнять функции нагнетания или стравливания потоков газа.

Особенности приспособления

Стоит выделить одно очень важное преимущество арматуры такого типа. Если какой-либо элемент выйдет из строя во время работы, то его можно будет заменить, не выводя из эксплуатации всю станцию целиком. Это является одним из наиболее важных критериев, так как в таком случае появляется возможность проведения ремонтных работ, без нарушения временного интервала работы станции. Это одно из основных требований в среде нефтедобычи. Кроме того, это помогает сэкономить значительное количество материальных средств, которые были бы потеряны, пока станция простаивала на ремонте.

Сама по себе конструкция связывается воедино при помощи разнообразных хомутов и разных фланцев. Тут стоит также выделить, что если во всей конструкции у какого-либо элемента возникнет отклонение от номинальных данных, то все другие устройства, принадлежащие к запорному типу и все другие механические элементы, будут выведены из строя. За это отвечает автоматическая система, которой оснащена любая арматура такого типа.

Устройства для скважины нагнетательного типа

Основное предназначение такого типа арматуры — это герметизация скважин нагнетательного типа. Особенностью является то, что можно проводить все работы во время нагнетания в скважину воды. Из основных частей оборудования выделяется трубная головка и елка.

Первый элемент используется для того, чтобы герметизировать затрубное пространство. Также необходимо для выполнения определенных ремонтных работ, исследовательских работ, некоторых технологических операций.

Состоит данный элемент из таких компонентов, как задвижки, крестовина и несколько элементов для быстрого соединения.

Разновидности арматуры

ГОСТ, которые действуют на территории нашей страны, определили следующие типы фонтанной арматуры:

1. Тройниковая (крестовая) — схема позволяет подключать отводы к сборным и замерным установкам при помощи выкидных линий.
2. Двухрядная (однорядная) — ее оснащают задвижками или кранами. Первые применяют для работы на нефтяных скважинах, вторые — на газовых.

Кроме вышеописанной классификации, применяют и такую:

1. По давлению. Типовое оборудование работает при давлении от 7 до 105 МПа. Арматура, которая рассчитана на работу при высоком давлении используют для работы на глубоких скважинах. Кроме того, ее устанавливают на скважинах, в которых было отмечено наличие опасное давление пластов.
2. По размеру прохода ствола. Этот размер лежит в пределах от 50 до 150 мм. Устройства с рабочими диаметрами от 100 до 150 мм устанавливают на скважины по добыче нефти и газа с высоким дебитом.

Проектировщик, подбирая материал для производства арматуры, должен учитывать свойства среды. Кстати, для установки изделий во взрывоопасной среде не желательно устанавливать узлы и агрегаты, выполненные из чугуна.

В состав типовой арматуры входят разные типы задвижек, клапаны и пр. В состав специальной обвязки включают редукционные вентили, затворы и клапаны для подачи катализаторов и работы резервной арматуры.

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.

Конструкция фонтанной арматуры

ГОСТ 13846–84, подразумевает применение схем тройникового и крестового типа. В состав типовой фонтанной арматуры входят такие узлы, как:

• трубная головка;
• фонтанная елка;
• запорные устройства, управляемые в ручном режиме;
• дроссели.

Трубная головка предназначена для того, что на нее подвешивают НКТ в несколько рядов и обеспечения их герметичности. Кроме того, она принимает участие в некоторых технологических процессах, связанных с освоением, работой и обслуживанием скважины.

Это устройство, при необходимости выполнять замену установленных на ней боковых задвижек. Для этого применяют глухие пробки, устанавливаемые в резьбе, нарезанной в корпусе.

Фонтанная елка призвана решать следующие задачи:

• направление готовой продукции в линию;
• принятие участия в монтаже дополнительных устройств;
• выполнение замеров параметров работы трубопроводной сети;
• обеспечение спуска устройств для очистки скважинных труб.

Запирающие устройства представлены пробковыми кранами и задвижками с подаваемой смазкой. Главная их задача перекрывание движение рабочей среды.

Технические требования к конструкции

В ГОСТ 13846–89 определил, что фонтанная арматура предназначена для выполнения герметизации скважин, перекрывания движения рабочей среды и выполнения других технологических процедур. В соответствии с нормативами, регламентированными в ГОСТ 15150–69 эти устройства, могут работать при температурах от -60 до +40 градусов.

В ГОСТ 51365–2009 определяет технические условия и требования к указанной арматуре. Проектировщики, занимающиеся конструированием оборудования должны руководствоваться требованиями этого документа.

Строение

Строение фонтанной арматуры определяется требованиями технических условий и чертежей, выпущенных на заводе.

Ссылка в чертежах деталей и сборочных единиц на ТУ изготовителя обязательна. При наличии в чертежах деталей и сборочных единиц ссылки на ТУ, технические требования к гидростатическим испытаниям, испытаниям на воздействие статической механической нагрузки, методика их проведения, время выдержки и допуски на время выдержки, допуски на давления испытаний, допуски на усилия нагружения допускается не указывать. Конструкторская документация разрабатывается в соответствии с требованиями ЕСКД, государственных стандартов, государственных стандартов Российской Федерации, API 6А и другой нормативно-технической документации, на которые имеются ссылки в техническом задании или договоре (контракте) на поставку оборудования.

В чертежах деталей и сборочных единиц, на которые распространяются требования раздела 7 API 6А, указываются непосредственно из таблиц:

— PSL;

— механические свойства, химический состав материала (при необходимости);

— требования по маркированию и клеймению.

Оборудование прочное при пробном давлении и герметичное относительно окружающей среды, а также между полостями обвязываемых обсадных колонн и скважинных трубопроводов при рабочем давлении. Величина указанных давлений соответствует ГОСТ 13846-89 и рекомендациям API 6А.Присоединительные размеры фланцев соответствуют API 6А или ГОСТ 28919-91.Оборудование относится к изделиям конкретного назначения, длительного непрерывного применения, восстанавливаемым после отказа, стареющим и ремонтируемым обезличенным способом. Оборудование обслуживается периодически одним оператором и контролируется перед применениемСредний срок службы – не менее 15 лет.Средняя наработка на отказ, час (циклов) — 8700 (210).

Средняя наработка оборудования на отказ определяется средней наработкой на отказ запорно-регулирующей арматуры по результатам как стендовых, так и эксплуатационных испытаний. Отказом оборудования считают:

— потерю герметичности в запорных устройствах;- недросселирование потока рабочей среды иглой штуцера углового при функционировании рукояткой;

— потерю герметичности разъемных соединений, не устраняемую подтягиванием;

— выход из строя составных частей оборудования, что требует их замену или капитальный ремонт.

Маркировка арматуры

Для маркировки этого типа продукции применяют буквенно-цифровые сокращения, которые обозначают следующим образом АФХ или АФКХ, где АФ говорит о типе арматуры, в этом случае арматура фонтанная, буква «К» сообщает о методе подвески трубопровода. Буква Х (от 1 до 6) показывает на схему в соответствии с ГОСТ 13846–84 . Кроме того, в маркировке изделия могут быть указаны численные параметры, показывающие рабочий диаметр и давление, климатическое исполнение и некоторые другие, в частности, класс коррозионной стойкости.

Монтаж и демонтаж фонтанной арматуры

В процессе эксплуатации нефтяной или газовой скважины выполняют установку конструкции. Для присоединения используют колонные головки. Отверстия, расположенные в верхнем фланце, позволяют фиксировать детали с разными типоразмерами. Процесс установки оборудования выполняют в несколько шагов.

В пространство между фланцами укладывают прокладку, выполненную из малоуглеродистой стали и имеющей овальную форму. С помощью элеватора колонну труб опускают на место установки. После этого трубы собирают между собой с помощью резьбовых соединений. Кстати, резьбу перед сборкой имеет смысл покрыть защитной смазкой. После окончания сборки установки необходимо провести ее опрессовку.

Ремонт этого оборудования необходимо выполнять только на специальных предприятия. Перед тем как отправить ее в ремонт, установка должна быть разобрана. Елку надо промыть и в это время провести обследование оставшихся компонентов.

Фонтанная арматура и схема ее обвязки, конструируется так, что бы она могла защитить окружающую среду от воздействия на нее рабочей среды, подаваемой в трубопроводной системе.