Устьевая фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 нефтегазодобывающих скважин

Фонтанная арматура ГОСТ 13846 89

Разработана фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 для обеспечения технологического процесса добычи нефтегазовой смеси. Рассматриваемая часть устьевого наземного оборудования состоит из фонтанной елки, трубной обвязки. Арматура устанавливается на колонную головку, обслуживается с рабочей площадки.

Фонтанная арматура ГОСТ 13846 89

Трубная обвязка применяется для контроля давления затрубного пространства, обеспечения герметичности устья, закачки реагентов, промывки, подвески эксплуатационной колонны. Фонтанная елка используется для измерения давления на устье, глушения, закрытия, спуска в ствол приспособлений, оборудования, приборов, переключения режимов добычи, перенаправления потока рабочей среды.

Фонтанная устьевая арматура так же монтируется на устье газлифтных и насосных скважин после небольшой доработки. Основными параметрами оборудования являются: давление 14 – 105 МПа, размер ствола и нагнетательных линий 50 – 150 мм и 50 – 100 мм, соответственно, шесть схем елки и две схемы трубной обвязки для не одинаковых эксплуатационных условий.

Особенности конструкции

Изначально полезное ископаемое поднималось под воздействием пластового давления на поверхность по всему объему скважины. Соответственно, процесс добычи был не контролируемым, не управляемым, имел низкий КПД.

Фонтанный период был очень коротким, а расход пластового газа, наоборот, высоким. При значительном содержании в нефти песка разрушался ствол скважины. При поломке, износе любого узла приходилось останавливать скважину для замены, ремонта.

Затем была разработана современная технология фонтанной добычи нефтегазовой смеси:

в скважину опускается эксплуатационный трубопровод – колонна НКТ;
при высоком дебете может использоваться две колонны;
на устье монтируется елка с регулирующей (дроссели) и запорной (краны пробковые, шаровые, задвижки шиберные) арматурой, манометрами.
в верхней части фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 имеет буферную зону с фланцем, через который в ствол может спускаться оборудование, приборы без остановки режима добычи;
для замены задвижек под давлением используются резервные струны – выкидные линии, созданные посредством тройников, крестовин.

Выкидные линии

Стандарт ГОСТ 13846 разрабатывался, еще во времена СССР, действовал во всех странах СЭВ (Чехословакия, Румыния, Польша, Венгрия, Болгария, Албания, Монголия, Куба, Вьетнам, Венгрия). Продукция, выпущенная по его регламенту, относится к коду ОКП 36 6513, 36 6514, 36 6666, а сам стандарт входит в группу Г43 по специальному классификатору.

Основными особенностями конструкции фонтанной арматуры являются:

нижняя часть называется трубной обвязкой, состоит из головки, манометра, запорной арматуры, фланцевых соединений;
верхней части присвоено название фонтанной елки, в состав которой входит главный фитинг (крестовина или тройник), запорная арматура, регулирующие устройства, измерительные приборы;
разработано 4 схемы тройниковых елок и 2 схемы крестовых елки;
для малого (7 – 14 МПа) давления могут использоваться краны пробковой или шаровой конструкции;
при высоком (21 – 105 МПа) давлении елки и обвязки комплектуются исключительно задвижками;
для снижения гидравлических потерь внутри запорной арматуры применяются полнопроходные прямоточные задвижки;
для повышения эксплуатационного ресурса выбраны задвижки шиберного типа, сохраняющие работоспособность при длительном нахождении затворного элемента в открытом положении;
характеристики потока изменяются дросселями не регулируемого и регулируемого типа;
одна НКТ колонна крепится к трубной головке изнутри нее при помощи муфтовой подвески или сверху нее – монтируется стволовая катушка, насосно-компрессорные трубы прикручиваются к патрубку или переходнику;
две эксплуатационных колонны подвешиваются другим способом – внутренние НКТ на переводнике внутри стволовой катушки, наружный ряд патрубком в тройнике;
допускается крепление наружной колонны в крестовине головки, внутреннего ряда на муфтовой подвеске.

Стандарт разработан сотрудниками министерства нефтяного и химического машиностроения союза ССР. В 1994 году срок действия этой нормативной документации стал не ограниченным.

Назначение

По умолчанию фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 была разработана для решения следующих задач:

предотвращение протечек рабочей среды и выброса ее на поверхность;
обеспечение заданных режимов добычи с возможностью переключения между ними;
контроль давления на устье, в струнах и затрубном пространстве;
перераспределение потока продукции скважины из ее ствола в манифольд, и далее на АГЗУ;
глушение скважины при аварии и плановое ее закрытие по мере необходимости;
крепление внутренних эксплуатационных трубопроводов из колонн НКТ;
возможность спуска оборудования, приспособлений, устройств, приборов;
закачка реагентов при воздействии на забой или пласт.

Фонтанная арматура

Таким образом, фонтанная арматура необходима для планового освоения скважины с возможностью обслуживания, ремонта оборудования без остановки добычи. При этом должно соблюдаться одно условие – колонна НКТ внутри ствола должна быть одна или две. Причем, в последнем случае насосно-компрессорные трубы меньшего диаметра должны быть расположены внутри других, большего диаметра, то есть по концентрической схеме.

Для скважин с параллельной подвеской эксплуатационных трубопроводов данный стандарт не пригоден.

Область применения

Используется фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 для освоения скважин фонтанирующего, газлифтного и насосного типа с электрическими винтовыми, центробежными, газопоршневыми, штанговыми насосами. На долю фонтанных и газлифтных скважин в РФ приходиться менее 10% от общего числа скважин.

Даже при самом рациональном расходе пластового газа, его давления, все равно не хватит, чтобы откачать весь объем нефти из пласта. Поэтому все фонтанирующие скважины со временем переводят на насосные режимы эксплуатации. Бесштанговыми насосами оборудованы около 20% скважин, штанговыми около 70%.

Чтобы не менять при этом оборудование на устье, фонтанная арматура изначально разрабатывалась, как универсальная, для любых технологий добычи.

Схема елки

Имеет фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 шесть стандартных схем сборки:

Стандартные схемы сборки фонтанной арматуры ГОСТ 13846 89

Первые два варианта имеют по одной струне – выкидной линии. Поэтому могут быть использованы исключительно для перекачки нефтегазовой смеси без примесей абразива и химических соединений – песок, сероводород и углекислота, соответственно.

В схемах 5 и 6 главным фитингом сборки является крестовина. Это позволяет снизить высоту фонтанной елки для более удобного обслуживания арматуры с земли и рабочей площадки. Дополнительно эти варианты пригодны для высокого давления 21 – 105 МПа и дебита скважины до нескольких тысяч тонн ежесуточно. С другой стороны, струны находятся на одной пространственной оси, что резко снижает ремонтопригодность задвижек на выкидных линиях.

Елки в схемах 3 и 4 сконструированы на основе двух тройников, установленных друг на друга. Это позволяет разместить струны в разных вертикальных уровнях, и установить между ними задвижку. Рабочей всегда назначается верхняя струна, при интенсивном износе стенок тройника скважина переключается на нижнюю выкидную линию, верхний фитинг меняется без остановки процесса добычи.

Дополнительно существует две схемы с V-образными крестовинами, которые были изобретены позже срока вступления в силу настоящего стандарта. Это промежуточный вариант между схемами 5, 6 и 3, 4, то есть между двухструнными крестовыми и тройниковыми. Здесь поток отклоняется во время движения на незначительный угол. Снижается износ стенок фитинга абразивным материалом, но немного увеличивается и высота елки.

Схемы обвязки трубной

В нижней части фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 может иметь две схемы сборки:

Схемы обвязки трубной фонтанной арматуры ГОСТ 13846 89

На первой схеме приводится трубная обвязка для одной колонны НКТ, на второй – для обвязки двух стволовых эксплуатационных трубопроводов концентрического типа. В условном обозначении схема елки 1 – 6 указывается цифрой, а трубной обвязки буквой «а», только второго типа. Первая схема обвязки трубной головки в условном обозначении фонтанной арматуры не отображается, то есть является режимом «по умолчанию».

Рабочие характеристики

Важнейшими показателями фонтанной арматуры ГОСТ 13846 89 являются рабочее давление и условные проходы ствола, боковых патрубков елки и трубной головки. Их взаимное соотношение величин сведено в специальную таблицу:

PN (МПа)	21	14 – 105	14 – 105	14 – 105	14 – 105
DN боковых патрубков трубной головки	50	50 – 65	50 – 65	50 – 65	50 – 65
DN боковых патрубков елки	100	65 – 100	50 – 80	50 – 65	60
DN ствола елки	150	100	80	65	50

Единых стандартных габаритов у фонтанной арматуры нет. Поскольку задвижки и фитинги, из которых собрана елка и трубная обвязка, у разных производителей могут иметь не одинаковые размеры.

Условное обозначение

Обозначается в документации и технической литературе фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 специальным шифром:

тип изделия – Е елка или А арматура;
назначение – Ф фонтанная или Н нагнетательная;
способ подвески НКТ колонны – К при помощи переводника трубной головки, без обозначения внутри самой головки;
схема елки – 1 – 4 тройниковая либо 5, 6 крестовая;
схема трубной обвязки – а для двух колонн НКТ, без обозначения для одного эксплуатационного трубопровода;
система управления задвижек, дросселей, кранов – Д дистанционная, А автоматическая, ручная не указывается, В дистанционно-автоматическая;
номинальный диаметр ствола – 50 – 150 мм;
диаметр боковых патрубков елки – 50 – 100 мм, указывается лишь при несовпадении с предыдущим размером;
рабочее давление – 14 – 105 МПа;
исполнение по степени коррозионной защиты – К1 для сред с содержанием углекислоты менее 6%, К2 сероводорода и углекислоты до 6%, К3 при содержании этих химических веществ меньше 25%;
климатическое исполнение – ХЛ, УХЛ;
нормативный документ на производство – ГОСТ 13846.

В маркировке, выполняемой ударным способом на стальной пластине, прикручиваемой проволокой к арматуре, указывается шифр условного обозначения целиком и товарный знак предприятия.

Технические требования

По регламенту нормативной документации фонтанная арматура ГОСТ 13846 89 обязана удовлетворять следующим требованиям:

абсолютная герметичность по отношению к окружающей среде;
гидравлические испытания под давлением, в 1,5 или 2 раза превышающим рабочее, при его значениях 70 – 105 МПа и 14 – 35 МПа, соответственно;
соосность отверстий трубопроводных изделий, из которых состоит ствол устьевой арматуры, должна обеспечивать свободный спуск в скважину оборудования с помощью лубрикатора;
по умолчанию фонтанная арматура комплектуется регулируемыми дросселями;
нерегулируемые дроссели заказчик должен согласовать с производителем;
допускается моноблочное исполнение нескольких составных частей елки и трубной обвязки;
разрешено дооборудование елок дросселями, арматур обратными клапанами, задвижками, кранами, быстросборными соединениями, устройствами КИПа, дистанционного управления для запорных устройств, предохранителей автоматического типа;
по требованию заказчика должны обеспечиваться замеры температуры/давления в струнах елки, закачка реагентов, установка елки под давлением;
дистанционное управление должно иметь переключатель в ручной режим.

Фланцы элементов фонтанной арматуры должны иметь табличные размеры:

DN нижнего фланца трубной головки	DN верхнего фланца трубной головки	PN (МПа)	DN ствола
350	280	21	150
280	230	14 – 140	100
	180	70 – 140	80
		70, 105	50, 65
		21, 35	50 – 80
180, 280		14	50 – 80

Для повышения ремонтопригодности и эксплуатационного ресурса фланцевые соединения заменяют хомутовыми, или вообще исключают из конструкции за счет использования моноблочных элементов фонтанной арматуры.