Фонтанная елка
Создана фонтанная елка ЕФ для управления режимами технологического процесса освоения нефтегазодобывающих скважин. Эта сборочная единица является частью наземного устьевого оборудования, находится между выкидными линиями манифольда и головкой трубной обвязки. В свою очередь, елка фонтанная собирается из крупногабаритного трубопроводного фитинга – прямой, косой V-образный крестовик, тройник, прямоточных шиберных задвижек или пробковых, шаровых кранов, дросселей, фланцев, манометров.
Фонтанные елки имеют 6 типовых схем сборки – 4 тройникового и 2 крестового типа. Технические требования, обозначение и маркировка, правила хранения, транспортировки, комплектность поставки изложены в ГОСТ 13846, ГОСТ Р 51365, ГОСТ 30768. Елки могут поставляться вместе с трубной обвязкой в комплектах фонтанной арматуры АФ, АФК.
Назначение
Разработан сборочный узел фонтанная елка для решения задач по освоению скважин:
- замер давления на устье – манометр расположен в верхней части елки – буферной зоне;
- проведение работ на забое, в стволе, в пласте – закачивание реагентов, опускание оборудования, приборов в скважину;
- плановое закрытие скважины – для ремонта, обслуживания;
- аварийное глушение – в случае порыва;
- контроль давления в выкидной линии – манометр устанавливается после задвижки на рабочей аварийной линии;
- управление процессом добычи – перенаправление потока продукции на АГЗУ через выкидную линию и манифольд, изменение параметров рабочей среды внутри дросселей.
Все элементы сборочной единицы рассчитаны на давление 14 – 140 МПа. Диаметр ствола елки 50 – 150 мм, боковых отводов 50 – 100 мм.
Область применения
Используется фонтанная елка для обвязки устья скважин на суше, морском шельфе с фонтанирующим и газлифтным методом добычи, оборудованных насосами ШГН, ЭЦН. Несколько схем сборки фонтанной елки разработано для не одинаковых эксплуатационных условий:
- схемы 1, 2 с одним тройником для малого дебита нефтепродукта без химических и абразивных примесей;
- схемы 3, 4 с рабочей и аварийной выкидной линии за счет двух последовательно размещенных тройников для нефти с большим процентным содержанием углекислоты, песка, сероводорода;
- крестовые схемы 5, 6 подходят для высокого давления от 35 МП рабочей среды с низкой агрессивностью без примесей песка;
- для больших диаметров 100 – 150 мм используется только 6 схема;
- для диаметра 80 мм считаются пригодными схемы 1, 5, 6.
Для электроцентробежного погружного насоса в крестовине трубной обвязки добавляется кабельный герметичный ввод. Для штанг ШГН насоса аналогичный уплотнительный узел оборудуется на верхнем фланце буферной зоны.
Конструкция
Изначально фонтанная елка состоит из следующих узлов, необходимых для обеспечения непрерывного процесса добычи полезного ископаемого из скважины:
- главный фитинг – крестовина с боковыми отводами под прямым углом к стволу или наклонным расположением патрубков V-образного типа, один или два тройника, соединенных последовательно;
- основная (центральная) задвижка – стоит между главным фитингом и головкой трубной обвязки, в схемах 2,4 дублируется;
- боковые задвижки – отсекают по мере необходимости выкидную линию;
- буферная задвижка – расположена над главным фитингом, предназначена для замены центральной задвижки под давлением;
- буферный манометр – обычно встраивается в верхний фланец над буферной задвижкой, этот прибор измеряет давление на устье;
- манометры выкидных линий – устанавливаются после соответствующих запорных устройств;
- дроссели – межфланцевые пластинчатые, ступенчатые с втулками из высокопрочной стали разного диаметра, регулируемые игольчатые, лепестковые, служат для изменения давления, дебита скважины;
- фланцевые соединения – для установки манометров, не регулируемых дросселей.
Вместо задвижек могут использоваться шаровые, пробковые краны, но только при давлении рабочей среды 7 – 14 МПа. Фланцевые соединения могут быть заменены хомутовыми или быстроразъемными креплениями.
Елка поставляется в сборе, фланец ее нижнего элемента – центральной задвижки – во время монтажа крепится к ответному, верхнему фланцу головки трубной обвязки при эксплуатации одной НКТ колонны, или к верхнему фланцу стволовой катушки при использовании двух однорядных внутрискважинных трубопроводов.
Фонтанная елка не предназначена для герметизации устья. Эту функцию выполняет трубная обвязка, на которой висят и обсадные, и эксплуатационные колонны.
Нормативная документация
Эксплуатационная нефтепромысловая фонтанная елка изготавливается по регламенту ГОСТ 13846, требования которого дублируются дополнительно еще в двух стандартах – ГОСТ 30768 и ГОСТ Р 51365. В этой документации описываются конструкционные материалы, приводятся требования к отливкам, поковкам, штамповкам, сварочным соединениям, методам контроля, хранения, транспортировки, маркировки, ремонта в заводских условиях.
Схемы сборки
Для скважин с различными характеристиками рабочей среды, способом добычи полезного ископаемого фонтанная елка имеет 6 стандартных вариантов исполнения:
- первая схема включает в себя один тройник с аналогичным количеством главной запорной арматуры;
- во второй схеме используется две главных задвижки, крана, но выкидная линия, по-прежнему, одна без возможности переключения на аварийный трубопровод;
- в третьей схеме два тройника стоят друг над другом, что позволяет создать запасную выкидную линию снизу, верхняя по умолчанию является основной;
- четвертая схема имеет модернизированным аналогом предыдущего варианта с двумя центральными запорными устройствами;
- в пятой схеме вместо тройника стоит крестовина, позволяя сразу получить две выкидных линии, основную и резервную на одной вертикальной оси;
- в последней, шестой схеме продублирована главная задвижка.
Для каждой из этих типовых схем елки фонтанной могут быть использованы две схемы трубной обвязки, для одной и двух колонн насосно-компрессорных труб. Поэтому типовых схем фонтанной арматуры получается 12 штук.
Технические характеристики
По требованиям вышеуказанных стандартов фонтанная елка обладает следующими эксплуатационными параметрами:
- номинальный диаметр ствола – 50 – 150 мм;
- рабочее давление – 14 – 105 МПа;
- диаметр боковых патрубков номинальный – 50 – 100 мм;
- количество выкидных линий – 1 (основная) или 2 (добавляется резервная);
- уровни требования – УТР1, УТР2 по ГОСТ Р 51365 (соответствует PR1, PR2 по API 6A) по характеристикам и УТТ1 – УТТ3 (соответствует PSL1 – PSL3G по API 6A) по спецификации.
Елки по схемам 1 и 5 короткие, по схемам 2 и 6 средней длины, по схемам 3 и 4 длинные (требуется высокая или двухуровневая рабочая площадка на устье скважины для обслуживания).
Запорная и регулирующая арматура
С учетом особенностей технологического процесса добычи полезных ископаемых из нефтегазопромысловых скважин рабочим положением запорной арматуры является открытое положение ее затворного узла. Закрывают скважину только на время планового ремонта, а глушат исключительно при возникновении аварийных ситуаций.
Большая часть операций обслуживания и замены отдельных элементов выполняется под давлением. Это обусловлено высокими потерями при прекращении процесс добычи нефти, газа. Поэтому фонтанная елка оснащается запорной арматурой, затворы которой способны сохранять работоспособность при длительном открытии.
Самым дешевым вариантом являются краны, так как они имеют небольшие габариты и стоимость. Однако эта запорная арматура может использоваться только при давлении рабочей среды 7 – 14 МПа. В малодебитных скважинах применяются краны шарового и пробкового типа.
Фонтанная елка для скважин PN от 14 МПа комплектуется задвижками. Для указанных эксплуатационных условий обычно используются задвижки серии ЗМС:
- шиберный затворный узел;
- полнопроходное внутреннее сечение;
- принудительная подача смазки;
- шибер пластинчатый плоский;
- невыдвижной шток с флажком положения затвора;
- уплотнение металл/металл;
- привод ручного, автоматического, гидравлического, электрического, дистанционного и комбинированного типа;
- штампованные детали корпуса;
- наличие вторичного уплотнительного контура;
- срезной штифт на штурвале для ограничения усилия затяжки.
Регулирование характеристик потока рабочей среды выполняется дросселями:
- нерегулируемого ДН типа – корпус углового типа для изменения направления потока под прямым углом, втулки устанавливаются под давлением, имеют не одинаковый внутренний диаметр;
- регулируемой конструкции ДР – клеточного или игольчатого типа.
Реже используются дисковые задвижки ЗД/ЗДШ с аналогичными приводными устройствами.
Условное обозначение
По умолчанию фонтанная елка является внутри устьевой обвязки отдельной сборочной единицей. Для нее принято собственное условное обозначение:
- название продукции – Е елка;
- назначение трубопроводного сборочного узла – Ф фонтанная, Н нагнетательная;
- номер типовой схемы – 1, 2 тройниковая с одним выкидом, 3, 4 тройниковая с двумя выкидными линиями, 5, 6 крестовые;
- тип управляющего устройства – ручной не указывается, А автоматический, В дистанционно-автоматический, Д дистанционный;
- номинальный диаметр ствола – 50 – 150 мм;
- номинальный диаметр боковых патрубков – 50 – 100 мм, указывается только при несовпадении с предыдущим размером;
- давление рабочее – 14 – 140 МПа;
- исполнение по степени коррозионной стойкости – К1, К2 и К3 для нефтепродукта с содержанием углекислоты до 6%, СО2 и сероводорода до 6% и каждого из этих веществ до 25%;
- климатическое исполнение – ХЛ либо УХЛ;
- модернизация, модификация основной версии исполнения елки;
- типи номер нормативного документа – ГОСТ 13846.
Маркировка наносится на металлическую бирку. В ней целиком воспроизводится информация из условного обозначения, и проставляется товарный знак производителя. Допускается ударный способ нанесения чеканами или краской по трафарету.
Таким образом, фонтанная елка может поставляться отдельно, или входить в состав арматуры вместе с трубной обвязкой.
