Тройниковая фонтанная арматура

Тройниковая фонтанная арматура

Разработана тройниковая фонтанная арматура для тяжелых эксплуатационных условий и обеспечения высокой ремонтопригодности елки устьевого оборудования без остановки добычи. Однако ее габаритный размер по вертикали увеличен в сравнении с тройниковой схемой сборки аналогичной конструкции. Требуется более высокая или двухъярусная рабочая площадка на устье.


Особенности конструкции

Относится тройниковая фонтанная арматура к наземной части устьевого оборудования скважины. Нижний ее элемент – трубная головка – универсальный, так как используется и в тройниковых, и в крестовых схемах сборки. Все, что расположено выше по вертикали относительно трубной головки, называется «фонтанной елкой» по регламенту ГОСТ 13846.

Колонная головка и трубная головка с закрепленной на их боковых фланцах запорной, регулирующей арматурой, измерительной аппаратурой выделены в отдельный узел, получивший наименование «трубной обвязки». Согласно этому же стандарту.

Тройниковая фонтанная арматура

 
Классификацию по конструктивному признаку – схеме сборки – на крестовые и тройниковые имеют только фонтанные елки. В указанной нормативной документации (ГОСТ 13846) так же приведены типовые схемы трубных обвязок фонтанной и нагнетательной арматуры.

Полная схема устьевой арматуры на этапе проектирования составляется из этих двух блоков с учетом характеристик скважины, региона и условий эксплуатации. 

Сборочная единица «обвязка трубная» используется в устьевой арматуре для решения следующих задач:
  • опорная площадка под монтаж фонтанной елки;
  • замеры давления внутри затрубного пространства;
  • промывка скважины;
  • закачка в ствол и на забой реагентов, технических жидкостей;
  • герметизация пространств в стволе между НКТ и обсадной колонной эксплуатационного назначения (внутри скважины их может быть несколько);
  • подвешивание колонны НКТ.

Обвязка трубная

 
На трубной обвязке в фонтанирующей скважине может висеть один или два ряда НКТ колонн. Ее конструкция имеет следующий вид:
  • крестовина с трубной подвеской и двумя отводами по бокам напротив друг друга;
  • резьба или муфта для жесткой фиксации НКТ;
  • переводник и стволовая катушка (только для резьбового подвешивания насосно-компрессорных труб);
  • манометр для снятия показаний давления рабочей среды в затрубном пространстве на одном из боковых патрубков крестовика;
  • тройник со стволовой катушкой (только для двух рядов НКТ).
   

Сборочный узел фонтанная елка

Сборочный узел «фонтанная елка» предназначен для решения других задач внутри этой же сборки устьевого оборудования:
  • контроль устьевого давления (буфер скважины);
  • закрытие скважины в случае аварии, ремонта;
  • спуск приборов в ствол;
  • регулирование характеристик эксплуатационного режима;
  • направление потока на замерное устройство через выкидную линию.
В документации ГОСТ 13846 приводится шесть схем елок, при этом первые четыре из них тройниковые.

Тройниковые схемы фонтанной елки

 
А две оставшиеся крестовые.

Крестовые схемы фонтанной елки

 
Особенностями тройниковых схем являются:
  • в верхней части имеется буфер (колпак);
  • рабочая выкидная линя верхняя;
  • запасная (аварийная) выкидная линия нижняя;
  • высота сборки больше, чем у крестовых схем.
Важными элементами трубной обвязки являются штуцеры и дроссели. Штуцерами называются катушки (отрезки труб) для присоединения трубопроводов к резервуарам и между собой. Дроссели фактически являются клапанами мембранного типа с жесткими элементами – пластинами, сечение которых меньше, чем внутри основного трубопровода.

Нерегулируемый дроссель состоит из 2 – 10 мм пластины, зажатой между двумя фланцами с центральным отверстием 3 – 35 мм.

Нерегулируемый дроссель

 
С одной стороны, такой дроссель прост и недорог в изготовлении, легко устанавливается и демонтируется с трубопровода. С другой стороны, песок в составе нефти быстро, и самое главное, неконтролируемо изнашивает внутреннюю поверхность. При увеличении отверстия изменяется режим эксплуатации, соответственно.

Кроме того, струя с содержащимися в ней абразивными материалами на выходе из отверстия не регулируемого дросселя малого диаметра ударяет в стенки трубы. Поэтому после данного регулировочного узла обычно монтируются катушки из толстостенной бурильной трубы 102 – 146 мм длиной около 1 м.

В регулируемом дросселе наконечник игольчатой формы перемещается внутри втулки, регулируя внутреннее сечение по аналогии с вентилем. Дополнительно поток внутри такого устройства изменяет направление под прямым углом. Это вызывает усиленный износ при наличии в нефти песка.

Некоторые производители комплектуют фонтанную арматуру задвижками собственного производства. Другие выпускают только отдельные элементы, комплектуя сборки запорной арматурой сторонних компаний. В зависимости от этого рабочие и массогабаритные характеристики устьевого оборудования могут существенно отличаться.

Назначение

Благодаря двум струнам выкидных линий тройниковая фонтанная арматура чаще используется по своему прямому назначению. То есть устанавливается для добычи фонтанирующим методом. Даже при высоком содержании в нефти абразивных частиц и агрессивных примесей (сероводород, углекислота) ресурс и ремонтопригодность такой схемы получается выше, чем у тройниковых вариантов. 

При необходимости ремонта или замены изношенного тройника основной линии выкида перекрывается средняя задвижка. Работа переводится на нижний патрубок без остановки добычи, и глушения скважины.

Область применения

В указанном в стандарте ГОСТ 13846 виде тройниковая фонтанная арматура используется исключительно на устье скважин, разрабатываемых фонтанирующим способом. Однако после доработки под конкретные условия елки и трубная обвязка становится пригодной для установки на скважины газлифтового метода добычи, с насосами ЭЦН, ШГН, винтового типа. 

Фонтанная елка обозначается ЕФ, арматура АФ или АФК в зависимости от способа подвешивания внутрискважинных трубопроводов. Штангонасосная и электронасосная арматура обозначаются АФНШ и АФНЭ, соответственно. Расшифровка обозначения приводится в документации ГОСТ 13846:
  • первая буква (кириллица) – тип трубопроводной сборочной единицы, Е елка или А арматура;
  • вторая буква – фонтанная Ф или напорная Н;
  • методика крепления трубопровод скважинного – К переводником, в подвеске и муфте не обозначается;
  • тип насосного оборудования – Ш штанговый, Э электроцентробежный;
  • типовая схема елки – 1 – 6;
  • типовая схема трубной обвязки – а две трубных головки, одна колонна НКТ е обозначается;
  • тип управления – А автоматическое, Д дистанционное, В автоматическое удаленное;
  • номинальный диаметр елки – 50 – 150 мм;
  • давление рабочее 14 – 105 МПа;
  • исполнение по коррозионной стойкости – К1 – К3;
  • исполнение климатическое – УХЛ, ХЛ;
  • номер стандарта – ГОСТ 13846.
Кроме отечественного стандарта ГОСТ, арматура соответствует и международному регламенту 6A API.


Характеристики

Изготавливается тройниковая фонтанная арматура на давление 14 МПа по 1 и 3 схеме, на давление 21 МПа, 35 МПа по 1 – 4 схеме (DN 65 мм), 1 схеме (DN 80 мм). При использовании прямоточной запорной арматуры (задвижки) характеристики устьевой арматуры выглядят следующим образом:

Обозначение

Вес в сборе

Высота

Ширина

Длина

АФК1-65Х21

807

1560

790

1360

АФК1-65Х35

1060

1875

760

1350

АФК2-65Х21

880

1920

790

1360

АФК3-65Х21

1023

2050

790

1360

АФК3а-65Х21

1287

2545

790

1360

АФК3-65Х35

1322

2580

760

1350

АФК3а-65Х35

1670

3135

760

1350


  • давление номинальное 14 – 105 МПа;
  • проход условный 2 1/16” – 7 1/16” или 50 – 150 мм;
  • рабочая среда – вода, раствор, нефть, газ;
  • степень агрессивности рабочей среды – высокая до 25% содержания углекислоты и сероводорода;
  • агрегатное состояние рабочей среды – газообразное, жидкое, дисперсионное;
  • температура окружающей и рабочей среды– от -60°С до +121°С;
  • исполнение климатическое – ХЛ, УХЛ;
  • размещение – категория I по нормативам ГОСТ 15150;
  • класс коррозионной стойкости К1 с углекислотой до 6% или К2 с сероводородом и СО2 до 6%;
  • соответствие PR1, PR2 – по регламенту 6A API;
  • класс материалов – АА, ВВ, СС, DD, EE, FF по нормативам 6A API;
  • кованые корпусные детали сборочных единиц.
По каждой из четырех тройниковых схем выпускается более 200 позиций фонтанной арматуры (устьевой обвязки).


Плюсы и минусы

По умолчанию тройниковая фонтанная арматура обладает следующими достоинствами:
  • боковые отводы тройников можно направить в одну сторону, чтобы облегчить обвязку и обслуживание арматуры;
  • схема с двумя тройниками обеспечивает высокий ресурс и ремонтопригодность;
  • конструкции пригодна для добычи нефти с высоким содержанием абразива (песок) и агрессивных веществ (сероводород, углекислота);
  • существуют варианты для однорядной, одноствольной, двухрядной и двухствольной технологии крепления внутрискважинного трубопровода;
  • в сборках с двумя тройниками имеется аварийная линия.
Основным недостатком является высота около 5 м, что неудобно для обслуживания, даже с рабочей площадки. Ее приходится наращивать по высоте или делать двухъярусной.

Схемы фонтанной елки

Первая схема тройниковой фонтанной арматуры обладает следующими отличительными особенностями:
  • один тройник;
  • одноярусный тип елки;
  • одна центральная задвижка;
  • только рабочая линия.
Вторая тройниковая схема фонтанной елки отличается от предыдущего варианта деталями:
  • одноярусная конструкция;
  • один тройник;
  • две центральных задвижки;
  • одна рабочая линия.
 

Схемы фонтанной елки

В третьей схеме присутствуют следующие технические решения:
  • двухъярусная елка;
  • два тройника;
  • одна центральная задвижка;
  • рабочая и запасная выкидная линия.
Четвертая, и последняя фонтанная елка (схема 4) имеет конструктивные особенности:
  • два тройника;
  • конструкция двухъярусная;
  • две центральных задвижки;
  • наличие запасной выкидной линии в добавок к рабочей.
Для каждой из этих схем может использоваться первый или второй тип трубной обвязки:
  • одноствольная однорядная;
  • одноствольная двухрядная.
 

Типы трубной обвязки

В первом случае в скважине подвешена одна колонна насосно-компрессорных труб. Во втором варианте эксплуатируется две концентрических колонны НКТ разного диаметра на одной оси, одна внутри другой.

Для крепления двух скважинных трубопроводов параллельно друг другу может использоваться двухствольная тройниковая устьевая фонтанная арматура.

Двухствольная тройниковая устьевая фонтанная арматура

 
По предварительному согласованию с производителем  елка может устанавливаться под давлением внутри скважинного трубопровода, комплектоваться устройствами для замера температуры/давления в боковых отводах, закачивания ингибиторов в затрубное  пространство и в колонну НКТ.


Материальное исполнение

Согласно регламенту ГОСТ 51365, изготавливается тройниковая фонтанная арматура из следующих конструкционных материалов:
  • углеродистая сталь;
  • низколегированная сталь;
  • нержавеющая сталь с 11% хрома и более мартенситного класса;
  • коррозионностойкие сплавы, в составе которых присутствует нержавеющая сталь.
Фланцевые соединения, крышки и корпуса деталей сборочных единиц должны иметь следующих химический состав:

Химический элемент

Содержание %

45К (только для фланцев с приварной шейкой)

Сталь нержавеющая мартенситная

Сталь низколегированная или углеродистая

Ванадий

0,3

Молибден

1

1,5

Хром

11 – 14

2,75

Никель

4,5

1

Сера

0,05

Фосфор

0,05

Кремний

1,35

1,5

1

Марганец

1,05

1

1,8

Углерод

0,35

0,15

0,45


В поковках и отливках не может содержаться больше 0,035 и 0,04% фосфора и серы.

Таким образом, фонтанная арматура тройникового типа имеет четыре типовых схемы елки и две схемы трубной обвязки. Применяется в скважинах с низким давлением, высокой агрессивностью среды или при наличии в нефти песка.

Возврат к списку