Готовый диплом. Исследование фонтанных скважин очень важная часть промыслового исследования скважин. Исследование фонтанных скважин весьма ответственный, многоплановый, непростой процесс,
 Скачать 2.84 Mb.
|
|
1.8 Лубрикатор устьевой скважинный Л 65х14, ЛУ 65х21, ЛС 65х35, 70 МПа Лубрикатор предназначен для герметизации устья скважины при спуске в нее глубинных приборов или инструментов. В лубрикаторе применено двухступенчатое сальниковое уплотнение с возможностью замены рабочего сальника под давлением. Имеется устройство для контроля давления и слива продукта. [23] Таблица 1.3 - Технические характеристики
а также возможно изготовление лубрикаторов из двух составных частей – предназначенные для более удобной транспортировки. Предельные значения температуры: - окружающего воздуха: от плюс 40 °С до минус 40 °С - скважинной жидкости: не более плюс 100 °С Коррозионно-стойкое исполнение - К2. Лубрикатор скважинный применяется для герметизации устья скважины при спуске приборов для проведения гидродинамических геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. Лубрикатор оборудован устройством для контроля давления и слива продукта. В лубрикаторе применено как одноступенчатое, так и двухступенчатое сальниковое уплотнение с возможностью замены рабочего сальника под давлением. Дополнительная комплектация Площадка для обслуживания и установки лубрикатора Электронный счетчик положения и скорости. [23] 2 Специальная часть 2.1 Анализ авторских свидетельств Авторское свидетельство № 2289674 Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах приборами и инструментами на кабеле и проволоке. Известен лубрикатор, содержащий уплотнительное устройство для контактной герметизации каротажного кабеля, включающее корпус с установленными в нем контактным уплотнителем и нажимной втулкой, взаимодействующей с резьбовой втулкой (Ю.В.Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением». М.: Недра, 1982, стр.167-168). Такая конструкция уплотнительного устройства позволяет герметизировать гибкий элемент (каротажный кабель или скребковую проволоку) в процессе проведения спуско - подъемных операций глубинных приборов в нефтяных и газовых скважинах при избыточном давлении на устье. В известном устройстве герметизация создается предварительным поджимом уплотнителя, подтяжкой резьбовой втулки и передачей усилия затяжки на уплотнитель через нажимную втулку. Недостатком такого устройства является то, что изменение степени воздействия уплотнителя на гибкий элемент для снижения утечек скважинного флюида можно выполнить только при непосредственном доступе оператора к резьбовой втулке. Это весьма сложно выполнить, особенно при большой высоте лубрикатора или при работе на скважинах, продукция которых содержит токсичные компоненты, такие как сероводород. Известен лубрикатор с устройством для контактной герметизации гибкого элемента, содержащим корпус с размещенными в нем контактным уплотнителем и нажимной втулкой, взаимодействующей с подпружиненным поршнем, установленным в гидроцилиндре, закрепленном на корпусе (Ю.В.Зайцев и др. «Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением». М.: Недра, 1982, стр.167-168). Такое устройство позволяет обеспечить дистанционное регулирование нагружения уплотнителя подачей давления в полость гидроцилиндра. Недостатком описанного данного устройства является то, что для его работы постоянно требуется наличие источника высокого давления жидкости, например ручного плунжерного насоса, и линии для соединения источника высокого давления с гидроцилиндром. Известен также лубрикатор, содержащий устройство для контактной герметизации гибкого элемента, включающее корпус с размещенными в нем контактным уплотнителем и нажимной втулкой, взаимодействующей с подпружиненным поршнем, установленным в гидроцилиндре, который закреплен на корпусе; гидроцилиндр дополнительно снабжен резьбовой втулкой, установленной с возможностью взаимодействия с подпружиненным поршнем («General products catalog Hydrolex Inc. Easter Oil Tools Ptc. Ltd», стр.7). Данное устройство обеспечивает нагружение уплотнителя либо за счет предварительной подтяжки резьбовой втулки, либо путем подачи давления в гидроцилиндр, т.е. реализуется возможность универсального применения одного устройства вместо двух ранее упомянутых. Недостатком данного устройства является то, что при предварительном нагружении уплотнителя с помощью резьбовой втулки происходит одновременное перемещение подпружиненного поршня устройства, что уменьшает рабочий ход подпружиненного поршня и резко снижает эффективность уплотнителя при дистанционном нагружении. Таким образом, в известных конструкциях лубрикаторных установок не представляется возможным при проведении спуско-подъемных операций компенсировать износ уплотнительного элемента за счет его предварительного сжатия. Это приводит к ухудшению экологической обстановки за счет повышенной утечки скважинного флюида в атмосферу, создает необходимость превентивной замены уплотнителя, имеющего небольшой износ, до начала скважинных работ. Сущностью изобретения является повышение надежности уплотнения гибкого элемента в лубрикаторе, снижение утечек скважинного флюида, уменьшение расхода уплотнительных элементов. Это достигается тем, что уплотнительное устройство для контактной герметизации гибкого элемента лубрикатора выполняется в виде конструкционного узла, содержащего контактный уплотнитель, нажимную втулку, подпружиненный поршень, установленный в гидроцилиндре, и резьбовую втулку, причем подпружиненный поршень выполнен в виде перевернутого стакана с резьбовой втулкой в качестве дна, который одет на закрепленный в нижней части гидроцилиндра упор уплотнителя, размещенного в полости стакана, в результате чего обеспечивается возможность осуществления поджима уплотнителя резьбовой втулкой или нагружение его при помощи подпружиненного поршня независимо друг от друга, что в конечном счете позволяет осуществлять предварительную компенсацию износа уплотнителя в широких пределах без ограничения хода подпружиненного поршня. При таком выполнении устройства поджим уплотнителя резьбовой втулкой или нагружение его при помощи подпружиненного поршня осуществляется независимо друг от друга, в связи с чем можно осуществлять предварительную компенсацию износа уплотнителя в широких пределах без ограничения хода подпружиненного поршня. Кроме того, такая конструкция существенно облегчает замену уплотнителя, для чего необходимо лишь вывернуть из верхней части подпружиненного поршня резьбовую втулку, извлечь нажимную втулку и уплотнитель. При работе уплотнительного устройства в процессе обеспечения герметизации гибкого элемента за счет нагружения уплотнителя при помощи подпружиненного поршня нагрузка на уплотнитель создается при минимальном трении о стенки корпуса, поскольку уплотнитель, размещенный в самом подпружиненном поршне, не имеет сколь нибудь существенного перемещения по отношению к внутренней стенке подпружиненного поршня. Зона максимального сжатия уплотнителя, которая обеспечивает герметизацию гибкого элемента, создается в нижней его части на контакте с упором гидроцилиндра, т.е. со стороны действия скважинного флюида. При этом силы трения перемещения уплотнителя относительно стенки подпружиненного поршня и относительно герметизируемого элемента направлены в противоположные стороны, что снижает неравномерность контактных давлений между уплотнителем и гибким элементом. Это увеличивает износостойкость и герметичность уплотнителя, а также снижает сопротивление при движении гибкого элемента. При снятии нагрузки с подпружиненного поршня снижением управляющего давления обеспечивается более надежная разгерметизация уплотнителя, который перемещается под действием скважинного флюида. Одновременно обеспечивается образование зазора между гибким элементом и уплотнителем за счет расклинивающего действия скважинного флюида. Это исключает эффект самозапирания (схлопывания) уплотнителя под действием высокого давления скважинного флюида. Такое явление имеет место при работе с известными уплотнительными устройствами на скважинах с высоким избыточным давлением на устье. Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет значительно повысить эффективность работы в устройствах для контактной герметизации гибкого элемента. Изобретение было реализовано при изготовлении и испытании лубрикатора в полевых условиях для исследования нефтяных и газовых скважин. На чертеже представлена схема устройства в разрезе. Устройство состоит из гидроцилиндра 1 с радиальным отверстием 2. В гидроцилиндре 1 установлен упор 3, на который одет подпружиненный поршень 4, выполненный в виде стакана, подпираемого снизу пружиной 5. В полости 6 подпружиненного поршня 4 установлен уплотнитель 7 гибкого элемента 8, нажимная втулка 9 и резьбовая втулка 10. Резьбовая втулка 10 является дном стакана, запирающим полость 6. Между гидроцилиндром 1 и поршнем 4 имеется кольцевая щель 11, которая сообщена со штуцером 12, закрепленным в стенке гидроцилиндра 1. На гидроцилиндре 1 установлен поворотный кронштейн 13, снабженный подшипниками 14 и 15. Поворотный кронштейн 13 зафиксирован от осевого перемещения вверх с помощью кольца 16. На кронштейне 13 установлена стойка 17 с поворотным блоком 18 и ограничителем 19. В нижней части гидроцилиндра 1 имеется накидная гайка 20 для закрепления устройства на трубах камеры лубрикатора (не показана). Работа устройства заключается в следующем. Устройство монтируется на верхней трубе камеры лубрикатора при помощи накидной гайки 20. Уплотнитель 7 с пропущенным через устройство гибким элементом 8 предварительно нагружается резьбовой втулкой 20. При этом создается нагрузка на уплотнитель 7 через нажимную втулку 9, обеспечивающую поджатие уплотнителя 7 и выборку зазора между уплотнителем 7 и гибким элементом 8. После установки устройства на трубах камеры лубрикатора при помощи накидной гайки 20 и пропуска уплотняемого элемента 8 через поворотный блок с ограничителем 19 производят выравнивание давления в камере лубрикатора и в скважине, после чего выполняют спуск прибора, подвешенного на кабеле или проволоке 8, в скважину. В процессе спуска прибора в случае повышенного пропуска скважинной среды через зазор между уплотнителем 7 и уплотняемым элементом производится поджим поршня 4 рабочей жидкостью через штуцер 12 и кольцевую щель 10. Поршень 4, двигаясь вниз, перемещает вместе с собой резьбовую втулку и нажимную втулку 9, которая обеспечивает деформирование уплотнителя 7 на контакте с упором 3. Деформация уплотнителя 7 обеспечивает перекрытие зазора между уплотнителем 7 и уплотняемым элементом 8 в нижней части уплотнителя 7, что приводит к сокращению пропусков скважинной среды. Поворотный блок 18, установленный на поворотном кронштейне 13 с подшипниками 14 и 15, является самоустанавливающейся опорой уплотняемого элемента 8 и предотвращает последний от износа при проведении спуско-подъемных операций. После спуска прибора на заданную глубину давление рабочей жидкости в кольцевой щели 11 увеличивают. Это вызывает дальнейшее опускание поршня 4 вниз и обеспечивает полную деформацию уплотнителя 7, который перекрывает зазор между уплотняемым элементом 8 и уплотнителем 7 и обеспечивает полное перекрытие утечек скважинной среды в атмосферу. Перед началом движения уплотняемого элемента 8 давление в кольцевой щели 11 снижают стравливанием рабочей жидкости через штуцер 12. При этом поршень 4 под действием пружины 5 поднимается вверх, что прекращает силовое воздействие поршня 4 на уплотнитель 7, который расклинивается скважинной средой, освобождая уплотняемый элемент 8. Радиальное отверстие 2 обеспечивает свободный выход или вход воздуха при перемещении поршня 4 в корпусе 1. При отсутствии необходимости полной ликвидации утечек скважинной среды в процессе проведения работ можно ограничиться предварительным поджатием уплотнителя 7, резьбовой втулкой 10 без применения в дальнейшем гидравлического управления. Технический результат выражается в повышении надежности уплотнения гибкого элемента в лубрикаторе, снижении утечек скважинного флюида, уменьшении расхода уплотнительных элементов.  Рисунок 2.3.Начальное положение премной камеры Формула изобретения Лубрикатор для исследования нефтяных и газовых скважин, состоящий из превентора, приемной камеры и устройства для контактной герметизации гибкого элемента (каротажного кабеля или скребковой проволоки), содержащий уплотнитель, нажимную втулку, подпружиненный поршень, установленный в гидроцилиндре, и резьбовую втулку, отличающийся тем, что подпружиненный поршень выполнен в виде перевернутого стакана с резьбовой втулкой в качестве дна, надетого на закрепленный в нижней части гидроцилиндра упор уплотнителя, размещенного в полости стакана, в результате чего обеспечивается возможность осуществления поджима уплотнителя резьбовой втулкой или нагружение его при помощи подпружиненного поршня независимо друг от друга, что в конечном счете позволяет осуществлять предварительную компенсацию износа уплотнителя в широких пределах без ограничения хода подпружиненного поршня. Авторское свидетельство № 37148 Геофизическое оборудование для герметизации устья эксплуатационных скважин при проведении геофизических исследований и работ под давлением, состоящее из секционной камеры, уплотнительного устройства, кабельного превентора и сигнализирующего устройства, отличающееся тем, что обладает высокой надежностью, малой металлоемкостью и наличием не менее двух типов уплотнительных устройств: контактного и газодинамического, имеет в своем составе грузозахватное приспособление для монтажа - демонтажа лубрикатора на фонтанную арматуру с помощью геофизической вышки. Установка лубрикаторная геофизическая УЛГ 65х14. Полезная модель относится к геофизическому оборудованию для геофизических исследований и работ в эксплуатационных скважинах с избыточным давлением на устье. Оборудование позволяет выполнить спуск и подъем различных скважинных приборов и устройств при геофизических исследованиях в скважинах под давлением. Известны конструкции отечественных и зарубежных лубрикаторных установок, описанных в книге « Освоение и ремонт нефтяных и газовых скважин под давлением», авторы Ю.В. Зайцев и др. М. Недра, 1982. В качестве прототипа выбрана лубрикаторная установка, разработанная трестом «Союзгазгеофизика» и демонтированная на ВДНХ СССР в 1983г. Недостатками оборудования прототипа являются: - отсутствие устройства, предотвращающего падение прибора в скважину; - отсутствие контактного уплотнительного устройства. Отличительной особенностью предлагаемой полезной модели является высокая надежность, наличие многофункциональных уплотнительных устройств, обеспечивающих герметизацию устья скважин при проведении геофизических исследований и работ в скважине, малая металлоемкость конструкции при достаточной механической прочности, простота обслуживания, наличие сигнализирующего устройства, предотвращающего падение прибора в скважину в случае аварийной ситуации – отрыва прибора от кабеля в камере лубрикатора. В состав лубрикаторной установки входят : секционная камера 3, уплотнительное устройство 7, кабельный превентор 8 и сигнализирующее устройство 6 с манометрическим краном 9. Уплотнительное устройство 7 крепится к верхней части секционной камеры быстросоединяющей гайкой. К нижней части секционной камеры быстросоединяющей гайкой крепится сигнализирующее устройство 6. Кабельный превентор 8 быстросоединяющей гайкой соединен с сигнализирующим устройством 6. Секционная камера является связующим звеном между сигнализирующим устройством 6 и уплотнителем устройством 7, предназначается для размещений в ней геофизических приборов (перфораторов) с грузами. Секционная камера состоит из заменяемых труб разной длины, с помощью которых можно изменять размер секционные камеры в зависимости от давления на устье скважины и высоты фонтанной арматуры. Превентор кабельный предназначен для гирметизации устья скважины с находящимся в ней геофизическим кабелем с прибором (перфоратором) и грузами, с целью предотвращения утечки газа и проведения ремонтных работ в лубрикаторной установки.  Рисунок 2.4. Установка лубрикаторная геофизическая УЛГ 65х14.
3 Расчетный раздел 3.1 Расчет корпуса лубрикатора, находящийся под действием внутреннего давления газа Для спуска или подъема на проволоке или канате инструментов, применяемых при посадке и извлечении газлифтных клапанов, применяют специальную установку для проведения скважинных работ, смонтированную на шасси автомобиля. Лубрикатор скважинный применяется для герметизации устья скважины при спуске приборов для проведения гидродинамических геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. Лубрикатор оборудован устройством для контроля давления и слива продукта. В лубрикаторе применено как одноступенчатое, так и двухступенчатое сальниковое уплотнение с возможностью замены рабочего сальника под давлением. Технические характеристики Рабочее давление, МПа от 21 до 70 МПа Диаметр скребковой проволоки ,мм от 1,8 до 2,5, а также под кабель от ø6,3 мм Сальниковое уплотнение 2-х ступенчатое Высота, мм по заказу потребителя Возможно изготовление лубрикаторов из двух составных частей – предназначенные для более удобной транспортировки. Корпус, состоящий из проушины - 1, бобышки - 2 , втулки - 3, цилиндрического стакана - 4 и фланца - 5, находится под действием избыточного внутреннего газа р равно 21 МПа. Таблица 3.1 - Технические характеристики
Коэффициент запаса прочности выбираем равным 3,8. Тогда допускаемое напряжение для стали 35 при расчете данного корпуса будет равно Диаметр цилиндрического стакана Dв равен 72мм, длина равна 2000мм. Рабочая температура в корпусе превышает 100  . Определить толщину стенки корпуса. Предел прочности при растяжении  в для стали 35 по данным таблицы 3.2 принимаем равным 500 МПа.Таблица 3.2 - Пределы прочности при растяжении тонколистовой и горячекатаной толстолистовой сталей
Таблица 3.3 - Коэффициенты запаса прочности для труб
[ ] =  = 132 Па = 132 МПа.Толщину стенок корпуса лубрикатора находят по формуле  =  + с , ( 3.1 )где  - внутреннее давление газа в корпусе;  - внутренний диаметр цилиндрического стакана; [ ] - допускаемое напряжение при растяжении для материала стенки корпуса;  - коэффициент прочности; с – прибавка на коррозию к толщине стенки корпуса.Толщина стенки корпуса по формуле (3.1) будет равна (без учета прибавки на коррозию) =  = 0,0047 м.Принимаем ее равной 5мм. Таблица 3.4 - Значения модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона для некоторых материалов (при температуре ±40 )
Для стали по таблице 1.8 принимаем модуль продольной упругости Е=2  Па, коэффициент Пуассона  = 0,3.Наружное давление, при котором теряется устойчивость корпуса лубрикатора, называют критическим. Оно зависит от геометрической формы, размеров и от физических свойств материала корпуса . Стакан корпуса подразделяется на длинные и короткие. В качестве критерия для сравнения служит критическая длина стакана корпуса, рассчитываемая по формуле L кр = 4,644  , (3.2 )где  - радиус стакана корпуса; – толщина стенки оболочки; - коэффициент Пуассона материала стакана корпуса.Критическая длина сосуда по формуле (2) равна L кр = 4,644  = 12,7 м.В упругой стадии критическое давление зависит не от прочности материала, а от модуля упругости и коэффициента Пуассона, критическое давление находим по формуле N = 1 +  , ( 3.3 )N = 1 +  = 21МПа; кр =  +  , ( 3.4 ) кр =  +  = 49603 ++ 457876,43 = 19738271 Па = 19,74 МПа; Рабочее давление принимают в несколько раз меньше критического =  , ( 3.5)где  – коэффициент, называемый запасом устойчивости.При запасе устойчивости =  = 0,91 находим =  = 20,88МПа 21 МПа;Отсюда заключаем, что выбранная толщина стенки корпуса удовлетворяет условиям работы. 3.2 Расчет и конструирование фланцевых соединений Рассчитать фланцевое соединение крышки с корпусом лубрикатора. Внутренний диаметр корпуса равен 72мм. Давление в корпусе не превышает р равно 21 МПа, а температура не более 200 .Толщина стенки фланца 26 мм. Исходя из справочных данных ГОСТ12820 – 80, ориентировочно принимаем: внутренний диаметр фланца 80мм; наружный диаметр привалочной поверхности 124мм; диаметр болтовой окружности б равен 190мм; толщину фланца принимаем 50мм; размер выступа привалочной поверхности 20мм; толщину прокладки п 10 мм; диаметр болта  равным 30мм.Таблица 3.5 - Параметры и характеристики прокладок
Фланцевые соединения при рабочих параметрах давления и температуры должны позволять быструю и многократную разборку и сборку. Поверхность фланца, предназначенная для соприкосновения с прокладкой, называется привалочной. Она обычно выступает над плоскостью фланца. Значение прокладки заключается в том, чтобы уплотнить зазор между привалочными поверхностями и воспрепятствовать утечке жидкости или газа через этот зазор.Прокладка должна быть достаточно эластичной, чтобы при минимальном сжатии надежно уплотнять соединение и сохранять герметичность при деформации привалочных поверхностей, вызываемой затягом болтов; не изменять своей эластичности во время эксплуатации; не портить привалочные поверхности. В результате сжатия в прокладках возникает напряжение, минимально необходимая величина, которого называется посадочным напряжением (принимается по таблице 3.5) Расчет фланцевого соединения включает расчет количества болтов с учетом их прочности и расчет толщины фланцев, которые проводят на условное давление (принимается в зависимости от заданного рабочего давления). Для проведения расчета количества болтов требуется конструктивный выбор формы и материала прокладки. Из этих данных находим геометрическую ширину прокладки b = 0,5  Принимаем привалочные поверхности плоскими с двумя рисками. Приведенная и эффективная ширина прокладки соответственно будут равны bʹ = 0,5  b0= 2,48 Расчетный диаметр прокладки , таким образом , будет равен  = 124 2 8,225  .В качестве прокладочного материала выбираем мягкую резину (выше 75 по Шору) из таблицы 1.9,находим коэффициент удельного давления ( = 1) и посадочное напряжение (1,35МПа).Нагрузка на болты от давления определяем по формуле (3.6)  Нагрузка на болты от затяжки определяем по формуле (3.7)  Болты будем изготовлять из стали 30. При значении предела прочности болтов, равного примерно 450МПа, допускаемое напряжение будет равно [ ] =   69 МПа.Допускаемая нагрузка на один болт определяем по формуле (3.8)  Количество болтов определяем по формуле (3.9)  =  = 8Количество болтов из условия надежного сжатия прокладки, т.е. расположения их по болтовой окружности на расстоянии четырех диаметров =  = 8,282Принимаем количество болтов, равное 8. Фланцы изготовляем из стали Ст3, для которой можно принять [  ] = 80МПа. Тогда толщина фланца по формуле (3.10) =  = 47,876мм.Толщину фланца окончательно принимаем равной 50 мм. 4 Безопасность и охрана труда | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в, МПа
в