учебное. Учебное пособие. Контроле над процессами в скважине
 Скачать 6.19 Mb.
|
|
15K - 13 5/8 – RSR D AG – Сборка противовыбросового оборудования на рабочее давление 15000 psi (103,5 МПа) с проходным сечением 13 5/8 дюйма (346,1 мм) включающая с низу вверх: плашечный превентор с одной парой плашек, циркуляционную крестовину, сдвоенный плашечный, кольцевой превентор и пращающийся превентор (рисунок 16). 33 Rd G A S R Рисунок 16 – Сборка противовыбросового оборудования типа RSR d AG В отечественной практике приняты типовые схемы обвязки противовыбросового оборудования по ГОСТ 13862-90 устанавливающие минимальное количество необходимых составных частей блока превенторов и манифольда. Пример обозначения схемы обвязки: ОП9с-280/80×70 -Оборудование противовыбросовое по схеме 9 на рабочее давление 70 МПа с условным диаметром проходного сечения превенторного блока 280 мм, превентором со срезающими плашками (буква с) и манифольдом с условным диаметром проходного сечения 80 мм. 34 Корозионное исполнение противовыбросового оборудования: 1. К1 – С объемным содержанием СО 2 до 6%; 2. К2 – С объемным содержанием СО 2 и Н 2 S до 6% каждого; 3. К3 - С объемным содержанием СО 2 и Н 2 S до 25% каждого. Примеры обозначения превенторов: ППГ-350×35К2 - Превентор плашечный с гидроприводом с условным диаметром проходного сечения 350 мм, на рабочее давление 35 МПа для сред типа К2. ПУ-1-230×35 - Превентор универсальный с гидроприводом с условным диаметром проходного сечения 230 мм, на рабочее давление 35 МПа. 4.3.1 Плашечные превентры Плашечные превенторы называются так потому, что для герметизации устья скважины используют плашки (трубные, глухие и т.д.). Конструктивно плашечный превентор состоит из следующих основных частей (рисунок 17): 1. Корпуса; 2. Блока крышки с устройством захвата и уплотнениями; 3. Блока плашки. 1 2 3 Рисунок 17 – Основные элементы плашечного превентора 35 Корпус плашечного превентора является основной несущей частью, на которую, и внутри которой, располагаются все остальные детали преветнтора. В качестве примера устройства плашечного превентра рассмотрим конструкцию одного из самых распространенных и часто описываемых превентра – модель «U» фирмы Cameron (рисунок 18). Корпус Коннектор гидроуправления Крышка Поршень и цилиндр для смены плашек Основной поршень Шток Блок плашки Основной цилиндр Фланцевое соединение корпуса Упорный винт Рисунок 18 – Основные элементы превентра «U» фирмы Cameron К корпусу превентора по средствам болтов крепятся крышки, в крышке расположены уплотнительные элементы штока, основной цилиндр и основной поршень, обеспечивающие закрытие превентора, два поршня и цилиндра для смены плашек с использованием гидравлической системы питающейся через коннектор гидроуправления. Упорный винт фиксирует плашку в закрытом положении и препятствует ее самопроизвольному открытию. Соединение между корпусом и крышкой, в которой движется 36 поршень и шток, оснащено самоуплотняющейся прокладкой со стороны скважины и кольцевым уплотнением со стороны рабочей камеры поршня. Между этими двумя уплотнениями располагается контрольное отверстие, сообщающееся с атмосферой (что позволяет обнаружить возможную утечку), а также аварийное уплотнение (дополнительная система герметизации) за счет возможности нагнетания пластиковой уплотнительной набивки. Аварийное уплотнение представляет собой вспомогательную систему герметизации, которая должна применяться только тогда, когда отсутствует возможность ремонта превентора (рисунок 19). Основной Поршень Аварийное уплотнение штока Первичное уплотнение штока Шток Контрольное отверстие Рисунок 19 – Узел аварийной герметизации штока Удачная конструкция и надежность превентора типа «U» послужила основой для создания фирмой Cameron (в дальнейшем компания стала называться Cooper Cameron) превентора «U II» (рисунок 20). Превентор «U II» является сдвоенным и имеет полное гидравлическое управление с клиновой фиксацией плашек (отдельно гидроуправляемый механизм 37 фиксации плашек). Благодаря уменьшенному на 30 % ходу поршня удалось уменьшить его габаритные размеры и вес. Специально изготовленные уплотнения плашек и штока позволяют использовать превентор до температуры 120 ºС и в среде H 2 S. Клиновой механизм фиксации с гидроуправлением Поршень Узел плашки с уплотнениями Поршень и цилиндр для смены плашек Коннектор гидроуправления Рисунок 20 - Основные элементы превентра «U II» фирмы Cameron Между тем, существуют и другие производители плашечных превенторов. Кроме Cooper Cameron (основатель фирмы Harry S Cameron и James S Abercrombie изготовили свой первый превентор в 1922 году) необходимо отметить превенторы фирм Hydril и Shaffer. На рисунке 21 изображен плашечный превентор фирмы Hydril. Превентор имеет гидравлический привод и механизм фиксации плашек, открывающуюся поворотную крышку с уплотнениями и контрольное отверстие для контроля состояния первичного уплотнения штока. 38 Уплотнение крышки Поршень Блок плашки Механизм фиксации Контрольное отверстие Уплотнение плашки Фланец бокового отвода Корпус Рисунок 21 – Основные элементы плашечного превентора фирмы Hydril Уплотнение крышки Цилиндр Шток Поршень Уплотнение штока Уплотнение плашки Уплотнение цилиндра Аварийное уплотнение Фланец бокового отвода Контрольное отверстие Рисунок 22 – Основные элементы плашечного превентора фирмы Shaffer 39 Механизм фиксации плашек, превентра фирмы Shaffer, изображенного на рисунке 22, расположен в корпусе поршня. Наличие боковых фланцев, для присоединения линий глушения и дросселирования позволяет использовать превенторы без циркуляционной крестовины. Механизм фиксации плашек представляет собой закрепленные на передней части цилиндра зажимающие пластины, которые фиксируют шток, зажимая резьбовую поверхность упорного винта (рисунок 23). В различных моделях плашечных превенторов можно встретить множество различных механизмов фиксации плашек, однако важно то, что такой механизм гарантированно фиксирует плашки и не позволяет им передвигаться от давления в скважине. Согласно требованиям руководящих инструкций, механизм фиксации плашек должен быть на всех моделях плашечных превенторов. Зажимающие пластины Шток Цилиндр Поршень Упорный винт Механизм фиксации Рисунок 23 – Механизм фиксации плашек Основным герметизирующим элементом в плашечных превенторах является плашка. Конструкции плашек дают возможность: 40 - герметизации скважины со спущенными бурильными/обсадными трубами с помощью трубных плашек и плашек с изменяемым переменным сечением; - герметизации скважины в отсутствии инструмента с помощью глухих плашек; - герметизации скважины со срезанием колонны бурильных/обсадных труб. Кроме того, конструкция плашки и элементов плашечного превентора должны обеспечить возможность подвешивания колонны бурильных труб. При этом необходимо помнить, что подвешивание колонны труб на плашки с изменяемым переменным сечением требует большей осторожности. Конструктивно плашки противовыбросовых превенторов разработаны для герметизации подплашечной области, поэтому при гидравлических испытаниях необходимо учитывать данный факт и создавать давление в подплашечной области. Верхнее уплотнение Основное торцевое уплотнение Корпус плашки Рисунок 24 – Элементы трубных плашек для превенторов «U» и «U II» фирмы Cameron 41 Верхнее уплотнение Корпус плашки Уплотнение с изменяемым переменным сечением Рисунок 25 – Элементы плашек с изменяемым переменным сечением для превенторов «U» и «U II» фирмы Cameron Боковые уплотнения Верхнее уплотнение Корпус верхней срезающей плашки Торцевое уплотнение Верхнее срезающее лезвие Рисунок 26 – Элементы срезающих плашек для превенторов «U» и «U II» фирмы Cameron 42 Нижняя срезающая плашка Верхняя срезающая плашка Рисунок 27 – Внешний вид верхней и нижней срезающих плашек Уплотнение плашки Корпус плашки Рисунок 28 – Внешний вид трубной плашки для превенторов фирмы Shaffer 43 Рисунок 29 – Основные элементы срезающих плашек для превенторов фирмы Shaffer: 1 - Верхний держатель, 2 - Нижний держатель, 3 - Верхний вкладыш плашки, 4 - Нижний вкладыш плашки, 5 - Верхнее уплотнение, 6 - Нижнее уплотнение, 7 - Нижнее срезающее лезвие, 8 – Фиксатор, 9 - Кольцевое уплотнение, 10 – Фиксатор, 11 – Винт, 12 - Кольцевое уплотнение, 13 - Шайба Рисунок 30 – Внешний вид срезающих плашек для превенторов фирмы Shaffer 44 Рисунок 31 – Внешний вид срезающих плашек для обсадных труб фирмы Shaffer Плашка с переменным изменяемым сечением в сборе Пакерующий элемент плашки с переменным изменяемым сечением Рисунок 32 – Внешний вид плашки с изменяемым переменным сечением фирмы Hydril 45 На рисунках 24 – 32 приведены различные конструкции плашек различных производителей, детальное ознакомление с основными конструктивными элементами плашек показывает, что за исключением конструкции держателей плашек и присоединения их к штоку превентора, расположение пакерующих и рабочих элементов имеет сходную конструкцию и место расположения на плашке. Производители плашечных превенторов, кроме того, дают информацию о соотношении закрытия и открытия противовыбросового превентора. • Это давление в камере превентора необходимое для открытия или закрытия плашек с учетом давления в скважине Например: Для того, что бы закрыть плашки при давлении в скважине 35 МПа и соотношении закрытия превентора 7:1 необходимо подать давление в камеру закрытия 5 МПа. К плашечным превенторам предъявляется ряд требований, относительно рекомендуемого давления испытания и времени их закрытия. Так, рекомендуемое давление испытания в соответствии с требованиями API RP 53: - для превенторов с номинальным рабочим давлением 35 МПа (5000 psi) включительно – 100% от номинального рабочего; - для превенторов с номинальным рабочим давлением более 35 МПа (5000 psi) - 150% от номинального рабочего. Рекомендуемое максимальное время закрытия – 30 секунд или менее. 46 4.3.2 Кольцевые превентры Конструктивно, кольцевые превенторы представляют собой цилиндрический корпус, внутри которого расположен кольцевой пакерующий элемент (элементы), уплотнения рабочего поршня и сам поршень. Герметизация устья осуществляется при воздействии рабочего поршня на кольцевой пакерующий элемент и плотного охвата последним поверхности инструмента внутри скважины. Поскольку охватываемая поверхность может быть не только цилиндрической, кольцевые превенторы еще называют универсальными. Таким образом, кольцевые превенторы используются для: - герметизации устья скважины при любой части бурильной колонны (тело трубы, замок, высаженная часть, ведущая бурильная труба) и открытом проходном сечении; - работы с бурильной колонной при герметизированном устье. Основными производителями кольцевых превенторов так же являются фирмы Hydril, Shaffer и Cameron. На рисунках 33 – 35 приведены конструктивные элементы кольцевых противовыбросовых превенторов Hydril GX, Hydril GK, Hydril GL и Hydril MSP. В основном конструкции превенторов Hydril GX, Hydril GK, Hydril GL и Hydril MSP аналогичны, однако, они рассчитаны на разное максимальное давление и имеют ряд конструктивных особенностей. Так, превентор Hydril GK имеет в верхней части запорной крышки отверстие для контроля положения поршня, позволяющее контролировать степень его закрытия. 47 Запорная крышка Защитная плита Пакерующий элемент Крышка камеры открытия Камера открытия Камера закрытия Поршень Уплотнения поршня Рисунок 33 – Основные элементы кольцевого привентора фирмы Hydril модель GX на давление до 103,5 МПа (15000 psi) 48 Защитная плита Пакерующий элемент Запорная крышка Камера открытия Поршень Камера закрытия Уплотнения поршня Отверстие для контроля положения поршня Рисунок 34 – Основные элементы кольцевого привентора фирмы Hydril модель GK на давление до 138 МПа (20000 psi) 49 Запорная крышка Защитная плита Пакерующий элемент Уравнове- шивающая камера Камера открытия Камера закрытия Поршень Уплотнения поршня Рисунок 35 – Основные элементы кольцевого привентора фирмы Hydril модель GL на давление до 35 МПа (5000 psi) 50 Запорная крышка Защитная плита Пакерующий элемент Камера закрытия Поршень Уплотнения поршня Рисунок 36 – Основные элементы кольцевого привентора фирмы Hydril модель MSP на давление до 13,8 МПа (2000 psi) 51 Превентор Hydril GL имеет дополнительную уравновешивающую камеру, которая предназначена для уравновешивания между давлениями флюида в скважине и давлением закрытия/открытия превентора. Модель MSP это кольцевой превентор большого диаметра с проходным сечением до 762 мм (30 дюймов), имеет только камеру закрытия, открывается за счет стравливания давления в камере закрытия. Кроме того, для каждой модели превенторов фирмы Hydril производиться свой тип пакерующего элемента (рисунок 37). Рисунок 37 – Основные виды пакерующих элементов фирмы Hydril Пакерующий элемент GK способен герметизировать устье скважины при полном наминальном рабочем давлении в 138 МПа (20000 psi) в условиях отсутсвия в скважине инструмента при диаметре проходного сечения 346 мм (13 5/8 дюйма). Пакерующий элемент GL (Long live) предназначен для более частого использования и выдержмвает самое большое количество циклов закрытия и открытия. Элемент GX выдерживает более 300 циклов испытаний и воздействие температуры до 130 ºС. 52 Материалы из которых изготавливаются пакерующие элементы позволяют использовать их в условиях отрицательных и положительных температур, а так же в различных средах (вода, нефть, газ и их смеси). Пакерующий элемент из натурального каучука предназначен для бурения с растворами на водной основе. Натуральный каучук может использоваться при действии температуры от – 1 ºС до + 130 ºС. При правильном использовании пакерующий элемент из натурального каучука обеспечивает самый длительный срок службы. Изделие из нитриловой резины (синтетический состав) используется при бурении с растворами на углеводородной основе (добавками нефти). Пакерующий элемент наиболее эффективен при температурах от – 7 ºС до 87 ºС. Пакерующий элемент из неопреновой резины предназначен для низких температур используется при бурении с растворами на углеводородной основе (добавками нефти). Эффективен в диапазоне температур от – 34 ºС до + 76 ºС, обладая лучшей эластичностью при низких температурах, нежели нитрил, неопрен существенным образом теряет свои свойства при высокой температуре. Превентр фирмы Shaffer модель Spherical имеет оригинальную конструкцию (рисунок 38), его пакерующий элемент (рисунок 39) выполнен из эластичного материала и металлических клиньев образующих при закрытии превентра полусферу. Модель Spherical выпускается с несколькими вариантами крепления запорных крышек. На рисунке 38 представлена модель с запорной крышкой закрепленной с помощью клиньев, но существуют варианты с креплением запорной крышки по средствам шпилек и гаек. 53 Запорная крышка Пакерующий элемент Камера открытия Поршень Камера закрытия Рисунок 38 – Основные элементы превентора фирмы Shaffer модель Spherical Стальные сегменты Уплотнительный элемент Рисунок 39 – Конструкция пакерующего элемента превентора фирмы Shaffer модель Spherical 54 Верхняя крышка Отверстие для доступа к замковому кольцу Отверстия Транспор- тировочные серьги Камера открытия поршня Поршень Каналы гидроуправления для закрытия превентора Корпус Контрольное отверстие Каналы гидроуправления для открытия превентора Уплотнения пакера Замковое кольцо Откидные защелки для доступа к замку Внутренний пакерующий элемент Наружний пакерующий элемент Рисунок 40 – Конструкция превентора фирмы Cameron модель D с двумя пакерующими элементами Основной особенностью противовыбросового превентора фирмы Cameron модель D изображенного на рисунке 40 является наличие двух пакерующих элементов, наружного и внутреннего. В то время как наружный полностью состоит из эластичного материала, внутренний армирован. Внешний вид наружного и внутреннего пакерующих элементов изображен на рисунке 41. Радиальное перемешение армированных клиновидных вставок внетреннего пакерующего элемента заставляет 55 эластичную его часть равномерно сужаться, по всему периметру, и надежно охватывать различные поверхности. Внутренний пакерующий элемент Наружний пакерующий элемент Рисунок 41 – Внешний вид пакерующих элементов превентора фирмы Cameron модель D Кроме того, конструкция корпуса предполагает наличие контрольного отверстия, через которое осуществляется контроль за состоянием уплотнений превентора, аналогичное назначение имели контрольные отверстия плашечных превенторов, рассмотренные ранее. Проведенные производителем тесты, состоящие из 364 закрываний на бурильном инструменте диаметром 127 мм (5 дюймов) и 52 закрываний при отсутсвии инструмента, с гидравлическими испытаниями через каждые 7 закрываний показали, что данная модель противовыбросового превентра полностью соответствует требованиям стандарта API 16A. К кольцевым превенторам предъявляется ряд требований, относительно рекомендуемого давления испытания и времени их закрытия. Так, рекомендуемое давление испытания в соответствии с требованиями API RP 53: - для превенторов с номинальным рабочим давлением 35 МПа (5000 psi) включительно – 100% от номинального рабочего; 56 - для превенторов с номинальным рабочим давлением более 35 МПа (5000 psi) - 150% от номинального рабочего. В соответствии с требованиями API RP 16 E рекомендуемое максимальное время закрытия кольцевых превенторов: - диаметром равным и менее 476 мм (18 ¾ дюйма) – 30 секунд или менее; - диаметром более 476 мм (18 ¾ дюйма) – 45 секунд или менее. |