учебное. Учебное пособие. Контроле над процессами в скважине
 Скачать 6.19 Mb.
|
|
4.3.3 Диверторные системы Диверторные системы предназначены для одновременной герметизации устья скважины и отвода по отводящей линии на факельное устройство газа поступающего с небольшой глубины (сланцевый газ). Устьевой патрубок Кольцевой превентор Крестовина Распределитель потоков системы гидроуправления Желоб Закрыто открыто Автоматическая гидравлическая задвижка Отводя- щая линия Кондуктор или катушка выше сборки ПВО Рисунок 42 – Схема диверторной системы 57 Состоят диверторные системы, как правило, из кольцевого превентора большого диаметра, крестовины с отводящими линиями от 102 мм (4 дюйма) до 305 мм (12 дюймов), гидравлической задвижки на отводящей линии и гидравлического распределителя. Гидравлический распределитель, исполняет роль распределителя потоков системы гидроуправления и автоматически открывает задвижку на отводящей линии до закрытия кольцевого превентора входящего в состав диверторной системы (рисунок 42). Крышка дивертора Пакерующий элемент Поршень Фланцевое соединение отвода Рисунок 43 – Дивертор FSP 28-2000 фирмы Hydril В настоящее время производителями выпускаются диверторные системы в которых кольцевой превентор и крестовина с фланцами для отводящих линий выполнены в виде единого корпуса, при этом, поршень превентора одновременно закрывает превентор и открывает боковой отвод (рисунок 43). 58 Это позволяет уменьшить количество фланцевых соединений в сборке ПВО и уменьшает размеры и вес диверторной системы. Изображенный на рисунке 43 дивертор FSP 28-2000 фирмы Hydril имеет диаметр проходного сечения 711 мм (28 дюймов) и максимальное рабочее давление 13,8 МПа (2000 psi). 4.3.4 Противовыбросовые устройства в составе КНБК Противовыбросовые устройства в составе КНБК включают: - шаровые краны; - обратные клапаны (неизвлекаемые и сбрасываемые). Существуют несколько видов шаровых кранов, предназначенных для использования в сочетании с ведущей бурильной трубой, верхним приводом и шаровые краны в антикоррозионном исполнении. Верхнее разрезное кольцо Верхнее О - образное кольцо Нижнее разрезное кольцо Шар Нижнее седло Уплотнение нижнего седла Нижнее О - образное кольцо Спиральный фиксатор Фиксатор кольца Верхнее седло Поворотный узел Корпус Уплотнение поворотного узла Рисунок 44 – Основные узлы шарового крана для ведущей бурильной трубы 59 Верхнее разрезное кольцо Верхнее О - образное кольцо Нижнее разрезное кольцо Шар Нижнее седло Уплотнение нижнего седла Нижнее О - образное кольцо Спиральный фиксатор Фиксатор кольца Верхнее седло Поворотный узел Корпус Уплотнение поворотного узла Поворотный узел с поворотной собачкой и втулкой Рисунок 45 – Основные узлы шарового крана для верхнего привода Основные узлы шаровых кранов приведены на рисунках 44 и 45. В то время, как открытие/закрытие шарового крана для ведущей бурильной трубы (рисунок 44) осуществляется в ручную с помощью специальной рукоятки, открытие/закрытие шарового крана для верхнего привода (рисунок 45) осуществляется при помощи привода, который включает аппаратные средства высокого давления, воздушные шланги и пневматический распределительный клапан. Механизм дистанционного привода поворотного узла шарового крана представлен на рисунке 46. Перемещаясь по направляющей, из области высокого давления, поршень через кулису вращает поворотный узел и открывает/закрывает шаровый кран. 60 Области повышен- ного давления Направля- ющая Корпус шарового крана Фиксатор привода Кулиса Рисунок 46 – Основные узлы шарового крана для верхнего привода Рисунок 47 – Шаровый кран с устройством для быстрого соединения с бурильной трубой и рукоятка 61 Необходимо помнить, что на рабочей площадке буровой установки всегда должен находиться полностью открытый, исправный и готовый к использованию шаровый кран. Как уже отмечалось ранее, обратные клапаны могут быть неизвлекаемые и сбрасываемые. К неизвлекаемым обратным клапанам относятся клапаны дифференциального действия и т.н. «кран Грея». Рисунок 48 – Обратные клапаны дифференциального действия В основном обратные клапаны дифференциального действия представленные на рисунке 48 устанавливаются над долотом и препятствуют движению промывочной жидкости в бурильную колонну. Так же обратный клапан устанавливают в процессе стрипинга (спуск бурильных труб под давлением через ПВО). «Клапан Грея» представляет собой устройство по принципу действия идентичное обратному клапану, однако конструкция «клапана Грея» дает возможность устанавливать его на бурильную трубу в открытом положении, 62 что облегчает процедуру установки при переливе промывочной жидкости через бурильные трубы. Нижний переводник Верхний переводник Пружина Стержень Сбрасывающий поворотный замок Фиксатор Посадочное Кольцо Поршень Рисунок 49 – «Клапан Грея» Фирма Hydril выпускает сбрасываемый обратный клапан. Для применения сбрасываемого обратного клапана необходимо заранее установить в бурильной колонне специальный переводник, имеющий необходимые посадочные размеры. Сбрасываемая часть помещается в бурильную трубу и прокачивается до посадки ее в переводнике. После посадки сбрасываемая часть и переводник выполняют функцию обратного клапана. Еще одной особенностью сбрасываемого обратного клапана является возможность его извлечения при помощи специального устройства спускаемого на канате. 63 а б в Рисунок 50 – Сбрасываемый обратный клапан фирмы Hydril : а – Переводник, б – Сбрасываемая часть, в – Устройство для извлечения сбрасываемой части 4.3.5 Испытание противовыбросовых превенторов Для проверки работоспособности противовыбросового оборудования проводятся его испытания. Давление испытания не должно превышать рабочее давление оборудования устья скважины, составляя около 70% рабочего давления превенторов. Однако это давление должно быть ограничено величиной наименьшего рабочего давления оборудования устья скважины или 70% давления разрыва верхней части обсадной колонны, но ни 64 в коем случае давление испытания не должно быть меньше давления, ожидаемого на устье. Универсальные превенторы обычно испытываются только на 50% их максимального рабочего давления. График испытаний противовыбросового оборудования: - после установки ПВО; - до окончания 14 дневного периода после последнего испытания ПВО; - перед выходом из под башмака каждой обсадной колонны или хвостовика; Продолжительность и особенности испытания: - 5 минут для оборудования системы управления (задвижки, нагнетательная линия, манифольд); - 10 минут для каждого элемента сборки превенторов; - величина давления должна остается в диапазоне 5% от величины давления испытания до 40 МПа (5800 psi), или в диапазоне 2 МПа (300 psi) для любого испытания на давление выше 40 МПа. - рекомендуется испытание под пониженным давлением 1,5 – 2 МПа (200-300 psi); - для испытания наземного оборудования используется техническая вода; - попеременно используются вспомогательный и основной пульты управления ПВО; - испытание глухих и срезающих плашек противовыбрососвых превенторов проводиться не реже чем раз в 30 дней; - испытание плашек с переменным сечением проводиться на всех имеющихся размерах труб кроме УБТ и забойных двигателей; - испытанию подвергаются отдельные элементы или блоки, если проводился их демонтаж или ремонт; 65 - испытание плашек для обсадных труб проводиться перед их спуском. Испытание противовыбросового оборудования осуществляется при помощи испытательной пробки или испытательной манжеты. Манжета (рисунок 51), навинчивается на конец бурильной трубы и спускается в обсадную колонну на 10-30 м. Ниже манжеты, можно присоединить одну или две трубы, которые послужат направляющими и грузом, способствующим спуску. При помощи манжеты испытывается каждый набор плашек для труб и задвижки при закачивании технической воды в затрубное пространство через линию глушения, или, приподнимая испытательную манжету, если отсутствует насос высокого давления. Манжета Уплотнительное кольцо Переводник Оправка Рисунок 51 – Основные элементы испытательной манжеты Испытательная манжета позволяет испытать сборку ПВО совместно с колонной головкой, однако необходимо помнить, что внутренний канал труб должен быть токрыт. 66 Рисунок 52 –Испытательная манжета Сборка ПВО и вспомогательные устройства могут испытываться на их рабочее давление без опасных последствий для обсадной колонны при помощи испытательнойпробки с кольцевыми уплотнениями (рисунок 52), спускаемой на бурильных трубах до колонной головки под превенторами. Рекомендуется открыть задвижку или отвод под испытательной пробкой, чтобы не допустить роста давления в обсадной колонне в случае утечек в зоне кольцевых уплотнений. 4.4 Гидравлическая система управления ПВО Все превенторы и основные задвижки устьевого оборудования оснащены гидравлическими системами управления и функционируют по принципу гидравлического домкрата двойного действия; каждый превентор требует отдельного управления открытием и отдельного - закрытием. Рассмотрим основные элементы и особенности работы гидравлической системы управления ПВО «Koomey». 67 Рисунок 53 – Гидравлическая система управления ПВО «Koomey» На рисунке 54 приведена типовая схема гидравлической системы управления ПВО «Koomey», основными элементами которой являются: 1. Подача воздуха – давление 0,8 МПа (125 psi); 2. Пневмолубрикаторы; 3. Перепускной клапан или клапан байпаса обеспечивает байпас гидропневматического клапана; 4. Автоматический гидропневматический клапан (реле гидропневматического давления) установлен на отключение при достижении давления в 20 – 21 МПа (2900-3000 psi) и на включение при 17,5 – 19 МПа (2600-2700 psi); 5. Краны отключения гидропневматических насосов (обычно открыты); 6. Гидравлические насосы с пневмоприводом; 7. Краны отключения гидропневматических насосов; 8. Фильтр на всасывающей линии; 9. Обратный клапан; 10. Триплексные насосы с электроприводом; 67 Рисунок 54 – Типовая схема гидравлической системы управления ПВО «Koomey» 11. Моноконтакт: запускает электродвигатель при падении давления ниже 19 МПа (2700 psi) и останавливает его при 21 МПа (3000 psi) – гидроэлектрический переключатель; 12. 3-х позиционное электрическое реле (откл., авто и ручное управление); 13. Ручная задвижка отключения насоса с электроприводом на всасывающей линии (обычно открыта); 14. Фильтр на всасывающей линии; 15. Обратный клапан (контрольный клапан); 16. Задвижка отключения аккумуляторной батареи (обычно открыта); 17. Аккумулятор предварительной зарядки (азотом) – давление 7 МПа (1000 psi) +/- 10%; 18. Предохранительный клапан при давлении 23,1 – 24,5 МПа (3300-3500 psi) происходит возврат жидкости в резервуар; 19. Сетевой масляный фильтр высокого давления; 20. Регулятор давления – уменьшает давление с 21 до 10,5 МПа (с 3000 до 1500 psi) для манифольда сборки плашечных превенторов и гидравлических задвижек; 21. Обратный клапан; 22. 4-х ходовые краны на 3 положения, позволяют направлять жидкость на превентор или на задвижки для их открытия или закрытия. Управляются пневматической системой с пульта дистанционного управления на буровой (не должны находиться в центральном положении); 23. Клапан байпаса: позволяет обойти регулятор давления с целью подачи жидкости непосредственно в манифольд. Может иметь дистанционное управление (обычно закрыт); 24. Предохранительный клапан; 25. Клапан продувки участка высокого давления (обычно закрыт); 26. Селектор на 2 положения: Локально – Дистанционное управление. Обеспечивает выбор пункта управления регулятором 27; 70 27. Регулятор давления: позволяет регулировать рабочее давление ПВО (как правило, кольцевого превентора) от 0 до 21 МПа (от 0 до 3000 psi) с целью настройки давления закрытия в универсальном превенторе по давлению в скважине. Обеспечивает спуск бурильной колонны. Имеет пневматическое управление от сети, регулируется с пульта дистанционного управления; 28. Манометр давления в аккумуляторах; 29. Манометр давления манифольда; 30. Манометр манифольда кольцевого превентора; 31-33. Пневматический преобразователь давления на пульт дистанционного управления; 34. Воздушный фильтр; 35-38. Воздушные регуляторы для пневматических преобразователей; 39. Соединительная плита пучка труб пневматического управления; 41. Пробка заполнения резервуара; 42. 4-х ходовой 3-х позиционный кран; 43. Обратный клапан; 44. Предохранительный клапан; 45. Вспомогательные линии (испытательные или отводные); 46. Вспомогательная линия для возврата жидкости в резервуар; 47. Сливная пробка; 48. Инспекционная заглушка; 49. Условные обозначения; 50. Рабочая жидкость при давлении 21 МПа (3000 psi); 51. Рабочая жидкость при давлении 10,5 МПа (1500 psi); 52. Рабочая жидкость при атмосферном давлении; 53. Воздух в линиях управления; 54. Воздух от пневматической системы буровой установки. 71 4.4.1 Работа пневматической системы Воздух от компрессора буровой установки проходит через фильтр, а затем через пневмолубрикатор (2). Клапан байпаса (3) закрыт и воздух, проходя через автоматический гидропневматический клапан (4), поступает на каждый гидропневматический насос (6). Автоматический гидропневматический клапан (4) с ручной регулировкой открывается, когда гидравлическое давление падает до 19 МПа (2700 psi) и закрывается при 21 МПа (3000 psi). Если необходимо подать в аккумуляторы давление более 21 МПа (3000 psi), то достаточно открыть клапан байпаса (3), не забывая о необходимости его закрыть по достижении желаемого давления. Если гидропневматический насос (6) неисправен, его можно изолировать с помощью крана (5), что позволяет провести ремонт без остановки всей гидравлической системы управления ПВО. Рабочая жидкость, находящаяся в емкости под атмосферным давлением, всасывается гидропневматическими насосами через трубопровод, оснащенный ручной задвижкой (7) и фильтром (8) и затем подается под давлением 21 МПа (3000 psi) в аккумуляторные баллоны. На нагнетательной линии с давлением 21 МПа (3000 psi) находится обратный клапан (9). Гидропневматические насосы обычно имеют отношение 50-60 к 1, что позволяет при подаче воздуха под давлением 0,7 МПа (100 psi) создать давление рабочей жидкости на уровне 35 - 42 МПа (5000-6000 psi). 4.4.2 Работа электрической системы Насос (10) имеет то же назначение, что и вышерассмотренный гидропневматический насос, а трубопроводы флюида обычно оснащены на 72 всасывающей линии краном (13) и фильтром (14), а на нагнетательной линии с давлением 21 МПа (3000 psi) – обратным клапаном (15). Запуск насоса с электроприводом также осуществляется при достижении давления в 19 МПа (2700 psi). Отключение насоса происходит при 21 МПа (3000 psi). Понижение давления регистрируется маноконтактом (11), который включает 3-х позиционное электрическое реле (12). Это 3-х позиционное электрическое реле должно работать в автоматическом режиме. Ручное управление используется, если необходимо создать давление более 21 МПа (3000 psi). 4.4.3 Блок аккумуляторов Блок аккумуляторов защищен предохранительным клапаном (18), градуированным на 23 или 25 МПа (3300 или 3500 psi). Краны отключения аккумуляторной батареи (16) должны быть открытыми, кроме случаев остановки гидравлической системы управления ПВО. Рабочая жидкость с давлением 21 МПа (3000 psi) поступает на 2 регулятора давления: регулятор манифольда универсального превентора (27); регулятор манифольда других превенторов и задвижек с дистанционным управлением (20); и на кран байпаса (23), который позволяет, минуя регулятор (20), непосредственно подать давление баллонов в манифольд плашечных превенторов. Манометр (28) непрерывно показывает давление в баллонах. Кроме того, система располагает: - предохранительным клапаном (24), калиброванным на 38,5 МПа (5500 psi), который защищает систему, если задвижка (16) закрыта, - краном слива (25) в резервуар. 73 4.4.4 Манифольд плашечных превенторов и задвижек Рабочая жидкость под давлением 21 МПа (3000 psi) поступает в регулятор давления (20), откуда выходит под давлением 10,5 МПа (1500 psi). Манифольд имеет: - манометр (29), который должен показывать 10,5 МПа (1500 psi); - селектор (26) для управления превенторами со станции управления или пульта бурильщика; - кран байпаса (23) для прямой подачи давления 21 МПа (3000 psi) на манифольд в случае срочной необходимости; - различными 4-ходовыми кранами (22), каждый из которых связан с различными превенторами и задвижками противовыбросового оборудования. 4.4.5 Манифольд универсального превентора Эта система, в которой рабочая жидкость под давлением 21 МПа (3000 psi) поступает на регулятор давления (27), позволяющий регулировать давление от 0 до 21 МПа (от 0 до 3000 psi) в зависимости от проводимых операций (бурение - флюидопроявление - спуск бурильной колонны под давлением - и т.д.). Манифольд снабжен манометром (30). Связанная с селектором ручка управления (26) позволяет регулировать давление в универсальном превенторе со станции управления или пульта бурильщика. Некоторые регуляторы являются «безопасными в случае неисправностей», то есть они сохраняют возможность регулировки в случае выхода из строя дистанционного управления. Сбоку установки имеется 3 преобразователя давления, которые преобразуют давление рабочей жидкости в давление воздуха, которое можно считывать в различных точках буровой площадки. 74 4.4.6 Требования к гидравлическим системам управления ПВО и расчет количества баллонов аккумуляторной системы При отключенных насосах аккумуляторные емкости должны соответствовать двум условиям: - обеспечить закрытие всех превенторов с нулевым давлением под ПВО и с запасом жидкости в аккумуляторах 50 %; - после закрытия превенторов остаточное давление должно превышать минимальное расчетное давление, чтобы была возможность закрытия любого плашечного превентора (за исключением превентора со срезными плашками) c рабочим давлением ПВО. Две насосные системы должны вместе иметь возможность зарядить аккумулятор от давления предварительной зарядки баллонов 7 МПа (1000 psi) до рабочего давления установки 21 МПа (3000 psi) максимум за 15 минут. По стандарту АНИ RP 53, при неработающих баллонах, каждая насосная система должна максимум за 2 минуты обеспечить: - закрытие универсального превентора на используемых бурильных трубах; - открытие задвижки с дистанционным управлением на дроссельной линии; - наличие остаточного давления в системе на уровне 8,5 МПа (1200 psi). По стандарту АНИ 16 E, при неработающих баллонах, каждая насосная система должна максимум за 2 минуты обеспечить: - закрытие каждого превентора (исключая дивертор) на бурильных трубах самого малого диаметра; - открытие задвижки с дистанционным управлением на дроссельной линии; - наличие остаточного давления, по крайней мере, равного давлению, рекомендуемому производителем универсального превентора для обеспечения герметичности затрубного пространства. 75 Стандарт АНИ RP 16 E требует, чтобы в случае неисправности баллона или распределителя потери жидкости были не больше 25% от общего объема системы. Из вышеизложенного следует, что работоспособность гидравлической системы управления ПВО определяется наличием такого запаса жидкости под давлением, который в любой момент обеспечит закрытие или открытие превенторов. При этом следует знать и учитывать: - количество гидроуправляемых единиц в сборке ПВО; - необходимый объем жидкости для реализации ряда функций превенторов в случае срочной необходимости; - необходимое давление для получения надежной герметичности. Стандартные баллоны (рисунок 55) задействованые в гидравлической сисмеме управления ПВО предварительно заряжены азотом до давления 7 МПа (1000 psi) и имеют объем 0,0379 м 3 (10 галлонов). Стандарт АНИ требует, что бы минимальное давление в аккумуляторной системе было на 1,5 МПа (200 psi) выше давления предварительной зарядки. При этом, при достижении давления в 21 МПа (3000 psi) гидропневматические насосы и электрический насос отключаются. 76 Предварительно заряжен азотом до 7 МПа (1000 psi) Заряжен насосами до 21 МПа (3000 psi) Пригодная жидкость – это объём, содержащийся в аккумуляторе при давлении выше 8,5 МПа (1200 psi) Рисунок 55 – Баллон аккумуляторной системы и распределение жидкости при различных давления Таким образом, пригодный к использованию в системе объем жидкости соответсвует снижению давления азота в баллоне с 21 МПа (3000 psi) до 8,5 МПа (1200 psi). Для расчета объема пригодной к использованию жидкости пользуются следующей зависимостью (закон Бойля – Мариотта) 2 2 1 1 V P V P (5) Расчет количества рабочей жидкости, необходимой для повышения давления с 7 МПа (1000 psi) до 8,5 МПа (1200 psi) осуществляется следующим образом 2 1 1 1 2 P V P V V (6) где V 2 – объем жидкости в баллоне при давлении P 2 , V 1 – объем баллона, при давлении предварительной зарядки P 1 Расчет количества рабочей жидкости, необходимой для повышения 77 давления с 7 МПа (1000 psi) до 8,5 МПа (3000 psi) осуществляется аналогично 3 1 1 1 3 P V P V V (7) где V 3 – объем жидкости в баллоне при давлении P 3 , V 1 – объем баллона, при давлении предварительной зарядки P 1 Расчет количества пригодной рабочей жидкости (V п ) при изменении давления с P 2 до P 3 равен разнице между объемами соответствующим этим давлениям 2 3 V V V п (8) Зная полезный объем баллона (V п ) и требуемый объем (V т ) для функционирования сборки ПВО, получим количество баллонов (N б ) необходимое для использования в гидравлической системе управления ПВО п т V V N б (9) По требованиям практических рекомендаций АНИ, минимальный объем резервуара гидравлической системы управления ПВО принимается равным двойному требуемому объему (V т ) для выполнения всех функций сборкой ПВО (как правило, это закрытие, открытие и снова закрытие всех единиц ПВО). Работоспособность гидравлической системы управления ПВО может контролироваться как с самой станции, так и с вспомогательного пульта управления ПВО, расположенного на площадке буровой установки. При этом показания датчиков давления на индикаторах должны быть следующими: - давление аккумулятора 21 МПа (3000 psi); - давление манифольда 10,5 МПа (1500 psi); - давление в универсальном превенторе в пределах 5-10,5 МПа (700- 1500 psi); - давление воздуха (порядка 0,7 МПа (100 psi)). Комплекс ПВО представлен специфической системой открытия и закрытия для каждого элемента, который включается только при условии одновременного 78 включения главного крана, обеспечивающего подачу воздуха (принцип двух рук). Положение 4-ходовых кранов установки указывается световыми индикаторами зеленого или красного цвета. Индикация соответствует перемещению золотника, на котором находятся контакты, в положение открыто (зеленый свет) или закрыто (красный свет). |