Глава 12 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

 

  Главная      Учебники - Разные     Буровые машины и механизмы (Лесецкий В.А.) - 1980 год

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     45      46      47      48     ..

 

 

 

Глава 12 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

 

§ I. СХЕМА ПРЕВЕНТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

При бурении разведочных (а в ряде случаев и эксплуатационных) скважин на месторождениях с предполагаемым высоким пластовым давлением во избежание выбросов газа и нефти устье оборудуется устройствами для его герметизации, называемыми превенторной установкой.

Эта установка (рис. XII. 1) состоит из превенторов 1, 2 (плашечных, вращающихся или универсальных) и арматуры высокого давления 3 и 4. Обвязка превенторов (манифольд) 5, 6, 7, 8 предназначена для управления скважиной при газопроявлениях путем воздействия на пласт закачкой раствора и созданием противодавления на пласт.

Манифольд имеет два выкида: рабочий и аварийный. Рабочий выкид предназначен для всех операций управления скважиной, а аварийный применяется в случае неисправности рабочего выкида. При отсутствии электроэнергии или при разряженных гидравлических аккумуляторах используется ручной привод для управления плашечными превенторами. 

 

 

 

Рис. XII. 1. Схема оборудования устья скважины превенторами 

 

Рис. XII.2. Превенторная установка с системой управления 

 

Оборудование для герметизации устья устанавливается на фланец колонной головки промежуточной колонны, спущенной до начала бурения следующего интервала скважины. Выброс нефти и газа может начаться очень быстро и протекает весьма интенсивно, что может привести к гибели скважины и оборудования. С помощью превенторов можно быстро предотвратить начало выброса и осуществить необходимые работы в скважине (бурение, спуск и подъем, цементирование и геофизические работы).

Превенторная установка должна обладать большой надежностью, а ее система управления должна действовать быстро. Для этого управление превенторов дублированное — гидропневматическое, осуществляемое с пульта, и ручное 10.

На рис. XII.2 показана схема превенторной установки с системой управления. Эта установка 3 связана с циркуляционной системой буровой установки трубопроводами 4 и имеет пульт гидроуправления у поста бурильщика 2 и дистанционный 5, а также дистанционное ручное управление 1.

§2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРЕВЕНТОРОВ

Установка превенторов (рис. XII.3) состоит из универсального превентора 3, двух однорядных плашечных превенторов 1 и 2, одной крестовины 7, верхнего фланца 4 и колонного фланца 8.

Универсальный превентор предназначен для герметизации устья скважины вокруг любой части бурильной колонны (рабочей трубы, бурильной трубы, замка, сложного сечения, т. е. труба — замок) и полного перекрытия скважины при отсутствии в ней бурильной колонны. Он допускает расхаживание, проворачивание и протаскивание бурильной колонны.

Входящие в установку два плашечных превентора 1 и 2 соединяются между собой болтами 5. В процессе бурения скважины в зависимости от условий бурения и принятых в данном районе правил и норм проводки скважины возможны различные варианты установки плашек в превенторы 1 и 2.

Установка двух превенторов позволяет менять плашку в верхнем превенторе 2 при давлении в скважине.

Верхний превентор 2 обычно является рабочим, а нижний 1 — аварийным. Подача масла под давлением от гидроуправления к гидроцилиндрам превенторов производится по стальным трубам.

К торцу нижнего превентора 1 крепится крестовина 7, к которой присоединяется манифольд. Присоединительные торцы превенторов и крестовины уплотняются при помощи металлических колец 6.

Рис. XI 1.3. Установка превенторов 



Плашечный превентор предназначен для герметизации устья бурящейся скважины с целью предупреждения выброса. Он состоит (рис. XII.4) из корпуса 2, внутри которого перемещаются плашки и крышек с гидроцилиндрами 1, 5. Корпус 2 представляет собой стальную отливку коробчатого сечения, имеющую проходное вертикальное отверстие диаметром D и сквозную горизонтальную прямоугольную полость, в которой размещаются плашки. Плашки, перекрывающие устье скважины, комплектуются под определенный размер трубы. При отсутствии в скважине бурильных труб устье перекрывается глухими плашками.

Плашки превентора разъемной конструкции состоят из корпуса 9, сменных вкладышей 12 и резинового уплотнения 11. Плашка в собранном виде насаживается на Г-образный паз «а» штока 7 и вставляется в корпус превентора.

 

 

 

 

 

 

Рис. XII.4. Плашечный превентор 

 

Полость корпуса с обеих сторон закрывается откидными крышками гидроцилиндров 1 и 5, шарнирно подвешенными на корпусе. Крепление крышек к корпусу производится винтами 4.

Перемещение каждой плашки осуществляется поршнем 6 гидравлического цилиндра 8. Масло от коллектора 3 по стальным трубкам и через поворотное нипельное соединение под давлением поступает в гидроцилиндры. Полость плашек превенторов в зимнее время (при температуре —5° С и ниже) обогревается паром, подаваемым в паропроводы 10.

Поршень со штоком, крышка и гидроцилиндр уплотняются при помощи резиновых колец.

Гидравлическое управление предназначено для оперативного дистанционного управления превенторами и задвижками манифольда.

 

Техническая характеристика


Рабочее давление в гидросистеме, МПа . . . 10,0

Рабочая жидкость в гидросистеме ..... Масло АМГ-10

(ГОСТ 6794—75) Масло ДП-8 (+15ч-----+50°С)

Вместимость масляного бака, л ...........200

Применяемый в аккумуляторе газ ..........Азот

Давление азота в аккумуляторе при заполнении,

МПа ....................................6,0—6,5

Объем аккумулятора гидропривода с установленной диафрагмой, л ..................168

Объем масла в аккумуляторе при давлении в

системе 10 МПа, л ..................68

Подача насоса НШ-10Д, см3/об ............10 

 

Оперативное дистанционное управление превенторами и задвижками манифольда осуществляется гидравлическим приводом с двух взаимно сблокированных пультов: основного и вспомогательного.

Схема гидравлического управления рассчитана на дистанционное управление тремя плашечными превенторами, одним универсальным и двумя задвижками манифольда.

Основной пульт (рис. XII.5) предназначен для управления превенторами и задвижками с безопасного места вне буровой. В основной пульт входят: шестеренчатый насос 9 с электродвигателем 8, электрооборудование 7, ручной насос 12, гидравлический аккумулятор 11, масляный бак 6, блок распределителей 5 с рукоятками управления 2, 4, фильтр 15, предохранительный 10 и обратный 14 клапаны. Все узлы смонтированы на общей раме 13 и представляют собой комплектный транспортабельный блок.

Электродвигатель привода насоса имеет автоматическое управление от электроконтактного манометра 3. Электросистема манометра 3 регулируется на давление 10 МПа для включения и отключения электродвигателя. Для визуального контроля давления служит манометр 1. 

 

 

 

Рис. XII.5. Пульт гидроуправления 

Рис. XI 1.6. Гидроаккумулятор:
1 — диафрагма; 2 — шпильки с гайкой; 3, 5 — крышка и корпус; 4 — вентиль с манометром; б — штуцер; а — полость азота; в — полость масла

 

 

С основного пульта можно открывать и закрывать плашечные превенторы и задвижки. Универсальный превентор с основного пульта можно только закрыть. Распределитель основного пульта, управляющий универсальным превентором, подает масло в блокировочный цилиндр соответствующей рукоятки распределителя на вспомогательном пульте и переводит ее в положение «закрыто» — превентор закрывается. Блокировочный цилиндр — одностороннего действия, поэтому закрытый с основного пульта универсальный превентор открыть со вспомогательного пульта невозможно. Для управления универсальным превентором со вспомогательного пульта необходимо перевести рукоятку распределителя основного пульта в положение «открыто».

Гидроаккумулятор (рис. XII.6) предназначен для сокращения времени закрытия — открытия превенторов и задвижек и обеспечения работы гидроуправления при аварийном отключении электроэнергии.

При включении электродвигателя привода насоса масло по маслопроводу, подсоединенному к штуцеру 6, поступает в нижнюю полость в аккумулятора 5, в результате чего достигается давление 10 МПа, при этом давление азота в полости а аккумулятора тоже 10 МПа.

В случае отключения электроэнергии или неполадок в гидронасосе зарядку аккумулятора можно производить ручным насосом.

Вспомогательный пульт предназначен для управления превенторной установкой непосредственно с рабочего места бурильщика. Со вспомогательного пульта можно закрывать пла-шечные превенторы, открывать рабочую задвижку манифольда, закрывать и открывать универсальный превентор.

Масло от основного пульта поступает в нагнетательную линию регулирующего клапана и одного из распределителей. Распределители, управляющие плашечными превенторами и задвижкой манифольда» подают масло в блокировочные цилиндры соответствующих распределителей на основном пульте, благодаря чему происходит закрытие превенторов и открытие задвижки.

Распределитель, управляющий универсальным превентором, питается через регулирующий клапан, в результате этого в универсальный превентор подается любое в зависимости от настройки клапана давление от 0 до 10 МПа. Величина давления отмечается на манометре.

В случае возрастания давления в запорной камере универсального превентора (при расхаживании бурильной колонны или ее протаскивании) свыше отрегулированного на клапане избыточное количество масла через фильтр попадает в распределитель, далее в регулирующий клапан, затем сбрасывается на слив. В процессе слива нагнетательная линия гидроуправления автоматически отсекается. При падении давления в запорной камере универсального превентора ниже отрегулированноге на клапане недостающее количество масла поступает от гидроуправления через регулирующий клапан и распределитель.

Для нормальной работы регулирующего клапана давление в нагнетательном трубопроводе должно быть 10 МПа. При подаче масла под давлением выше 10 МПа в нагнетательную линию клапана часть его сбрасывается через клапан в бак, что приводит к частому включению шестеренчатого насоса и быстрому выходу его из строя. При подаче масла под давлением ниже 10 МПа в нагнетательную линию регулирующего клапана в процессе протаскивания труб избыток масла сбрасываться не будет, что приводит к повышенному износу и выходу из строя уплотнителя универсального превентора.

Большим достоинством превенторов с гидравлическим управлением является их быстродействие. Так, на закрытие пла-шечного превентора ППГ-230-320Бр затрачивается не более 10с, а при ручном способе около 70с. Кроме того, превенторы с гидравлическим управлением просто монтируются, в них можно быстро заменить плашки без съема превентора с устья скважины, даже при наличии в ней бурильной колонны. Это достигается за счет боковых прямоугольных отверстий в корпусе превентора, закрываемых откидными крышками. Через эти отверстия плашки устанавливают в собранном виде. Для обогрева полости плашек в зимнее время имеется паропровод.

Схема гидравлического управления превенторами и задвижками, которая использована в современной,превенторной установке ОП2Г-230Х320, приведена на рис. XII.7, Управление может быть осуществлено с двух пультов — основного и вспомогательного. С основного пульта осуществляется управление всеми перечисленными агрегатами, а с вспомогательного — непосредственно с буровой установки — управление двумя плашечными превенторами.
 

 

 

Рис. XI 1.7. Схема гидравлического управления превенторной установкой:
1 — распределитель; 3 — насос шестеренчатый: 3, 4 — клапаны обратный и предохранительный; 5. 6 — вентили масла н азота; 7 — блокировочный цилиндр; 8— масляный фильтр; 9 — кран; 10— манометр; 11 — ручной насос; 12 — маслосборник

 

 

Весьма ответственную роль выполняет гидравлический аккумулятор.

Плашечные превенторы имеют малую высоту, что позволяет применять невысокие основания под вышки. Однако эти превенторы не обеспечивают герметизацию колонны бурильных труб в тех случаях, когда против плашек находятся замки. Кроме того, невозможно одним комплектом плашек герметизировать комбинированную колонну и расхаживать колонну, если превентор закрыт.

Универсальные превенторы в значительной мере лишены перечисленных недостатков. Рабочей деталью их является большое кольцевое уплотнение, причем при открытом положении внутренний диаметр уплотнения достаточен для прохождения колонны труб, а при закрытом — кольцевое уплотнение сжимается, вследствие чего резиновый уплотнитель обжимает трубу (ведущую трубу, замок) и герметизирует кольцевое пространство между бурильной и обсадной колоннами. Эластичность резинового уплотнения позволяет закрывать превентор на трубах различного диаметра, на замках и УБТ. Применение универсальных превенторов дает возможность вращать и расхаживать колонну при герметизированном кольцевом зазоре.

Сжатие кольцевого уплотнения осуществляется либо в результате непосредственного воздействия гидравлического усилия на уплотняющий элемент, либо в результате воздействия этого усилия на уплотнение через специальный кольцевой поршень.

На рис. XII.8 изображен универсальный гидравлический превентор плунжерного действия. Он состоит из корпуса 3 кольцевого плунжера 4 с конической расточкой, кольцевого резинового уплотнителя 1 с заделанными в него для упрочнения резины и для направленности ее деформации стальными пластинами, крышки 2 и распорного цилиндра 5.

При подаче рабочей жидкости под плунжер 4 через отверстие в корпусе (в полость А) превентора плунжер перемещается вверх и обжимает по конусу уплотнение 1 так, что оно расширяется к центру и обжимает трубу, находящуюся внутри кольцевого уплотнения. При этом давление бурового раствора в скважине через отверстия в распорном цилиндре будет действовать на плунжер и через него поджимать уплотняющую деталь.

Регулятор давления в системе управления ограничивает давление до величины, необходимой для герметизации кольцевого зазора. Благодаря этому можно протаскивать через уплотнение замки, бурильную колонну и УБТ и в конечном счете можно производить спускоподъемные операции под давлением. При подаче жидкости в верхнюю камеру корпуса превентора (полость Б между плунжером и крышкой) давление плунжера 4 с уплотняющей детали снимается и труба освобождается.
 

 

 

 

Рис XII 8 Универсальный превентор 

Рис. XII.9 Вращающийся превентор

 

Управление универсальным превентором может осуществляться либо с помощью ручного плунжерного насоса, либо с помощью насоса с электроприводом. Время закрытия универсального превентора гидроприводом 10с.

Завод «Баррикады» выпускает превенторные установки ОП2Г-230-320Бр, ЭП2Г-230-500Бра и ОП2-230-750Бр, которые состоят из:

двух одинарных плашечных превенторов с гидравлическим управлением с плашками;

одного универсального превентора ПУГ; гидроуправления превенторами и задвижками; манифольда; ручного привода.

 

Уплотнительные плашки поставляют глухие или с отверстиями для труб (для плашечных превенторов) диаметрами: 60; 63,5; 73; 89; 114; 127; 141; 146 мм.

Вращающиеся превенторы (рис. XII.9) позволяют бурить при герметизированном кольцевом зазоре между бурильной и обсадной колоннами.

Рабочей частью вращающегося превентора является резиновый уплотнитель 2, служащий для уплотнения бурильной трубы, замка или ведущей трубы. Уплотнитель привулканизирован к стальному кольцу, с помощью которого он крепится к стволу 5 превентора накидной гайкой. Гайка для предотвращения самоотвинчивания стопорится винтом. От проворачивания уплотнитель предохраняется шпоночными выступами, входящими в вырезы ствола.

В патроне превентора на двух радиальных 6 и одном упорном 7 подшипниках качения смонтирован ствол 5. Все это опускается в стальной литой корпус 1, установленный на плашеч-ном превенторе.

Для извлечения патрона 8 из корпуса под поршни запорного устройства ручным насосом подается масло, в результате чего поршень 9, сжимая пружину, отводит назад защелку 3, чтобы освободить патрон. От проворачивания относительно ствола головку предохраняют шпоночные выступы. Ствол таким образом вращается с ведущей трубой. Уплотнитель герметизирует устье скважины; он вращается вместе со стволом в подшипниках, установленных в патроне превентора. От проникновения жидкости из скважины между стволом и патроном и корпусом предохраняют манжетные уплотнения 4.

 

 § 3. ОБВЯЗКА УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

Колонные головки предназначены для герметизации кольцевых пространств между кондуктором, промежуточной и эксплуатационной колоннами. Поскольку конструкция скважины может быть одноколонной, двухколонной и трехколонной, существует несколько схем обвязки.

Для скважин одноколонной конструкции (диаметры обсадных колонн 114, 141 и 168 мм) применяется обвязка, при которой на верхний конец эксплуатационной колонны навинчивается фланец, соответствующий фланцу крестовины фонтанной арматуры. Эта схема применяется при рабочем давлении до 12,5 МПа.

Обвязка для скважин двухколонной конструкции предназначена для колонн следующих диаметров (размеры в мм): 273X X168; 299X168; 325X168; 219X146; 245Х 146; 273Х 146; 299Х X146; 325X146; 168X114; 194x114; 219X114.

 Обвязка скважин двухколонной конструкции состоит из посаженной на наружную колонну головки с клиньями, на которых подвешена внутренняя (эксплуатационная) колонна. Колонная головка может быть соединена с промежуточной колонной через дистанционный патрубок и дополнительный фланец. Фланцевое соединение крепится шпильками с гайками и уплотняется кольцами из малоуглеродистой стали типа армко овального сечения, заложенными в кольцевые канавки.
 

 

 

 

Рис. XII.10. Обвязка устья трехколонной скважины
Рис. XII.11. Колонная головка с клиновой подвеской одной колонны

 


При других схемах, обвязки колонная головка находится на дистанционном патрубке, который ввинчивается в муфту верхней трубы промежуточной колонны, либо прямо на колонный фланец промежуточной колонны в зависимости от того, на какую высоту нужно поднять верхний фланец головки. Эти схемы применяются для давлений 12,5, 20,0 и 30,0 МПа. С арматурой соединение осуществляется с помощью верхнего фланца колонной головки.

Для трехколонной конструкции скважин (377X273X168, 426x273x168 и 426x299x168) применяется обвязка, показанная на схеме (рис. XII. 10). На клиньях подвешиваются две колонны: вторая промежуточная 4 и эксплуатационная 2. Вторая колонна подвешена на шести клиньях 6, а кольцевой зазор между первой и второй колоннами уплотнен пакером. Устройство для подвески колонны помещено внутри колонного фланца и смонтированной на нем катушки 5. В зависимости от требуемой высоты подъема верхнего фланца головки 1 может быть применен дистанционный патрубок 3. Эта обвязка используется для давлений 12,5, 20 и 30 МПа.

Колонная головка состоит из корпуса, катушки, клиньев и пакера; клинья служат для подвешивания колонны, пакер — для герметизации межтрубного пространства. Катушка и корпус головки соединяются при помощи шпилек. Контроль за межтрубным пространством и заливка цементом производятся через отверстия в корпусе головки. Иногда головки выполняются без дистанционного патрубка.

На рис. XII. 11 показана головка для двух колонн с клиновой подвеской труб. Эта головка состоит из колонного фланца 3 и катушки 9, соединенных шпильками и уплотненных кольцом из малоуглеродистой стали. Внутрь промежуточной колонны спускают эксплуатационную колонну, затем вставляют клинья 2, которые, скользя по конусной внутренней поверхности колонного фланца, сходятся к центру до тех пор, пока не захватывают эксплуатационную колонну, после чего колонна удерживается на клиньях.

Затем во фланец опускают пакерное устройство, герметизирующее кольцевое пространство между колоннами. Пакерное устройство состоит из обоймы 4, которая по поверхности контакта с внутренней поверхностью фланца 5 уплотнена резиновыми кольцами 5, а по поверхности контакта с эксплуатационной колонной — также резиновым уплотнителем 6 (пакером). Винты через кольцо 7 и нажимную гайку 8 поджимают обойму вниз по конической поверхности и тем самым поджимают уплотнения.

Верхний торец эксплуатационной колонны приварен под торцом верхнего фланца катушки, предназначенного для соединения с фонтанной арматурой. Опрессовка верхней части колонной головки производится через два отверстия, закрытые пробками 10. Заливка цементом пространства между промежуточной и эксплуатационной колоннами осуществляется через два отверстия, закрытые пробками 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     45      46      47      48     ..