«Правила работы с задвижками на нефтяных и газовых скважинах»

В состав наземного устьевого оборудования добывающих нефтяных и газовых скважин входят фонтанная арматура, колонные головки, катушки фланцевые, манифольды, запорные и регулирующие устройства и приспособления для смены задвижек под давлением.
Фонтанная арматура предназначена для:

• герметизации устья скважины;
• контроля и регулирования режима эксплуатации нефтяных и газовых скважин;
• проведения различных технологических операций.

Фонтанную арматуру собирают из различных фланцевых тройников, крестовиков и запорных устройств (задвижек или кранов), которые соединяют между собой с помощью шпилечных болтов.
Фонтанная арматура состоит из трубной головки и фонтанной елки. Трубную головку устанавливают на колонную головку.
Колонные головки – предназначены для обвязки обсадных колонн нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин. Колонные головки должны обеспечивать подвеску колонн, герметизацию межколонных пространств, контроль давления в них и проведение различных технологических операций. На колонную головку крепится фонтанная арматура.
Трубная головка предназначена для подвески одного или двух рядов фонтанных труб и герметизации кольцевого пространства между фонтанными трубами и эксплуатационной колонной, а также для проведения различных технологических процессов, связанных с освоением и промывкой скважины, удалением отложений парафина из фонтанных труб, песка с забоя и т.д.
Трубная головка (рис. 1) состоит из крестовика 1, тройника 3 и переводной катушки 5. Тройник устанавливают при оборудовании скважин двухрядным подъемником. При этом первый ряд труб крепится к переводной катушке с помощью переводной втулки 4, а второй ряд труб – с помощью переводной втулки 2. При оборудовании скважин только одним рядом фонтанных труб тройник на арматуре не устанавливают. На крестовике и тройнике трубной головки ставят запорные задвижки 12, которые служат для соединения технологического оборудования межтрубным или кольцевым пространством, а также для их герметизации.

Фонтанная елка устанавливается на трубную головку. Она предназначена для направления скважинной продукции в выкидные линии, регулирования отбора жидкости или газа, проведения различных исследовательских и ремонтных работ, а также при необходимости для закрытия скважины. Фонтанная елка состоит из тройников 13, центральной задвижки 6, буферной задвижки 14, задвижек 7 на выкидных линиях для перевода работы скважины на одну из них. Буферная задвижка 14 служит для перекрытия и установки лубрикатора, который применяется для спуска в скважину различных скважинных измерительных приборов под давлением, не останавливая работу фонтанной скважины. При эксплуатации скважины на буферную задвижку устанавливают буферную заглушку с манометром 10.
Центральную задвижку 6 закрывают лишь в аварийных случаях, направляя жидкость через межтрубное пространство в выкидные линии трубной головки.
Для регулирования режимов работы фонтанных скважин созданием противодавления на забое на выкидах фонтанной елки устанавливают различной конструкции штуцеры 8, которые представляют собой втулки с калиброванными отверстиями от 1,5 до 20 мм.
Фонтанную арматуру различают между собой по прочностным и конструктивным признакам: по рабочему или пробному давлению, размерам проходного сечения ствола, конструкции фонтанной елки и числу спускаемых в скважину рядов фонтанных труб, виду запорных устройств.
Фонтанная арматура рассчитана на рабочее давление 7, 14, 21, 35, 70 и 105 МПа. По размерам проходного сечения фонтанной елки фонтанную арматуру выпускают с диаметрами от 50 до 150 мм. Арматура с диаметрами 100 и 150 мм предусмотрена для высокодебитных газовых скважин.


По конструкции фонтанной елки фонтанную арматуру выпускают тройникового (рис.1) и крестовикового (рис.2) типов, а по числу спускаемых в скважину рядов фонтанных труб – однорядную и двухрядную.

Международным общепринятым стандартном, регламентирующим устьевое оборудование, является стандарт API 6A.

В России и ряде стран СНГ схемы фонтанной арматуры регламентированы ГОСТ 13846-84. В соответствии с указанным стандартом установлено шесть типов схем фонтанной арматуры: четыре – тройниковые, две – крестовые (рис. 3).
Как видно из рисунков, фонтанная арматура крестовикового типа значительно ниже арматуры тройникового типа, в связи с чем более удобна в эксплуатации и менее металлоемка. Но она имеет существенный недостаток – при выходе из строя стволового крестовика приходится глушить скважину или перекрывать центральную задвижку. Поэтому крестовикового типа фонтанную арматуру не рекомендуется применять при эксплуатации пескопроявляющих скважин.
По виду запорных устройств фонтанную арматуру выпускают с задвижками (рис. 1) или с запорными кранами (рис.2).

Фланцевые катушки – предназначены для соединения составных элементов устьевого оборудования.
Манифольды – предназначены для соединения выкидов арматуры с трубопроводами промысловых установок, рассчитаны на рабочее давление, равное 14-35 МПа.


Ниже приведены:

Рисунок 1 – Фонтанная арматура тройниковая; Рисунок 2 – Фонтанная арматура крестовиковая; Рисунок 3 – Типовые схемы фонтанной арматуры скважин.

При транспортировке нефти и нефтепродуктов часто возникает необходимость регулирования их потока, а в некоторых ситуациях – и полное его перекрытие. Эту функцию в трубопроводах выполняет запорная арматура. Чаще всего применяются задвижки.
Несмотря на кажущуюся простоту, запорная арматура имеет достаточно сложную конструкцию, поскольку от качества её работы зависит очень многое. Прочность и долговечность задвижек являются основными критериями их качества.
1. По принципу своей работы они делятся на клиновые и параллельные:

• клиновые представляют собой запорными устройства, которые перекрывают поток с помощью сдвига затвора в плоскости, перпендикулярной перекрываемому потоку. Уплотнительные поверхности в затворе такого типа расположены под углом друг к другу. Сами клинья бывают:

1) цельными упругими;
2) цельными жесткими;
3) двухдисковыми.

Вне зависимости от типа, клинья покрывают высоколегированной сталью, что дает возможность заменять сальниковую набивку, не прерывая работы.

• отличие параллельных типов от клиновых в том, что в них уплотнительные поверхности затворов располагаются не под углом, а параллельно друг другу. Параллельные типы этой запорной арматуры также бывают шиберные (с одним диском) и двухдисковые.

2. Также задвижки различаются по направлению движения их шпинделя. По этому параметру их делят на две группы – с выдвижным шпинделем и с вращающимся невыдвижным:

• в конструкциях с выдвижным шпинделем при открытии или закрытии затвора шпиндель совершает поступательное или поступательно-винтовое движение, при этом выдвигаясь из корпуса. Как правило, такие конструкции отличаются достаточно большими габаритными размерами.
• конструкции с невыдвижным вращаемым шпинделем – меньше по своим размерам и применяются в основном в потоках, не вызывающих коррозию. При закрытии затвора в них шпиндель из корпуса не выдвигается.

3. По материалу своего изготовления задвижки делятся на стальные и чугунные:

• стальные задвижки используются для перекрывания жидких и газообразных потоков в условиях перепадов давления.
• назначение чугунных задвижек – полного перекрытие и обратный пуск потока. Они могут работать при температуре до 225-ти градусов Цельсия. На трубопроводе, идущем в горизонтальной плоскости, они ставятся маховиком вверх, при этом шпиндель располагается вертикально. На вертикальных трубопроводах их ставят так, чтобы шпиндель находился в горизонтальной плоскости.

И стальные, и чугунные виды этой запорной арматуры – ремонтопригодные изделия. Этим типом трубопроводной арматуры, вне зависимости от диаметра, можно управлять как вручную (с помощью физической силы), так и автоматически (при помощи электро (либо гидро-) привода).
Второй способ управления чаще всего применяется на больших диаметрах, когда перекрытие потока вручную требует слишком больших усилий. Кроме того, автоматическое управление удобнее, так как дает возможность одним нажатием кнопки не только полностью опустить или поднять затвор, но и остановить его в любом промежуточном положении.
Автоматика также без участия человека отключает электропривод, если затвор дошел до своего крайнего положения. При наличии специального датчика положения, на пульте управления отражается степень перекрытия прохода.

Стальные задвижки. Их используют в основном как трубопроводную запорную арматуру, затвор которой работает крайних положениях («открыто» / «закрыто»). Как регулирующая запорная арматура они используются только в незамкнутых гидравлических системах, номинальное давление которых не превышает 1 атмосферу.
Все они условно разделяются на типы по следующим критериям:

• тип применяемого затвора;
• тип ходового узла (шпинделя);
• тип используемого привода;
• способ присоединения к трубопроводу;
• способ изготовления.

По типу затвора стальные задвижки делятся на параллельные и клиновые (в зависимости от взаимного расположения уплотнительных колец). В параллельных, эти кольца расположены параллельно друг к другу, а в клиновых – под углом.
Клиновые стальные задвижки бывают жесткими и составными.
Клин жесткого типа – цельнолитой, что дает хорошую герметичность. Однако, если температура среды в трубопроводе подвергается значительным температурным колебаниям, при жесткой конструкции есть риск заклинивания, так как материал, из которого отливается затвор, подвержен термическому расширению. Для того, чтобы избежать заклинивания при высоких температурах, были сконструированы составные конструкции с двухдисковыми затворами. В конструкциях параллельного типа может быть один диск (шиберная) или два. Во втором варианте между запорными дисками вставляется распорный элемент (клин либо пружина).
Ходовой узел (шпиндель) может быть как выдвижным, так и невыдвижным (вращательным).
Выдвижной шпиндель при перекрывании потока совершает либо поступательное, либо поступательно-вращательное движение. Вращательный шпиндель отсекает поток посредством только вращательного движения. Первый тип конструкции считается более долговечным, поскольку во время работы ходовая резьба не входит в прямой контакт с рабочей средой в трубопроводе. Ходовая резьба конструкций с невыдвижным шпинделем постоянно контактирует с рабочей средой. Преимуществом второго типа являются их значительно меньшие габариты, что дает возможность их применения в условиях ограниченного пространства. Движение затвора может обеспечиваться как вручную, так и с помощью электрического привода. Для ручной подачи затвора в конструкциях с большими диаметрами применяются редукторы с несколькими передачами, что значительно снижает степень физического усилия.
По типу присоединения к трубопроводу задвижки делятся на фланцевые и ввариваемые (сварные). Фланцевый тип такой запорной арматуры присоединяется к основной трубе при помощи шпилечных болтов, что значительно облегчает их ремонт и демонтаж в случае замены. Ввариваемый тип – прочнее и надежнее. Такие конструкции применяют в трубопроводах с агрессивными рабочими средами и высоким давлением потока. Кроме того, они обладают лучшей герметичностью и позволяют избежать протечек, а также обладают меньшими габаритами (по сравнению с фланцевыми). Однако ремонт и, тем более, демонтаж в этом случае – сильно затруднены.

Как и любые другие трубопроводные элементы, стальные задвижки обладают как рядом преимуществ, так и некоторыми недостатками (по сравнению с другими видами трубопроводной арматуры).

К основным преимуществам относятся: простота использования конструкции; низкий уровень гидравлического сопротивления; малая строительная длина.
Основные недостатки: длительное время процесса открытия/закрытия, большая строительная высота, невозможность регулирования скорости потока в трубопроводе.

Чугунные задвижки. Широко применяются на трубопроводах диаметром от 50 до 3000 миллиметров. Основные достоинства – простота использования конструкции и низкий уровень гидравлического сопротивления, чем и вызвано их широкое применение на магистральных трубопроводах, в которых жидкая рабочая среда движется с большой скоростью.
Чугунная задвижка – это маховик (чаще всего – с ручным приводом), при помощи которого затвор сдвигается до полного перекрытия трубы. Чугунные задвижки бывают полнопроходными или суженными.
Полнопроходные имеют стандартный диаметр прохода, что позволяет снизить в них показатель гидравлического сопротивления. Суженные конструкции в основном применяются в трубопроводах с ограниченной скоростью движения рабочей среды.
Также, как и у стальных, шпиндели у чугунных задвижек могут быть выдвижными и невыдвижными. Выдвижной шпиндель облегчает ремонт и техническое обслуживание, что значительно продлевает срок службы изделия. В свою очередь, невыдвижной шток позволяет имеют значительно уменьшить (в полтора раза) габариты запорной арматуры, что дает возможность использовать их в условиях ограниченного пространства. В связи с этим, выбор типа запорной арматуры зависит от предполагаемых условий её использования.

Рисунок 4 - Задвижка шиберная

Рабочие буровой бригады и операторы промысла должны быть предварительно обучены работе с узлами и фонтанной арматурой в целом, а также проинструктированы по пожарной безопасности и взрывоопасности.
При обслуживании фонтанной арматуры запрещается:

• при резком снижении давления с использованием разрядных пробок стоять в направлении их оси;
• открывать крышку быстросменного штуцера, не убедившись в отсутствии давления внутри корпуса;
• стоять вдоль оси обратного клапана и оси нагнетателя при набивке смазки или пасты нагнетателем смазки;
• без разрешения руководства подтягивать фланцевые соединения при наличии течи в них;
• применять дополнительный рычаг для увеличения крутящего момента на маховике задвижки;
• находиться вблизи арматуры при опрессовке её на скважине.

Агрегаты должны быть установлены на расстоянии не менее 10 м от устья скважины таким образом, чтобы их кабины не были обращены к устью. Агрегаты устанавливаются с подветренной стороны. Расстояние между агрегатами должно быть не менее 1 м. Выхлопные трубы должны быть оборудованы глушителями и искрогасителями. Не допускать установку агрегата под линии электропередачи (рис. 4).

Нагнетательные линии от агрегатов должны быть оборудованы обратными клапанами, тарированными предохранительными устройствами заводского изготовления и манометрами. Отвод от предохранительного устройства на насосе должен быть закрыт кожухом и выведен под агрегат.
Определение давления:

• давление определяется при помощи манометра по показаниям стрелки;
• на манометре должна быть установлена контрольная стрелка, показывающая максимальное рабочее давление;
• манометр выбирается так, чтобы предполагаемые показания рабочего давления были в средней трети шкалы манометра.

Стравливание давления из скважины:

• останавливается скважина;
• на всех задвижках промывочного оборудования необходимо проверить наличие надписей с указанием направления открытия или закрытия задвижки;
• производится разрядка скважины открытием задвижки;
• проверяется исправность запорной арматуры, открытие задвижки осуществляется вращением (поворотом) штурвала в направлении, указанном на штурвале (в основном в направлении против часовой стрелки).

Затем проводится сборка линий и испытание на герметичность, которое включает такие работы:

• закрывается задвижка на фонтанной арматуре;
• удаляется персонал из опасной зоны;
• по команде руководителя работ начинается нагнетание жидкости в напорные линии до 1,5-кратного значения ожидаемого рабочего давления (указано в плане работ);
• линии считаются герметичными, если в течение 3-х минут давление опрессовки не падает.

Процесс глушения (в пределах одного цикла) должен быть непрерывным. Расход жидкости глушения должен выбираться большим, чем производительность скважины, путем регулирования скорости закачки или штуцированием задвижки - для создания противодавления на пласт.
Перед началом закачки жидкости в скважину открыть задвижку на фонтанной арматуре. Глушение скважины допускается при полной или частичной замене скважинной жидкости с восстановлением или без восстановления циркуляции. Если частичная замена скважинной жидкости недопустима, заполнение колонны жидкостью глушения осуществляется при ее прокачивании на поглощение.

Задвижки в основном используются в фонтанной арматуре, которая в свою очередь сходит в состав наземного устьевого оборудования нефте – и газодобывающих скважин. В данной статье был рассмотрен сам состав наземного устьевого оборудования и основные типы задвижек, а также правила работы с задвижками.
Задвижки используются для регулирования потока нефти и газа, а в некоторых ситуациях – и для их полного перекрытия. Вообще, эту функцию в трубопроводах выполняет запорная арматура, но чаще всего применяются задвижки, потому что, в свою очередь, задвижки обладают рядом несомненных преимуществ перед другими видами запорной арматуры:

• они обеспечивают подачу потока в любом необходимом направлении;
• строительная длина – невелика;
• есть возможность перекрытия с их помощью не только жидких, но и вязких потоков.
• малое значение гидравлического сопротивления.

На всех задвижках необходимо проверять наличие надписей с указанием направления открытия или закрытия задвижки. Правила с работой задвижек при глушении скважины перед подземным ремонтом описаны в 3 части данной статьи. На крестовике и тройнике головки, которые входят в состав фонтанной арматуры задвижки предназначены для соединения технологического оборудования межтрубным или кольцевым пространством, а также для их герметизации. А все задвижки фонтанной елки кроме задвижек на одной из выкидных линий, при работе скважины должны быть открыты. Центральную задвижку закрывают лишь в аварийных случаях, направляя жидкость через межтрубное пространство в выкидные линии трубной головки.