Фонтанна арматура - Різне
4.1.6. Фонтанна арматура
Фонтанна арматура відноситься до обладнання свердловин, яке покликане виконувати такі функції: а) герметизація кільцевого простору між обсадною колоною та підйомними трубами; б) напрямок руху газорідинної суміші; в) підвіски глибинного устаткування; г) створення протитиску на гирлі; д) проведення досліджень, освоєння та інших технологічних операцій.
Арматура складається із низки конструктивних елементів. Трубна головка служить для підвіски труб, герметизації гирла, проведення різних технологічних операцій. Включає колонний фланець, хрестовик трубної головки, трійник трубної головки, перекладну котушку. Фонтанна ялинка служить для спрямування та регулювання продукції свердловини. Включає центральну засувку, хрестовик ялинки (у трійниковій арматурі трійки), буферну засувку, буферний патрубок, штуцер.
Призначення кожного з елементів арматури: колонний фланець – для приєднання арматури до обсадної колони та герметизації затрубного простору; хрестовик трубної головки – для сполучення із затрубним простором свердловини; трійник трубної головки – для підвіски першого ряду труб та сполучення з ним; перекладна котушка – для підвіски другого ряду труб та повідомлення з ним; центральна засувка – для закриття свердловини; хрестовик ялинки служить для спрямування продукції свердловини в трубопровід; буферна засувка – для спуску глибинних приладів у свердловину; буферний патрубок – для приміщення приладів перед спуском у свердловину та зменшення коливань тиску в арматурі (там накопичується газ); штуцер – для регулювання дебіту свердловини; робочий моніфольд – частина арматури між штуцерами і загальною лінією викидів, призначена для з'єднання двох викидів в один;допоміжний моніфольд – лілія, що з'єднує затрубний простір або насосно-компресорні труби та служить для подачі в свердловину повітря, газу та інших агентів при технологічних операціях.
Конструкція основних елементів арматури. Основна вимога, що пред'являється в арматурі, це її абсолютна герметичність при високій міцності деталей, їх швидкозбірності та взаємозамінності.
Запірні пристрої. Застосовуються три типи запірних пристроїв: прямоточні засувки, крани, кутові вентилі.
Штуцер або дросель призначений для підтримки заданого режиму роботи свердловин.
Колони головки призначені для герметизації простору між спущеними в свердловину обсадними трубами. Залежно від конструкції свердловини використовують різні типи колонних головок.
4.2. Видобуток нафти установками штангових насосів
Примусовий підйом нафти із свердловин за допомогою насосів є найбільш тривалим у житті родовища.
Одним з різновидів цього способу є видобуток нафти установками глибинних штангових насосів (УШГН).
УШГН є поршневий насос одинарної дії, шток якого пов'язаний колоною штанг з наземним приводом - верстатом-гойдалкою. Останній включає кривошипно-шатунний механізм, що перетворює обертальний рух первинного двигуна в зворотно-поступальний рух і повідомляє його колоні штанг і плунжеру насоса.
Здійснення способу здійснюється за допомогою установки, схема якої наведена. Підземне обладнання складають: насосно-компресорні труби, насос, штанги, пристрої боротьби з ускладненнями.
До наземного обладнання відноситься привід (верстат-гойдалка), гирла арматура, робочий моніфольд.
Установка працює в такий спосіб. Приході плунжера вгору в циліндрі насоса знижується тиск і нижній (всмоктуючий) клапан піднімається, відкриваючи доступ рідини (процес всмоктування). Одночасно стовп рідини, що знаходиться над плунжером, притискає до сідла верхній (нагнітальний) клапан, піднімається вгору і викидається з НКТ робочий моніфольд (процес нагнітання).
При ході плунжера вниз верхній клапан відкривається нижній клапан тиском рідини закривається, а рідина, що знаходиться в циліндрі, перетікає через порожнистий плунжер НКТ.
Розглянемо будову та роботу окремих вузлів УШГН.
Приводи класифікуються: а) за родом енергії, що використовується – на механічні, гідравлічні, пневматичні; б) за кількістю свердловин, що обслуговуються, – на індивідуальні та групові; в) за типом первинного двигуна – на електричні та теплові.
Верстат-качалка є індивідуальним приводом глибинного штангового насоса, що спускається в свердловину і пов'язаного з приводом гнучким механічним зв'язком - колоною штанг.
У конструктивному відношенні верстат-гойдалка являє собою чотириланковий механізм, що перетворює обертальний рух первинного двигуна в зворотно-поступальний рух колони штанг.
Пристрій серійного верстата-качалки згідно з ГОСТ 5866-76 описується наступним чином.
Крутний момент від електродвигуна через клинопасову передачу передається на провідний вал редуктора, а потім і на ведений вал. На останньому зміцнюється кривошип із противагами. Кривошип за допомогою шатунів та траверси пов'язаний з балансиром, що гойдається на опорі, укріпленій на стійці. Балансир з боку переднього плеча має відкидну головку, на якій монтується канатна підвіска.
Верстат-гойдалка (СК) складається з низки самостійних вузлів.
Рама призначена для встановлення нанею всього обладнання СК і виконується з профільного прокату у вигляді двох полозів, з'єднаних діаметрами, і має спеціальну підставку під редуктор. У рамі є отвори для кріплення фундаменту.
Стійка є опорою для балансу і виконується з профільного прокату у вигляді чотиригранної піраміди. Ноги стійки пов'язані між собою поперечками. Знизу стійка кріпиться до рами зварюванням або болтами, зверху несе плиту для кріплення осі балансира за допомогою двох скоб.
Балансир призначений для передачі зворотно-поступального руху колоні штанг. Виконується з профільного прокату двотаврового перерізу і має однобалочну або двобалочну конструкцію. З боку свердловини балансир закінчується поворотною головкою.
Опора балансира - вісь, обидва кінці якої встановлені у сферичних роликопідшипниках, розташованих у чавунних корпусах. До середньої частини осі, яка має квадратний переріз, приварена планка, через яку опора балансира за допомогою болтів з'єднується з балансиром.
Траверса виконує роль сполучної ланки між кривошипно-шатунним механізмом та балансиром та конструктивно виконується у вигляді прямолінійної балки з профільного прокату. Кріплення до балансу шарнірне за допомогою сферичного роликопідшипника.
Шатун - трубна заготовка із спеціальними головками по кінцях; за допомогою верхньої головки шатун з'єднується пальцем з траверсою, нижньою – кривошипом через палець та сферичний підшипник.
Кривошип – основний елемент кривошипно-шатунного механізму, призначений для перетворення обертального руху валу редуктора у зворотно-поступальні колони штанг. Виконаний у вигляді прямокутних пластин з отворами для кріплення до шатунів та веденого валу редуктора. Забезпечений пазами для встановлення та переміщенняпротиваг.
Канатна підвіска є гнучкою ланкою між колоною штанг та балансиром. Складається з двох траверс - верхньої та нижньої, розділених втулками затискачів канатів. На верхній траверсі лежить вузол кріплення полірованого штока. Траверси можуть бути розсунуті гвинтами для встановлення динамографа.
Клинопасова передача СК передбачає застосування клинових ременів типів О,А,Б,В,Г. Правильний вибір типу ременя забезпечує довговічність роботи передачі.
Шківи виконують швидкозмінними за рахунок конусної розточування тіла та застосування конусної втулки, що закріплюється гайкою.
Поворотні санки є рамою для двигуна, що кріпиться в похилому положенні, що забезпечує зміну міжцентрової відстані між осями валів і, отже, натяг ременів.
Гальмо двох колодкової конструкції зміцнюється на гальмівному барабані і приводиться в дію ходовим гвинтом. Рукоятка гальма з метою безпеки винесена в кінець рами верстата-качалки.
Приводом верстата гойдалки є трифазний, асинхронний електродвигун у вологоморозостійкому виконанні з короткозамкненим ротором з кратностями пускового та максимального моменту відповідно 1,8…2,0 та 2,2…2,5.
Основна синхронна частота обертання – 1500 об/хв. Для отримання необхідного числа ходів точки підвісу штанг можуть бути використані електродвигуни з частотою обертання 750 або 1000 об/хв серії АОП.
Крім описаного приводу, основою якого є балансир, що коливається, в Україні і за кордоном створені і застосовуються кілька конструкцій без балансирних приводів. Переваги цих приводів полягають у зменшенні загального габариту приводу, поліпшенні умов обслуговування та зниження металомісткості, підвищення транспортабельності та монтаж здатності.
Принциповою відмінністю всіх без балансирних СК є відсутність коливається балансира.
Приклад без балансирного механічного приводу є наступна конструкція. Вона складається з опорної стріли, на верхньому кінці якої розташовано здвоєне ланцюгове колесо та роликові ланцюги. Кінці ланцюгів кріпляться до траверси. До останньої приєднані шатуни. Редуктор має привід електродвигуна. На веденому валу редуктора укріплені V-подібні форми з отворами для кріплення шатунів. На колі диска встановлюються противаги.
За кордоном застосовуються кілька типів без балансирних приводів, одним із різновидів яких є наступний. Він складається із сталевої ферми, що встановлюється на гирлі свердловини. На верхньому майданчику ферми встановлений приводний двигун з реверсивним редуктором, на вихідному валу якого укріплений шків. Через шків перекидається з боку ферми вантаж, що врівноважує, з іншого – канат з полірованою штангою. Ферма встановлюється на рейки і може бути відкатана під час підземного ремонту. Реверсивний редуктор управляється пультом: при досягненні полірованим штоком крайніх положень пульт дає команду зміну напрямку обертання.
Випускаються такі СК у США фірмою «Ойл Вел» мають такі характеристики: довжина ходу до 10,2 м, вантажопідйомність до 157 кН, кількість ходів до 2 хв-1, потужність до 30 кВт.
За кордоном набули застосування гідравлічні приводи штангових насосів. Вони включають підйомний циліндр, що врівноважує циліндр, з'єднані між собою системою маслопроводів. Гідравлічна силова частина складається з насоса та розподільчого пристрою. Насос нагнітає в підйомний циліндр масло, внаслідок чого поршень, а потім колона штанг піднімаються. При верхньому положенні спрацьовуєрозподільний пристрій та олія витікає з-під поршня.
Врівноваження гідравлічного приводу відбувається шляхом перетікання масла з підпоршневої порожнини циліндра при його ході вниз у підпоршневу порожнину циліндра та підйом поршня. Потім при ході вгору відбувається зворотний процес: масло під поршневої порожнини циліндра перетікає в підпоршневу порожнину циліндра, допомагаючи переміщенню його поршня вгору.