Показатель
|
Типоразмер превентора
|
|
ППР-180х21(35)
|
ППГ-230х35
|
ППГ-280х70
|
ППГ-350х35
|
ППГ-180х70КЗ
|
ППГ2-180х70КЗ
|
Условный диаметр прохода, мм
|
180
|
230
|
230
|
280
|
350
|
180
|
Рабочее давление, МПа: Пробное В системе гидроуправления
|
21 (35) 42 (70) -
|
35 70 10.0
|
|
|
|
70 105 21
|
Тип управления
|
Ручной
|
гидравлический
|
Диаметр условных труб, уплотняемый плашками, мм
|
42-140
|
73-168
|
60-194
|
73-273
|
33-127
|
Нагрузка на плашки, кН (тс): от массы колонны труб
выталкивающая
|
560(56) 160(16)
|
1100(110) 450(45)
|
2700(270) 800(80)
|
2500(250) 1100(110)
|
1600(160) 560(56)
|
|
Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм
|
1800x540x540
|
2085x670x310
|
2630x790x405
|
310x660x950
|
2900x1250x450
|
|
Масса, кг
|
1315
|
840
|
1660
|
5900
|
2700
|
|
Плашечные превенторы не обеспечивают герметизации устья скважины, если на
уровне плашек располагаются ведущая труба, бурильный замок, муфта и другие части
колонны труб, диаметр и геометрические формы которых не соответствуют
установленным в превенторе плашкам. При закрытом превенторе допускается
медленное расхаживание колонны в пределах гладкой части труб и невозможно
вращение, спуск и подъем бурильной колонны [2].
Пример условного обозначения плашечного превентора с
гидроприводом, условным диаметром прохода 350 мм на рабочее давление 35 МПа для
сред типа К2: ППГ - 350х35К2.
Основные показатели надежности плашечного превентора
обеспечивают периодическую проверку его на функционирование путем закрытия на
трубе, опрессовкой буровым раствором или водой и открытия, а также возможностью
расхаживания бурильной колонны на длине трубы под избыточным давлением.
Показатели надежности плашечных превенторов установлены ГОСТ 27743-88.
1.2 Универсальные превенторы
Универсальные превенторы предназначены для
герметизации устья скважины при наличии колонны труб или в отсутствие ее.
Установлена следующая система обозначения
универсальных превенторов:
ü ПУ - превентор универсальный;
ü конструктивное исполнение:
-е конической наружной поверхностью уплотнителя;
- е со сферической наружной поверхностью уплотнителя;
ü диаметр условный прохода, мм;
ü рабочее давление, МПа.
Кольцевой уплотнитель универсального превентора должен
позволять: протаскивание колонны труб общей длиной не менее 2000 м при давлении
в скважине не более 10 МПа с замковыми муфтовыми соединениями со специальными
фасками, снятыми под углом 18°; расхаживание и проворачивание колонны; открытие
и закрытие превентора на расчетное число циклов; быструю замену кольцевого
уплотнителя без демонтажа превентора.
Универсальный превентор ПУ1-230x35 (рисунок 4) состоит
из корпуса 3, крышки 1, плунжера 5, кольцевого уплотнителя 4, втулки 9. Корпус,
плунжер и крышка - стальные отливки ступенчатой формы. Крышку ввинчивают в
корпус с помощью прямоугольной резьбы. Кольцевой уплотнитель - массивное
резиновое кольцо, армированное металлическими вставками двутаврового сечения.
Корпус, плунжер и крышка образуют в превенторе две
гидравлические камеры а и б, изолированные манжетами. Камера а - распорная и
служит для открытия превентора, камера б - запорная и служит для его закрытия.
Под давлением масла, подаваемого в запорную камеру из системы гидроуправления,
плунжер движется вверх, перемещая кольцевой уплотнитель; последний при этом
герметизирует устье скважины вокруг любой части бурильной колонны, а также в ее
отсутствие. Для открытия превентора масло подается в распорную камеру, плунжер
перемещается вниз, кольцевой уплотнитель расширяется, принимая первоначальную
форму. Жидкость из запорной камеры вытесняется в сливную линию гидравлического
управления.
Уплотнители (рисунок 5) обеспечивает герметизацию
устья при спущенных в скважину трубах диаметром до 194 мм. Время закрытия
превентора - 30 с.
Конструкция универсальных превенторов ПУ1 - 280x35,
ПУ1 - 350x35 аналогична конструкции ПУ1 -230x35.
Универсальные превенторы с гидравлическим управлением
типа ПУГ обладают более широкими возможностями. Они герметизируют устье
скважины при наличии и отсутствии в ней подвешенной колонны труб и вместе с тем
позволяют, сохраняя герметичность устья скважины проворачивать бурильную
колонну и протаскивать трубы вместе с муфтами и бурильными замками.
Универсальный превентор способен герметизировать устье скважины независимо от
диаметра и геометрической формы уплотняемого предмета.
1 - крышка; 2 - ограничитель; 3 - корпус; 4 - кольцевой уплотнитель; 5 -
плунжер; 6 - манжета; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - штуцер; 9 - втулка
Рисунок 4 - Универсальный превентор ПУ1-230x35
Рисунок 5 - Уплотнители универсальных превенторов типа ПУ1 (а) и типа ПУ2
(б)
Показатель надежности уплотнительных манжет - средняя
наработка на отказ, нормируемое значение которого предусматривает безотказную
их работу при протаскивании колонны труб длиной не менее 2000 м при давлении в
скважине до 10 МПа. Для предохранения уплотнительных манжет от преждевременных
повреждений торцы бурильных замков и муфт снабжаются фасками, проточенными под
углом 18°. Универсальные превенторы, как и плашечные, различаются по диаметру
проходного отверстия и рабочему давлению [2].
.3 Вращающиеся превенторы
Вращающиеся превенторы предназначены для герметизации
кольцевого зазора между устьем скважины и бурильной колонной и обеспечения
возможности вращения, подъема и спуска бурильной колонны при герметизированном
устье. Устанавливают вращающиеся превенторы над блоком превенторов взамен
разъемного желоба для отвода бурового раствора к блоку очистки циркуляционной
системы буровой установки.
Вращающиеся превенторы применяют при бурении с
промывкой аэрированным буровым раствором, продувкой газообразными агентами,
обратной промывкой, регулированием дифференциального давления в системе
скважина - пласт, а также при вскрытии продуктивных пластов на «равновесии» и с
депрессией в климатических условиях широкого диапазона зон по ГОСТ 15150-69.
Эти превенторы допускают вращение со скоростью до 100 об/мин. В составе
противовыбросового оборудования вращающийся превентор используется при роторном
бурении с очисткой забоя от выбуренной породы газом, воздухом или аэрированным
промывочным раствором, а также при обратной промывке скважины и вскрытии
пластов с высоким пластовым давлением.
Диаметр отверстия опорного фланца зависит от
типоразмера превентора и должен быть достаточным для прохода долота. Ствол 6,
имеющий форму полого цилиндра с наружным опорным фланцем, вращается на упорном
5 и радиальных 3 подшипниках. К стволу на быстросборном байонетном соединении
крепится самоуплотняющаяся манжета с внутренними поясками квадратного и
круглого сечений, предназначенными соответственно для уплотнения ведущей и
бурильной труб. Проходное сечение ствола меньше диаметра долота. Поэтому при
спуске и смене его необходимо ствол отсоединить от корпуса превентора. Для
этого ствол с патроном соединяют с корпусом превентора посредством байонетного
затвора и фиксатора 10, снабженного дистанционным пневматическим и ручным
управлением.
Перед установкой патрона в корпус фиксатор 10 с
помощью пневмоцилиндра, управляемого с пульта 13, либо с помощью винта 12 и
троса 11 отводится в крайнее левое положение и освобождает проход для установки
патрона. После этого патрон вводят выступами в пазы корпуса и поворачивают по
часовой стрелке до упоров, установленных в корпусе. Далее освобождают фиксатор,
который под действием пружины пневмоцилиндра замыкает патрон в корпусе
превентора. Чтобы вытащить патрон из корпуса, необходимо предварительно
отключить фиксатор и повернуть патрон против часовой стрелки. Патрон
поворачивают ведущей трубой, вращаемой ротором посредством вкладышей 1.
Шинно-пневматическая муфта 2, включаемая с пульта 13, соединяет патрон со
стволом, и в результате этого оба они совместно с ведущей трубой поворачиваются
относительно корпуса превентора. Подшипники ствола смазываются жидким маслом,
предохраняемым от утечек и загрязнения асбографитовыми манжетами 8 [2].
Рисунок 6 - Вращающийся превентор
2. Обоснование выбора конструкций превенторов
С увеличением глубины бурения и повышением пластового давления большое
внимание стали уделять качеству герметизации устья при аварийной ситуации.
Вместе с тем конструкции превенторов стали более сложными и громоздкими.
Возросли затраты, связанные с монтажом и ремонтом противовыбросового
оборудования. Увеличилось время, необходимое для смены плашек и технического
обслуживания.
Удачное конструктивное решение плашечного превентора ППГ-156´320 позволило уменьшить габаритные
размеры, а как следствие, и металлоемкость. Вместе с тем эта конструкция удобна
для монтажа благодаря малым габаритам и симметричной форме. Удобной является и
смена плашек под полом буровой при повороте крышек на шарнирах, а также
техническое обслуживание превентора.
Универсальный превентор обоснованно дополняет установку т.к. обладает
перед плашечными превенторами такими достоинствами как герметизация устья при
отсутствии колонны труб в скважине или при наличии на уровне превентора ведущей
трубы, бурильного замка, муфты и других частей бурильной колонны, независимо от
диаметра и геометрической формы уплотняемого элемента. Универсальный превентор
обладает возможностью проворачивания бурильной колонны и протаскивания труб
вместе с муфтами и бурильными замками; способностью самоуплотняться за счет
давления среды скважины.
Преимуществом универсального превентора ПУГ-230´350 перед другими аналогичными
конструкциями является надежность работы и долговечность металлоармированного
конусного уплотнительного элемента, а также оптимальные габаритные размеры, и
небольшая металлоемкость [2].
Таким образом, для дальнейших расчетов выбирается универсальный превентор
ПУГ-230´350.
3. Конструктивные особенности универсальных превенторов
Конструктивные особенности:
· универсальный превентор обеспечивает повышенную безопасность,
не предъявляет особых требований к обслуживанию, обладает гибкостью
технологических операций;
· наличие только 2 движущихся деталей (поршень и уплотнение)
придает изделию надежность, эффективность и снижает эксплуатационные расходы;
· давление в скважине способствует дополнительному эффективному
уплотнению;
· простота конструкции облегчает при необходимости замену всех
уплотнений и основных деталей;
· все открытые металлические участки деталей и уплотнений,
находящиеся под воздействием скважинных жидкостей, обладают стойкостью к
сероводороду;
· рабочая среда нефть, газ, раствор, вода;
· рабочая температура от -600С до +1210С;
· В комплект поставки входят: превентор ПУГ в сборе, запасные
уплотнители и манжеты, инструмент.
4. Расчет универсального превентора
Техническая характеристика
Шифр:ПУГ-230´350
) Диаметр проходного отверстия, мм- 230
) Давление
рабочее, МПа- 35
пробное, МПа- 44
3) Управление: дистанционное гидравлическое
рабочий агент - масло
- рабочее давление, МПа- 10
максимальное давление в системе, МПа- 13,5
объем закрывающей полости, л- 19,3
объем открывающей полости, л- 12,3
4) Размеры уплотняемого инструмента
рабочие трубы любой формы от 2 ½" до 6"
бурильные и обсадные трубы от 60 до 194 мм
) Габаритные размеры
- высота, мм- 1300
наибольший диаметр корпуса, мм- 920
) Масса, кг- 2387
4.1 Расчет уплотнителя
Расчет уплотнителя заключается в определении его основных размеров.
Исходными данными являются рабочее давление Р = 35 МПа и диаметр проходного
отверстия d0 = 230 мм. Расчет ведется из условия перекрытия
скважины при отсутствии в ней инструмента.
Половина угла конусности во всех существующих универсальных превенторах
принимается a = 24°, а высота уплотнителя
Н=0.8d0, (1)
Н = 0.8×0.230 =
0.184 м.
Принимаем Н = 0.180 м.
Диаметр нижнего основания уплотнителя при полном ходе поршня вверх
d¢1=1.3×d0, (2)
d¢1
=1.3×0.23=0.299 м.
Принимаем d¢1 = 0.300 м.
Диаметр верхнего основания снятого уплотнителя
d¢2=d¢1+2×H×tg240, (3)
d¢2=0.3+2×0.18×tg240=0.46 м.
Объем резины, вытесняемый штуцером за полный ход вверх
Vп=n×Vo, (4)
где Vo - объем, который должен перекрыть
уплотнитель при отсутствии инструмента в скважине, м3;
n -
коэффициент запаса (n = 1,6).
(5)
Этот
же объем определяется по формуле:
(6)
где Н - высота уплотнителя, м;
d1 и d2 - диаметры верхнего и нижнего основания несжатого
уплотнителя, м.
, (7)
, (8)
где
h - полный ход поршня, м.
Подставив выражения d1 и d2, получим
(9)
После
упрощений получим
h=0.138
м.
Принимаем h = 0.140 мм.
Зная ход поршня, определяем основные размеры несжатого уплотнителя по
формулам (7) и (8) [2]
(11)
(12)
Рисунок
7 - Резинометаллический уплотнитель
.2
Расчет усилия на поршень необходимый для герметизаций устья скважины
Расчет
сводится к определению усилия, необходимого для зажатия уплотнителя до
соприкосновения с трубой или полного перекрытия прохода при отсутствии
инструмента. После соприкосновения или перекрытия кроме силы гидропривода будет
действовать сила давления среды скважин, создавая самоуплотняющий эффект. Для
расчета необходимо определить величину радиального перемещения к центру
образующей боковой поверхности уплотнителя в следующих случаях:
а)
перекрытие уплотнителем прохода без коэффициента запаса объема (n =
1);
б)
герметизация устья скважины при наличии в ней квадратной ведущей трубы со
стороной квадрата a = 115 мм.
Радиальное
перемещение определяется исходя из расчетов размера уплотнителя:
а)
полное перекрытие уплотнителем прохода
, (13)
.
При герметизации ведущей трубы DR определяется по формуле[2]
, (14)
, (15)
, (16)
.
м.
Зная
величину радиального перемещения DR без учета сил трения между уплотнителем и крышкой,
можно определить величину, соответствующую внешнему давлению на уплотнитель,
рассматривая его как толстостенную цилиндрическую трубу, находящуюся под
внешним давлением.
После
преобразования получим
, (17)
где Ер - модуль упругости материала уплотнителя (Ер
= 8 МПа);
mр -
коэффициент Пуассона для материала уплотнителя (mр = 0,5).
,
После
преобразований получим
.
Усилие
на поршень без учета сил трения между крышкой превентора и уплотнителем, и
трения между корпусом и уплотняющим материалом можно выразить через нормальное
давление
, (18)
где
Рn - нормальное давление, Па;
fб - боковая площадь уплотнителя, м2;
Qтр - сила трения между уплотнителем и
поршнем, Н.
, (19)
, (20)
м.
где l - длина внешней образующей
уплотнителя, м.
, (21)
где m - коэффициент
трения резины по стали (m =
0,25).
, (22)
,
.
Получив
выражение, определяющее величину усилия поршня в зависимости от величины
радиального перемещения образующей внутренней боковой поверхности уплотнителя,
можно определить усилие на поршне для различных случаев [3]:
а)
для полного перекрытия прохода при отсутствии инструмента
;
б)
для герметизации рабочей трубы со стороной квадрата а = 115 мм
.
противовыбросовый превентор установка герметизация
5. Охрана окружающей среды
Рациональное использование природных ресурсов, охрана
и целесообразное преобразование окружающей среды является органической частью
хозяйственной деятельности Российского государства, которое уделяет этим
вопросам постоянное внимание. Важное значение имеют постановления правительства
об усилении охраны природы и улучшении использования природных ресурсов, в
которых определена система мероприятий, направленных на повседневную заботу о
чистоте окружающей среды, постоянный контроль за соблюдением правил и норм
эксплуатации всех естественных богатств.
При бурении нефтяных и газовых скважин охрана природы
сводится главным образом к сохранению земли, вод, лесов, а также воздуха и
недр.
Освоение нефтяных и газовых месторождений неизбежно
приводит к прогрессирующему загрязнению окружающей среды. В результате
снижаются ресурсно-биогенетический потенциал биосферы, народнохозяйственная
ценность земельного фонда и объектов гидросферы. При этом геохимический
техногенез проявится на всех этапах основания месторождений углеводородного
сырья: от бурения до ввода их в разработку, а так же в течение всего периода
эксплуатации. Особую актуальность проблема защиты окружающей среды при
строительстве скважин приобретает в последнее время в связи с расширением
географии и увеличением буровых работ. В местах бурения необходимо принятие
эффективных мер по сохранению природной среды на экологически безопасном уровне
[5].
Заключение
В курсовой работе разработано противовыбросовое оборудование,
рассчитанное на рабочее давление 35 МПа и включающее в себя универсальный и
плашечные превенторы, прототипы которых соответствуют требованиям,
предъявляемым современному оборудованию для разведочного и эксплуатационного
бурения, и являются одними из лучших среди известных отечественных аналогов.
Благодаря оптимальной комплектации и меньшей массе превенторов облегчается
транспортировка, монтаж, техническое обслуживание и ремонт данного
противовыбросового оборудования, снижается время на проведение этих работ и
финансовые затраты.
Противовыбросовое оборудование является необходимым элементом современной
буровой установки. Поэтому вполне естественным является то, что обеспечение
безопасного и безаварийного ведения буровых работ и, как следствие, темпов
роста объема бурения возможно при дальнейшем совершенствовании превенторных
установок.
В настоящее время интенсификация процесса бурения и увеличение глубины
бурящихся скважин, т.е. увеличение ожидаемого пластового давления, привело к
значительному росту требований, предъявляемых противовыбросовому оборудованию.
Неправильный выбор превенторной установки и ее состава может привести к
непоправимым последствиям, связанным с открытым фонтанированием нефти и газа,
что потребует длительных и сложных аварийных работ и огромных капитальных
вложений
Список использованной литературы
1 Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы.- М.: Недра,
1988. - 501 с.
2 Гульянц Г.М. Противовыбросовое оборудование скважин,
стойкое к сероводороду. Справочное пособие.- М.: Недра, 1991. - 216 с.
Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин:
Справочник/И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. - 4-е изд., перераб. и доп.
- М.: Машиностроение, 1993. - 311 с.
Справочник по сопротивлению материалов/ Писаренко
Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; Отв. ред. Писаренко Г.С.- 2-е изд., перераб.
И доп.- Киев: Наук. думка, 1988.- 671 с.
Раабен А.А. и др. Монтаж бурового и
эксплуатационного оборудования.- М.: Недра, 1975. - 289 с.
6 Чекмарев А.А., Осипов В.К. Справочник по
машиностроительному черчению.- 2-е изд., перераб.- М.: Высш. Шк.; Изд. Центр
«Академия», 2000.- 403 с.
7 Булатов А.И., Прселков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и
технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учебник для вузов. - М.: ООО
«Недра-Бизнесцентр», 2003. - 1007 с.