Оборудование устья нефтяных и газовых скважин

11

перепад давления, допускаемый на затворе, сравнительно небольшой;

скорость срабатывания – низкая;

возможно получения в конце хода гидравлического удара;

ремонт уплотнительных поверхностей затвора, изношенных при

эксплуатации, затруднен.

1.4.2. Краны

Кран – запорное устройство, в котором подвижная деталь затвора

(пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потоков при

перекрытии потока вращается вокруг своей оси.

В зависимости от геометрической формы затвора (пробки) краны

разделяются на: конические (см. рис. 1.6 а); цилиндрические; шаровые

(сферические) (см. рис. 1.6 б).

а)

б)

Рис. 1.6. Краны

Краны классифицируются также по конструктивным признакам: по

форме проходного окна пробки; по количеству проходов; по способу создания

удельного давления на уплотнительных поверхностях; по типу управления и

привода и т.д.

Приняты следующие обозначения кранов, например:

КППС-65х140ХЛ

К – кран;

П – пробковый;

12

П – проходной;

С – со смазкой;

65 – условный проход, мм;

140 – рабочее давление ,кгс/см

2

;

ХЛ – климатическое исполнение по ГОСТ 16550-70;

для холодной климатической зоны;

для умеренной астматической зоны – не обозначается.

1.4.3. Вентили

Вентиль – запорное устройство с поступательным перемещением затвора

в направлении, совпадающем с направлением потока среды (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Вентили стальные прямоточные (пробоотборники)

По конструкции корпуса вентили подразделяются на: проходные угловые;

прямоточные; смесительные.

По назначению: запорные; запорно-регулируемые; специальные.

По конструкции затвора: тарельчатые, диафрагменные, дроссельные (с

профильными золотниками и игольчатые).

По способу уплотнения шпинделя: на сальниковые; сильфонные.

В фонтанной арматуре вентили применяют для установки манометров и

снижения давления в отключенной части оборудования.

В фонтанной арматуре используются вентили игольчатые, на рабочее

давление 140 кгс/см

2

ВИ-15.

1.4.4. Регулирующие устройства

Штуцера (дроссели) – предназначены для регулирования режима

эксплуатации нефтяных, газовых и газоконденсатных скважин (рис. 1.8).

13

Дроссели изготавливают двух типов: регулируемые и нерегулируемые

(сменные). Регулируемые дроссели позволяют осуществлять плавное

регулирование режима эксплуатации скважин, а нерегулируемые –

ступенчатое. В нерегулируемых дросселях изменение режима осуществляется

путем замены корпуса с насадками одного диаметра проходного отверстия на

другой.

а)

б)

в)

г)

д)

а – дискретный штуцерный, б – регулируемый, в – с клеткой, г – со

сменными штуцерами, д – нерегулируемый

Рис. 1.8. Дроссели

14

Условное обозначение дросселей:

ДР-65Х350К1

Д – дроссель;

Р – регулируемый;

65 – диаметр прохода, мм;

350 – рабочее давление, кгс/см

2

;

К1 – исполнение по коррозионностойкости:

для среды, не содержащей коррозионные вещества – не обозначается;

для среды с (Держанием до 6% СО

2

– К1;

для среды содержащей до 6% С0

2

и H

2

S (каждого) с оборудованием,

изготовленным из выссшлегированной стали – К2;

Для среды с содержанием до 6% СО

2

и H

2

S (каждого) с оборудованием,

изготовленным из низколегированной и малоуглеродистой стали с примене-

нием ингибитора в скважине – К2И;

Буфер позволяет уменьшить амплитуду колебаний давления в

фонтанной арматуре, т.к. в верхней части скапливается газ, что также

уменьшает колебания давления и стрелки манометра.

Лубрикатор – устройство, герметизирующее устье скважины при спуске

в нее глубинного прибора (глубинного манометр, термометра и т.п.) с целью

проведения исследований скважины.

1.5. Конструкция узлов и деталей ФА

Детали и узлы арматуры соединяются между собой резьбой, фланцами с

уплотнениями или хомутами. По этому признаку арматура делится на резьбо-

вую, фланцевую и хомутовую (или бугельную).

Распространены литые и сварные детали арматуры. В сварной арматуре

заготовки деталей корпусов тройников и крестовиков изготавливаются отлив-

ками без фланцев, которые затем соединяются с литой частью корпуса

сваркой. В последнее время подучила распространение и сварная арматура.

Тройники и крестовины арматуры изготавливаются литьем из сталей

40Х, 40ХН, 35ХМА, ХГС и др. легированные стали. Корпус крестовика

15

отливается с одним большим фланцем из стали 35ХМЛ. Второй большой

фланец и два малых фланца, изготовленые штамповкой из стали 35ХМ или

40Х, соединяются с телом корпуса сварными швами. Сваривают детали в

среде углекислого газа с подогревом зоны сварных швов до температуры 250-

300 С°.

Фланцевые соединения (Ст 45, 40ХЛ, 40ХНЛ и др. легированные стали)

арматуры ранее имели металлические прокладки овального сечения,

изготавливаемые из сталей 0X18Н9, 1Х18Н9Т. В настоящее время арматура

имеет восьмигранные прокладки. Материал прокладок для не коррозионных

сред – стали марок 08Кп, 20, 30 и 40. Для работы в коррозионной среде –

стали марок Х18Н9Т и XI7HI3M3T.

Фланцевая арматура для условий Крайнего Севера должна сохранять

свою работоспособность при температуре до минус 60°. Отливки из сталей

38Х2МЮА, 40ХН, 35ХМА, 35 рекомендуется применять только после

термической обработки (нормализация, закалка, и отпуск).

Шпильки фланцевых соединений арматуры изготавливаются для всех

типов арматуры из сталей 40,40X6, 36Х, 40ХН.

Материалы, рекомендуемые для изготовления арматуры при различных

рабочих давлениях, представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Механические характеристики материалов для фонтанной арматуры

Основные требования к корпусным деталям фонтанной арматуры

Рабочее давление, МПа

Предел проч-

ности σ

в

,

МПа

Предел те-

кучести σ

02

,

МПа

Относитель-

ное удлине-

ние ε, %

Относитель-

ное сужение

ψ,%

7

492

253

22

30

14, 21, 35 (концы деталей под приварку)

14, 21, 35 (цельные детали)

492

316

19

32

70 (концы деталей под

приварку)

632

421

18

35

105

703

527

17

36

16

2. Практическая часть.

Таблица 2.1

Исходные данные по вариантам

Вар.

Шифр арматуры

D

ср.к

D

б

D

n

H

фл

e

b

h

р

d

вн

r

н

r

в

z

Сталь

σ

тшп

σ

тфл

мм

Шпилька

Фланец

Мпа

АФК1-65×14

92,5

160

110

27

10

9

15,9

17,3

56,35

45,25

8

20Х

300

1

АФК7-65×14

40Х

20Х

330

500

2

АФК1Э-65×14ХЛ

35

320

380

3

АФК3-65х14

33ХС

35Г2

300

370

4

АФК1Э-65х14 УХЛ

40

340

400

5

АФК4Э-65х14

45Х

40Г2

350

390

6

АФК5-65×14 ХЛ

35ХГСЛ

40ХЛ

343

491

7

АФК2-65х14

45

360

450

8

АФК1Э-65х21 К1 ХЛ

92,5

160

110

27

10

9

15,9

17,3

56,35

45,25

20Х

300

9

АФК7-65х21 К1

40Х

20Х

330

500

10

АФК1Ш-65х21 К1 ХЛ

35

320

380

11

АФК5-65х21 К1

33ХС

35Г2

300

370

12

АФК2-65х21 К1 ХЛ

40

340

400

13

АФК3-65×21 К1

45Х

40Г2

350

390

14

АФК3Э-65х21 К1 ХЛ

35ХГСЛ

40ХЛ

343

491

15

АФ3-65х21 К1 ХЛ

45

360

450

17

Продолжение таблицы 2.1

Вар.

Шифр арматуры

D

ср.к

D

б

D

n

H

фл

e

b

h

р

d

вн

r

н

r

в

z

Сталь

σ

тшп

σ

тфл

мм

Шпилька

Фланец

Мпа

16

АФК1-80/50×35 К2

94,5

162

112

29

12

11

17,9

17,3

58,35

47,25

8

20Х

35ХГСЛ

300

589

17

АФ2-80/50х35 К2 ХЛ

40Х

20Х

330

630

18

АФК2-80/50х35 К2

35

40Х

320

650

19

АФК3-80/50х35 К2

33ХС

300

700

20

АФ3-80/50х35 К2 ХЛ

40

45Х

340

750

21

АФ4-80/50х35 К2 ХЛ

45Х

30ХГТ

350

800

22

АФК5-80/50х35 К2

35ХГСЛ

30ХГС

343

850

23

АФ6-80/50х35 К2

45

40Х

360

900

24

АФК1-80\65×35 К3

94,5

162

112

29

12

11

17,9

17,3

58,35

47,25

20Х

35ХГСЛ

300

589

25

АФК2-80/65х35 К3 ХЛ

40Х

20Х

330

630

26

АФ7-80/65х35 К3

35

40Х

320

650

27

АФК3-80/65х35 К3

33ХС

300

700

28

АФ4-80/65х35 К3 ХЛ

40

45Х

340

750

29

АФК3-80/65х35 К3

45Х

30ХГТ

350

800

30

АФК5-80/65х35 К3 ХЛ

35ХГСЛ

30ХГС

343

850

31

АФ6-80/65х35 К3

45

40Х

360

900

18

Таблица 2.2

Механические свойства углеродистых качественных и легированных

конструкционных сталей

Марка

стали

Термообра-

ботка *

Предел

текучести,

σ

т

, МПа

35

Н

320

У

380

В35

650

40

Н

340

У

400

В35

650

45

Н

360

У

450

М35

650

В42

В48

ТВЧ56

700

950

450

20Х

Н

У

М59

300

500

630

40Х

Н

У

М39

М48

330

650

900

1100

45Х

Н

У

М48

350

750

1200

50Х

М48

1300

35Г2

Н

В, НВ 249

370

650

40Г2

Н

М, НВ331

390

950

45Г2

Н

410

М, НВ295

700

33ХС

Н

300

М

700

Марка

стали

Термообра-

ботка *

Предел

текучести,

σ

т

, МПа

38ХС

У

750

30ХГТ

М43

1050

Ц-М59

800

20ХГНР

М40

1200

М50

1400

40ХФА

М30

750

М50

1300

30ХМ

М

750

35ХМ

М, НВ270

850

М50

1400

40ХН

Н

460

М43

1000

12XH3A

У

700

ТВЧ59

850

20Х2Н4А

ТВЧ59

450

Ц-М59

850

М

1100

20ХГСА

М

650

30ХГС

О

360

30XГСА

У

850

М46

1300

50ХФА

М

1100

М46

1300

ШХ15

О

380

М62

1700

40ХЛ

М

491

35ХГСЛ

Н

343

В

589

35ХМЛ

Н

392

*

Условные обозначения термической обработки: О – отжиг; Н –

нормализация; У – улучшение- Ц – цементация, ТВЧ – закалка с нагревом ТВЧ;

В – закалка с охлаждением в воде; М – закалка с охлаждением в масле; НВ –

твердость по Бринеллю. Число после М, В, Н или ТВЧ – среднее значение

твердости по HRC.

19

2.1. Теоретический расчет ФА на прочность

Проектировочный расчет фонтанной арматуры сводится к расчетам

геометрических размеров узлов и деталей по известным размерам аналогов

арматуры и величине рабочего давления среды.

Наиболее распространенным является расчет по предельным нагрузкам.

Расчет по предельным нагрузкам состоит:

определение усилий, действующих во фланцевом соединении;

прочностной расчет деталей: шпилек, фланцев, прокладок, для заданных

условий эксплуатации.

За прототип возьмем фонтанную арматуру АФК1-65×14 с запорными

устройствами типа КППС-65×14 и регулирующим устройством в виде

нерегулируемого дросселя рассчитанную на давление 14 МПа. Арматура,

детали, узлы изготовлены из стали 20Х.

Исходные данные:

Р

р

= 14 МПа (рабочее давление);

D

усл

= 65 мм (условный диаметр проходного отверстия);

D

cр.к

= 92,5 мм (средний диаметр канавки фланца);

D

б

= 160 мм (диаметр делительной окружности центров отверстий под

шпильки);

D

п

= 110 мм (диаметр перехода фланца);

Н

фл

= 27 мм (высота тарелки фланца);

е = 10 мм (глубина канавки);

b = 9 мм (ширина прокладки);

h

p

= 15,9 мм (высота прокладки);

d

вн

= 17,3 мм (внутренний диаметр резьбы шпильки);

z = 8 (количество шпилек);

σ

тфл

= σ

тшп

=

300 МПа.

2.1.1. Расчет фланцевого соединения по допускаемым напряжениям

Суммарное эксплуатационное усилие, воспринимаемое шпильками Р

э

,

учитывает усилие от действия давления среды Р

д

разжимающее фланцы,

усилие необходимое для поддержание герметичности в эксплуатационных

условиях Р

Г

Р

э

=Р

д+

Р

г

(2.1)

Усилие от действия давления среды Р

д

определятся по формуле:

р

срк

Д

РDP

2

4

(2.2)

где, D

cpк

– средний диаметр канавки фланца, м;

Р

– рабочее давление среды, Па.

20

Н109410140,0925

4

3,14

P

362

Д

Усилие необходимое для поддержания герметичности:

pэффсрГ

PmbDP

(2.3)

где, b

эфф

– эффективная толщина прокладки, на которую

распространяется удельное давление сжатия прокладки. Выбирается от

конструктивной ширины прокладки b: b

эфф

=0,125·b =1,125 мм;

m – прокладочный коэффициент, зависящий от вида и упругих

свойств материала прокладки. Для легированных прокладок m =5,5.

Н102,2510145,510125,10925,014,3P

363

Г

Тогда суммарное эксплуатационное усилие равно:

H102,119102,251094P

333

э

За расчетное усилие Р

рас

принимаем: Р

рас

= Р

э

= 119,2·10

3

Н.

2.1.2. Расчет шпилек

Прочностной расчет шпилек ведется на основании ранее определенного

расчетного усилия Р

рас

. Расчет шпилек арматуры сводится к расчету

прочности отдельной шпильки, от действия растягивающей нагрузки.

Усилие действующее на одну шпильку:

z

Р

рас

1

(2.4)

где, z – количество шпилек в соединении.

Н109,14

8

102,119

Р

3

1

Определяется расчетное напряжение материала шпильки:

1

F

Р

рас

(2.5)

где, – площадь поперечного сечения шпильки.

24

2

1

м1035,2

4

0173,014,3

F

4

d

F

2

вн

1

Оборудование устья нефтяных и газовых скважин

Подождите немного. Документ загружается.