Оборудование для нефтегазовой отрасли представлено весьма сложным комплексом различных устройств, элементов и технических приспособлений. Основой добычи нефти и газа и первым звеном в технологической цепочке является скважина. Для ее создания и эксплуатации применяется необходимое оборудование в соответствии с различными условиями. Оно отличается по своим конструктивным характеристикам и назначению. Оборудование, называемое устьевым, обеспечивает герметичность верхних концов обсадных колонн скважины, воспринимает на себя их вес, служит опорой для фонтанной арматуры. Устьевое оборудование позволяет обеспечивать контроль межколонных и затрубных давлений, настраивать технологические режимы работы скважины во время её эксплуатации, а также проводить необходимые внутрискважинные и ремонтные работы.
Назначение устьевого оборудования
Рассмотрим более подробно основные задачи применения устьевого оборудования. Устье скважины защищает разные типы почв от обвалов при бурении, обеспечивает более безопасную точку выхода скважины, а также регулирует давление в системе. Основное назначение устьевого оборудования заключается в следующем:
- Герметизация устья и регулирование потоков: оборудование гарантирует непроницаемость устьевого пространства скважины, осуществляет контроль и корректировку объемов добываемой нефти или газа, предотвращая утечку флюидов и проникновение нежелательных примесей.
- Возможность избежать аварийные ситуации: использование запорной арматуры дает возможность быстро прекратить подачу рабочей среды и предотвратить возникновение критических ситуаций, обеспечивая сохранность оборудования.
- Контроль и закачка реагентов: оборудование применяется для наблюдения за составом компонентов жидкостей и добавления разнообразных химических реагентов в скважину для регулировки технологических параметров.
Устьевое оборудование нефтегазовых скважин можно разделить на 2 условных вида:
1) стандартное – фланцево-катушечное;
2) моноблочное.
Стандартные колонные головки, например, типа ОКК, представляют собой набор секций в виде корпуса и фланцевых катушек. Корпус устанавливается на обсадную трубу – кондуктор посредством резьбы, сварки, либо клинового замка. Последующие колонны подвешиваются во фланцевых катушках с помощью клиновых или мандрельных подвесок. Герметичность межколонного пространства обеспечивается специальными пакерными элементами, которые могут быть встроены в подвеску, либо быть отдельным узлом. Активация пакерного элемента может осуществляться за счет зажимных винтов.
Моноблочые колонные головки являются более продвинутым видом устьевого оборудования. Все обсадные колонны устанавливаются в едином корпусе, что позволяет значительно оптимизировать процесс строительства скважины, т.к. не требуется производить демонтаж/монтаж ПВО после бурения каждой секции. Кроме того, моноблочная колонная головка более компактна, имеет меньший вес и габаритные размеры. Отсутствие лишних разъемных соединений обеспечивает более высокую безопасность и надежность. Данные особенности обуславливают широкое применение моноблочных колонных обвязок на морских платформах, где ограниченные пространства и допустимые нагрузки играют немаловажную роль.
Составные элементы устьевого оборудования
Основными элементами устьевой колонной обвязки являются: опорное основание, корпус, трубная головка, боковые шиберные задвижки, подвески обсадных колонн, узлы межколонного уплотнения, эластомерные и металлические уплотнения, шпилечные болты (при фланцевых обвязках), средства измерения и контроля давления.
Опорное основание – служит опорой для колонной головки, часто является разъемной конструкцией и устанавливается на обсадную колонну – направление.
Корпус колонной головки монтируется на кондуктор. При фланцевой обвязке последующие колонны крепятся в катушках, которые соединяются между собой с помощью шпилечных болтов. В моноблочном исполнении, все колонны монтируются в едином корпусе.
Подвески обсадных колонн обеспечивают подвешивание колонн в специальных посадочных местах в корпусе колонной головки. Мандрельные подвески соединяются с верхним концом обсадной колонны с помощью резьбы. Существуют также клиновые подвески, они обеспечивают крепление к наружной части трубы за счет клиновых сегментов.
Узлы межколонного уплотнения обеспечивают герметизацию и разобщение межколонных пространств. Они могут быть нескольких разновидностей, зачастую активация узла производится механически.
Различные эластомерные и металлические уплотнения для обеспечения герметичности в условиях высоких давлений и температур, а также в агрессивных средах.
Шпилечные болты, кольцевые уплотнительные прокладки различных форм и размеров используются для соединения секций колонной головки между собой.
Особенности устьевой арматуры
Одна из особенностей устьевой арматуры заключается в способности заменять или ремонтировать отдельные элементы системы, не останавливая при этом функционирование скважины. Это, в свою очередь, минимизирует вероятность простоев и повышает общую производительность.
Конструкция устьевого оборудования предусматривает наличие специальных устройств и приспособлений, позволяющих производить замену запорной арматуры под давлением. Такой подход обеспечивает безопасность и своевременность технического обслуживания, исключая необходимость снижения давления в скважине. Кроме того, оборудование оснащено разнообразными задвижками для контроля потоков и специализированными компонентами для облегчения монтажа обвязки, обеспечивая более прочное и надежное соединение всех составных частей. Устьевые задвижки, оснащенные с металлическим уплотнением предназначены для перекрытия каналов устьевой арматуры, фонтанных и нагнетательных скважин. Они обеспечивают безопасность и эффективность эксплуатации, позволяя быстро выполнять необходимые операции по обслуживанию и контролю состояния оборудования в процессе его работы.
Устьевые задвижки колонной обвязки могут быть в различных вариантах исполнения: простые ручные, сдвоенные ручные блок-задвижки, блок-задвижки с гидроприводом. Гидропривод оснащается датчиками концевых положений и взрывозащищенной соединительной коробкой.
Фонтанная арматура
Для регулирования потоков и обеспечения подвески колонн существует различная фонтанная арматура, которая представляет собой набор из шиберных задвижек, которые могут быть ручными или с гидроприводами, тройника, или крестовика, фланцев, штуцерной камеры.
При наземной эксплуатации Фонтанная арматура подразделяется на тройниковые, и крестовые.
Фонтанная арматура устанавливается на адаптер трубной головки, иногда называемый планшайбой.
Штуцерная камера устанавливается перед выкидной линией и обеспечивает регулирование потока скважинной продукции, за счет изменения площади проходного отверстия в корпусе камеры. Наиболее часто встречаются штуцерные камеры игольчатого и клеточного типа. Штуцерные камеры могут быть ручными, а также, могут оснащаться электроприводом и управляться дистанционно.
Существует также, компактная блок-арматура, которая может состоять из двух частей: вертикальной и горизонтальной. Каждая часть представляет собой сдвоенную моноблочную задвижку, в которой интегрирована ручная и гидроприводная задвижка.
К фонтанной арматуре предъявляются строгие требования для обеспечения безопасной и надежной работы. Особое значение имеет прочность материалов при высоких давлениях, обеспечение полной герметичности, а также устойчивость к значительным температурным колебаниям и агрессивным химическим веществам, например, таким, как H2S и СО2, которые вызывают стремительный износ и разрушение арматуры.
Важно, чтобы эти элементы соответствовали установленным стандартам, включая устойчивость к повышенному давлению, возможность подачи рабочих агентов и закачки газа, обеспечение постоянного мониторинга параметров работы и надежную герметизацию. Существуют различные типы фонтанной арматуры, оснащенные однорядными или двухрядными фонтанными ёлками с разным количеством насосно-компрессорных труб. В конструкцию могут быть добавлены краны и запорные устройства различного типа. Диаметр проходного отверстия обычно варьируется от 50 до 150 мм, а номинальное давление в системе может достигать 140 МПа.
- Устьевые колонные обвязки (колонные головки) — основное оборудование для обвязки обсадных колонн. В них закрепляются обсадные колонны. Колонные обвязки необходимы для подвешивания эксплуатационных и технических колон при строительстве скважины, разобщения межколонных пространств, регулировки давления, установки противовыбросового оборудования. Очень важно учитывать характеристики скважины, при этом допустимые значения рабочих температур от -60 до +40 °С.
- Главная функция трубной головки заключается в фиксации лифта насосно-компрессорных труб (НКТ), а также, трубная головка служит своего рода пьедесталом для фонтанной арматуры. НКТ может подвешиваться в адаптере трубной головки, либо с помощью подвески НКТ (трубодержателя).
- Функции фонтанной ёлки — герметизация устья скважины, управление, контроль и регулирование технологического режима эксплуатации скважины, направление продукции скважины в нефтесборный коллектор, полное перекрытие или глушение скважины, обеспечение подвески одного или двух рядов насосно-компрессорных труб (НКТ), обеспечение спуска в скважину приборов, устройств, оборудования, обеспечение закачки в скважину рабочих агентов для воздействия на пласт или призабойную зону пласта или других технологических операций.
Нормативная документация на эксплуатацию устьевого оборудования
Устьевое оборудование соответствует требованиям нескольких нормативных стандартов. Стандарт применяется к устьевым устройствам, соединителям, фланцам и задвижкам, подвескам НКТ и обсадных колонн, запорной арматуре и другим конструктивным элементам. Наиболее важный общепринятый в мире стандарт, охватывающий все аспекты устьевого оборудования – API 6A 21-е Издание.
В России распространены следующие стандарты:
- ГОСТ Р 51365 «Оборудование для бурения и добычи. Оборудование устья скважины и фонтанное устьевое оборудование» — основной документ, регламентирующий выпуск нефтепромыслового оборудования
- ГОСТ 30768 «Оборудование устьевое нефтепромысловое добычное»
- ГОСТ 28996 «Оборудование нефтепромысловое устьевое»
Фонтанная арматура в России отвечает нормам ГОСТ 13846-89 «Арматура фонтанная и нагнетательная».
Монтаж
Шеф-монтаж колонной обвязки представляет собой техническое руководство организации монтажа оборудования при выполнении работ по строительству скважины. Данная деятельность подразумевает работы по установке корпуса, тестированию уплотнений, установке и извлечению защитных втулок, монтажу подвесок и узлов уплотнений, монтаж подвески НКТ, установку адаптера и фонтанной арматуры, тестирование согласно инструкции оборудования, обучение персонала по работе и многие другие операции. Порядок работы сервисного инженера строго регламентирован.
Особенности выбора устьевого оборудования
Устьевое оборудование представлено широким спектром моделей и вариантов исполнения. При выборе устьевого оборудования необходимо учитывать конструктивные особенности скважины, ее назначение, способ эксплуатации, климатические особенности региона, физико-химический состав продукции и другие факторы.
Устьевое оборудование отвечает нормативным документам, выпускается с различным климатическим исполнением, для различных сред, объектов с рабочими давлениями от 14 МПа до 140 МПа.
Перед вводом в эксплуатацию, оборудование обязательно проходит заводские испытания, все элементы получают паспорта и сертификаты соответствия, подтверждающие надежность оборудования на весь срок эксплуатации.
