Ндіруші ұңғыма сағасының қондырғылары. Ашық фонтандауды сақтандыратын қондырғылар

 

Ұңғымадағы шегендеуші құбырлар сағадағы құбырлардың басымен байланады. Тізбек басы (1.3-сурет) ұңғыманың барлық шегендеуші құбырларын бір жүйеге қатар байлайды да, олардың салмағын толығымен қабылдап, кондукторға бұл күштердің барлығын түсіреді. Соның көмегімен ұңғыманың құбыр араларындағы кеңістіктерді герметизациялап, бір бірінен оқшаулайды. Сонымен бірге ұңғыманың оқпанын тексеру және әр түрлі қажетті технологиялық операцияларды орындауға және ұңғымаға түсірілетін пайдалану қоңдырғыларын монтаждау мақсатында да қолданады. Бұрғылау жұмыстары кезінде лақтыруға қарсы жабдықтардың превенторлары орнатылады да, бұрғылау жұмыстары біткеннен кейін превенторлар демонтаждалады.

Құрылымы бойынша қарастыратын болсақ, тізбек басы деп бірнеше біріктірелген бөлшектерді айтуға болады және оның құрамына шегендеуші құбырларды ұстап тұратын катушкалар мен крестовиналар кіреді. Бұл элементтердің саны шегендеуші құбырлардың санына байланысты болады.

 

1.3-сурет. Тізбек басының құрылымы:

1-катушка; 2-нығыздауыш; 3-сыналар; 4-корпус; 5-ысырма; 6-шегендеуші құбыр, 7-құбырлар тізбегі

 

Тізбек басының жұмыс істеу жағдайы өте қиын. Себебі тереңдігі жоғары ұңғымалардағы шегендеуші құбырлардың салмағы бірнеше жүздеген килоньютоннан асуы мүмкін. Сонымен қатар тізбек басы онымен қарым қатынаста болатын ортаның салмағын да өзіне алады. Өнімнің құрамында H₂S, CO₂ элементтері кездессе немесе судың жоғары минерализациясы орын алса, онда тізбек басы осы факторлардың әсерінен тез тозады. Терең ұңғымаларға қыздыру сұйықтарын айдағанда тізбек басы 150-250 градусқа дейін қызады, ал солтүстік аймақтарда тізбек басы минус 50 градусқа дейін суыйды.

Тізбек басының беріктігінің бұзылуы әртүрлі апаттарға және қоршаған ортаға зиян келтіруіне әкеліп соғады, ал кей жағдайларда ол өртке, ал қауіпті жағдайда жарылысқа себеп бола алады.

Көп бағытты ұңғымаларда тізбек басының салмағы өте ауыр болады және алатын аумағы да аса үлкен. Олардың қажеттілігінің артуына байланысты жасалу кезінде көп мөлшерде металл қолданылады және оны құрастыруда легирленген болат қолданылады. Тізбек басының вертикалды аумағының үлкеюімен қатар ұңғымадағы жұмыстар да күрделенеді.

Жоғарыда айтылған тізбек басының жұмыс істеу кезіндегі ерешеліктері мен тізбек басының құрылымының ерекшілектері, оларды құрастырған кезде көптеген талаптарды орындауды қажет етеді. Ең бастысы - тізбек басы және оның бөлшектері ұңғыманың қызмет ету кезінде әр-түрлі жағдайларда өзінің беріктігін сақтау керек және құрастыруы кезінде металлды аз қолдану үшін оның вертикаль өлшемдері шағын болуы керек.

Тізбек басының элементтерін қарастырайық. Екі құбырды байлау үшін тізбек басының корпусы 4 шегендеуші құбырға 6, отырғызылған (1.3-сурет). Құбыр басының іші конусты болып келеді және оның ішінде шегендеуші құбырларды 7 ұстап тұратын сыналар 3, орналасқан. Тізбек басының қосқыш тетігі (фланец) құбырға кигізгілген немесе оған дәнекерленген катушка 1 бекітіледі. Катушка бұрандалар арқылы тізбек басымен байланысқан. Құбыраралық кеңістік нығыздаушылар 2 арқылы бір бірінен оқшауланған. Құбыр сыртындағы кеңістікке жету үшін тізбек басына ысырма 5 орналастырылған. Мұндай тізбек басының биіктігі 1 метрдей болады. Шегендеуші құбырлардың диаметріне байланысты тізбек басының салмағы 500-550 кг аралығында болады.

Тізбек басының бөлшектері – төртжақ (крестовина) және катушканың қораптары құйылған болаттардан және өте сирек қоспаларынан құралады. Металдың механикалық қасиеттерін жақсарту және кернеуді төмендету үшін дайындалған бөлшектерді дәнекерлегеннен кейін термоөңдеу арқылы сынайды. Қорап үшін болаттың ағу шегі 5-5,5 МПа, салыстырмалы созылуы 14-15%, және соғу тұтқырлығы 40мН*м/м² дейінгі мәндерде болады. Ауыр жағдайда жұмыс істейтін тізбек басылары үшін төмен легирленген болаттар 35ХМЛ қолданылады. Штампталған және соғылып жасалынған дәнекерленетін фланецтар немесе олардың жоғары бас жағы сәйкесінше 358ХМ және 40Х металдарынан жасалады.

Бұрынғы кездерде тізбек басы мен басқадай бөлшектер бір орталыққа бағынбаған әртүрлі зауыттарда жасалынатын. Кейбір кездері ондай зауыттарды үйлестіру жағдайы өте төмен болатын. Сондықтан оларда жасалынған бөлшектердің өлшемдері әртүрлі болып, бір бірімен байланысуға келмейтін, себебі олар үшін ортақ стандарт жасалынбаған еді. Соған қарай осы уақытқа дейін ондаған мың ұңғымалардың тізбек бастарының құрылымдары мен өлшемдері әртүрлі болып, оған жалғанатын бөлшектердің өлшемдерін бір қалыпқа келтіру қиынға соғуда.

Тізбек бастарының бөлшектерді байланыстыратын өлшемдерінің әртүрлі болуы олардың жоғары қысымға беріктігін төмендетіп, соның салдарынан апатты жағдайларға алып келуде.

Қазіргі уақытта тізбек бастарын құрастыру және оның бөлшектерін тасымалдау стандарт (сағалары су астында орналаспаған мұнай және газ ұңғымаларына арналған тізбек басылары) бойынша жүргізіледі. Стандарт бойынша шегендеуші құбырмен байланыстыру түрі мен негізгі параметрлері (максималды ішкі диаметр, жұмыс істеу қысымы, шегендеуші құбырдың шартты диаметрі) анықталады. Соған орай стандарт бойынша жұмыс істеу қысымдарының келесі мәндері қарастырылады: 14, 21, 35, 70, 105 МПа. Жұмыс істеу қысымы 35 МПа үшін сынақ қысымы 2*Р_жұм, ал егер 35 МПа-дан жоғары болса, онда сынақ қысымы 1,5*Р_жұм-ға тең етіп алынады.

Әдетте корпустың жуықтау есебі ішкі қысымның әсерінен болатын қалың қабырғалы құбырдағы кернеудің формуласы бойынша жүргізіледі.

Ішкі қысымның әсерінен құбырға әсер ететін кернеуді анықтау үшін арнайы формулаларды қолданып есептеу жүргізіледі. Алынған нәтижелер арқылы тізбек басының мөлшеріне және көлденең қимасының түріне әр түрлі түзетулер енгізіледі және эмпирикалық формулалар қолданылады. Жүргізілген есептеудің нәтижесі нақты нәтижеге сәйкес келмеуі мүмкін. Оның себебін анықтау үшін жүргізілген талдаудың нәтижесінде негізгі себеп ретінде шегендеуші құбыр – сыналар –корпус жүйесіндегі әсер ететін күштер сүлбесін есептеудегі қате әдістің қолданылуы мүмкін. Бұл әдіс бойынша ішкі әсер ететін күштер бірдей таралады деп алынған.

Тік күштің әсерінен сыналар қорапқа әсер етеді. Қалыпты жағдайда бұл әсерлесу күші сынаның барлық бетіне (эпюра 1, 1.4-сурет а) және корпустың әсерлесу бетінде бірдей таралады деп есептелген (эпюра 2, 1.4-сурет, б). Бірақ есепте нақты әсерлесу беттері ескерілуі керек.

 

1.4-сурет. Тізбек басының тұлғасына әсер етуші күштерді бөлу үлгісі

1.5-сурет. Тізбек басының тұлғасына және сына мен шегендеу құбырына әсер ету үлгісі

 

Шегендеуші құбырлардың сыртқы диаметрінің номианалды диаметр мәнінен ауытқуы, құбырлардың диаметралды деформацияның әртүрлілігіне және сыналардың құбырға ену тереңдігінің әр түрлі болуы үшін ұсталынатын құбыр қорапта әр түрлі биіктікте отырғызылады (1.5-сурет, а) және оның интервалы келесі формуламен есептеледі (1.5-сурет, б):

 

h= (D_max - D_min)cos α, (1.2)

 

мұндағы, D_max және D_min – шегендеуші құбырлардың максималды және минималды диаметрлері, әдетте 7-9⁰.

Шегендеуші құбырлардың шақтамасы мен мөлшеріне сәйкес һ-тың мәні 20-40 мм аралығында болуы мүмкін. Нәтижесінде сына мен корпус арасындағы қатынас D_құб шақтамасының оң мәнінде бет бойымен емес, бір құраушының бойымен орналасады, ал оның теріс мәнінде – сыналардың шет жақтарымен болады. Сонда сұлбада (1.4 б – суретін қарастырамыз) байқалған корпусқа әсер етуші күштің нақты эпюрасы өзге болады, ал корпустың өзі - ішінде қысымы бар қалың ыдыс ретінде жұмыс істемейді.

Сыналы байланыс кезінде құрастырылған нақты күштер сүлбесінің (фланецтың әсер етуін ескеріп түзетілген) нәтижесінде тізбек басының корпусын ЭЕМ арқылы есептеуге болады. Сонымен қатар, жүргізілген нақты есептеулер арқылы сынаны да есептей аламыз. Төсеме, фланец, бұранда және тізбек басының шпилькаларын фонтанды арматураны есептеуге ұқсас жолмен есептеуге болады.

Ұңғыларды фонтанды режимде пайдалану кезінде жүргізілетін кейбір жөндеу түрлері мен қызмет көрсетулер және жоғары тегеурінді қабаттарды газлифттік немесе сораптық әдіспен өндіру кездерінде ұңғыларды ауырлатылған ертінділермен тұйықтауға тура келеді. Мұндай жағдайларда өте күрделі, әрі қымбатқа түсетін жұмыстар орындалады. Сонымен бірге, ұңғымаларды тұйықтау оларды қайта іске қосу кезінде қабаттардың сұйық өткізгіштігі кемиді. Ұңғыманы тұйықтау әдісі оның апатты (ашық) фонтандауынан сақтандыру үшін де қолданылады.

Сағалық қоңдырғының апат нәтижесінде бұзылуы немесе жөндеу жұмыстарын жүргізу кезінде ашық фонтандаудан сақтану үшін фонтандаушы ұңғымаларда оқпанның төменгі жағына айырғыш клапандар қойылады. Бұл айырғыш клапандардың арқасында оқпанның жоғары және төменгі жақтары бір-бірімен байланыспайды.

Қабатты айырғыш клапандар, сонымен қатар ұңғымада технологиялық процестерді жүргізуге мүмкіндік береді. Сондықтан айырғыш клапан басқа қондырғымен толықтырылады да, олар арнайы жүйені құрайды. Бұл жүйе бірнеше бөлшектерден тұрады: негізгі бөлігі айырғыш клапанның өзі, нығыздауыш-герметизатор (пакер), якорь, берілген деңгейді ұстаушы пакер, клапанды басқару үшін қажетті қатынас каналы, өзіндік басқару құрылымы, клапанды, якорь мен пакерді орнату және демонтаждау жұмыстарына арналған қондырғы, технологиялық операцияларды жүрігізуге арналған қондырғылар.

Жоғарыда аталған қондырғылар (сүзгінің жоғары жағында орналасады) қабаттың әртүрлі ерекшеліктеріне (сұйық немесе газдың қасиеті, дебиті, ортаның агрессивтігі, температура, қысым) байланысты пайдаланылады. Бұл жұмыс жағдайларында әрбір қондырғы ұзақ уақыт бойы бас тартпай жұмыс істеуі қажет және ол инженерлік тұрғыда күрделі мәселе болып саналады.

Қабаттың айырғыш клапаны (1.6-сурет) пакерден (1), айырғыш клапаннан (2), ажыратқыштан (3), ұңғыманы апат кезінде сөндіруге арналған циркуляциялаушы клапаннан 4, ингибиторды енгізуге арналған клапан (5), сызықтың деформацияларды азайтуға арналған телескопиялық байланыс (6), қабат сұйығының шығым мөлшерін басқаруға қажетті дроссель (7), қабылдағыш клапаннан (8) тұрады. Пакер түрлерінің бір-бірінен айырмашылығы мынада: түсірілетін күшті қабылдау және пайдалану тізбегіне бағыттауы бойынша, фиксация әдісі бойынша, отырғызу және алынуы бойынша, әртүрлі орта үшін қолдануы және өлшемі мен конструкциясы бойынша бөлінеді.

Қабаттың айырғыш клапандарының бір-бірінен айырмашылығы мынада: басқару әдістері, құбырлармен байланысы, құбырда орналасуы және жүру каналдары бойынша ажыратылады. Клапандар автоматтық және басқарылу клапандары болып бөлінеді. Өз кезегінде автоматтық клапандар келесі түрге бөлінеді: оларды орналастырған аралықта қысымның төмендеуі кезінде іске қосылатын және сұйық мөлшерінің белгілі мәнінен асып кету себебінен іске қосылатын клапандар. Клапандардың құбырмен байланысы бойынша келесі түрлерге бөлінеді: алынатын клапандар – олар канат арқылы құбыр бойымен түсіріліп, құбырдың ниппельдерінде орналастырылады; стационарлы клапандар – құбырмен бірге ұңғымаға түсіріледі және онымен бірге жер бетіне шығарылады.

Ұңғымаларда айырғыш клапан орналастырылған кезде және орналастырылмаған кезде де ұңғыма ішінде бірнеше операцияларды орындау қажет болады және олар жоғары қысым аумағында орындалады.

Қысымы бар ұңғымада жөндеу жұмыстарын жүргізу кезінде айырғыш клапанға қосымша арнайы клапандар қосылады (1.7-сурет): циркуляциялы, теңгеруші, қабылдаушы және кері клапанды.

Циркуляционды клапан арқылы ұңғыма түбін, құбыр сыртын және ішін жуу жұмыстарын жүргізу, ұңғыманың түбін әртүрлі химиялық реагенттермен жуу кезінде және басқа да ұңғыма ішіндегі операциялар кезінде құбырдың ішкі кеңістігі мен құбыр сыртындағы кеңістіктерді байланыстырады.

Циркуляциялы клапан (1.7-сурет, а) СКҚ (НКТ) құбырына орнатылып, онымен бірге жер бетіне шығарылады. Ол тесіктері бар қораптан (4) тұрады және әрбір тесікте жылжымалы төлке (3) (оның да тесіктері бар) орналасқан. Соңғысы нығыздаушы элементтермен герметизацияланған: (6), (7), (8), (9), (10).

Резьбалық байланыстар сақиналармен (5) нығыздалады. Клапанды СКҚ-мен байланыстыру үшін корпуста аудармалар (2 және 11) орналастырылады. Жоғарғы аудармаға (2) муфта (1) отырғызылған. Ашық және жабық жағдайларында төлке (3) фиксатормен (12) қатаяды және ол төменгі аударманың (11) сақиналы кеңістігінде орналасқан.

 

1.7-сурет. Арнайы клапандардың құрылымы:

а-циркуляциялы; б-теңгеруші; в-қабылдаушы; г-кері екі клапанды

Клапанды басқару кезінде төлкені төмен түсіреді немесе жоғары көтереді, сонда корпус пен төлкенің тесіктері сәйкес келеді немесе бір бірін жабады.

Теңестіруші клапан (1.7 б-сурет) ұңғы қоңдырғысының жабу элементінің жақтарының қысымын теңестіру үшін немесе құбырдан айырғыш клапандарды, тығындар мен қабылдаушы клапандарды қосып шығару үшін қолданылады.

Клапан корпустан (1) және корпустың қабырғаларына пісіріліп орнатылған клапандардан (3) тұрады. Клапанның пружиналары (2) чехолдың көмегімен ұсталынып отырады. Клапан ұңғыға штанга немесе канат арқылы түсірілетін жүктің көмегімен ашылады.

Қабылдаушы клапан (1.7 в-сурет) пакерді отырғызу және де құбыр ішіндегі қысымды көтеру үшін, сонымен бірге құбырдағы кеңістіктерді жабу мақсатында қолданылады. Пакерді отырғызғаннан кейін нығыздайды, бірақ кейбір жағдайларда престейтін шардың үзіліп кету салдарынан пайдалану құбырының пакермен герметизациялануы үшін қысым жеткіліксіз болады. Бұл үшін қабылдаушы клапандарды қолданады. Оларды пакердің астында орналасқан өткізбейтін ниппельге орнатады. Қабылдаушы клапан корпустан (7) тұрады және оның жоғарғы ұшын жабатын шардың ершігі ретінде жасайды. Корпустың жоғарғы жағына шары (5) бар тор (4) орнатылады. Корпустың сыртына кожух (3) кигізіледі және ол кожухтың басы ұстағыш ретінде жасалады. Тордың ішкі кеңістігімен байланысты ұстау үшін кожухтың шет жақтарында арнайы терезелер бар.

Корпустың жақтарындағы тесіктерді сақиналармен (6) нығыздалған кожухтың юбкасы жабады. Стерженьде (1) орналасқан штифт (2) үшін кожух көлденең қозғала алмайды. Қабылдаушы клапан өткізбейтін ниппельде нығыздауштармен (8) герметизацияланады. Клапанды алу үшін штифт (2) алынып, кожух (3) стерженнің (1) басына тірелгенше жоғары көтеріледі де, теңестіруші тесіктер ашылады, ал шардың (5) астындағы және оның үстіндегі қысымдар теңестіріліп, осыдан кейін клапан ниппельден жеңіл алынады.

Кері клапан (1.7 г-сурет) қысымы бар аймақта құбырларды көтеру-түсіру жұмыстары барысында құбырдағы кеңістікті жабады. Ол әрқашан да аралықты жауып тұру керек және апат болған жағдайда мүмкіншілігінше ұңғыны тұйық сөндіреді. Кері клапандар сонымен қатар, ұңғыларды газлифт әдістерімен пайдалану кезінде қолданылады, мұнда олар сұйықтың кері ағынының құбыраралық аймақтан өтуіне кедергі жасайды. Кейбір жағдайларда оларды пружинасыз құрастырады және реверсивті етіп қолданады, яғни ұңғыма өнімінің ағын қысымының есебінен өздігінен жабылады.

Кері клапандар пайдалану құбырларының тізбегінде және отырғызу ниппельдерінде сым немесе канат арқылы түсіріліп орнатылады.

Тұйықтау тығыны (1.8-сурет) отырғызу ниппелінде тізбектің өтуін герметизациялау үшін цилиндрлі бетке орнатылады.

Оның корпусының (3) ішінде пружинаның астына орналасқан поршені (2) бар. Поршеннің нығыздаушы сақиналары (1) пружинаның (4) сығылған кезінде құбырдың ішкі және сыртқы аймақтарын біріктіретін корпустың шет жақтарындағы каналдарды жабады. Тығынды орнату үшін түсіру құралы ұңғыға түсіріледі. Ол кезде ашық канал арқылы сұйықтық қозғалады. Тығынды түсіруші құралды шығарып алғаннан кейн поршень каналды жауып тастайды да, тізбектің орталық өту аймағын герметизациялайды. Тығынды алу керек болған жағдайда поршень (2) стержень арқылы төмен итеріліп, каналдар ашылып, оның үстіңгі және астыңғы аймақтарындағы қысым теңеседі.

Отырғызу ниппелі – ұңғыма жұмыстарын жүргізу

кезіндегі құбырдың құрастыру элементі болып табылады. Ол радиалды каналдары бар қысқа құбыр түрінде болады. Ол құбыр ішінде тізбек бойымен әртүрлі аппараттарды, құрылғыларды орнатып, бекітуге арналған.

Құбырлы тізбекті айырғыш (1.9-сурет) басшықтан (1), жоғарғы (2) және төменгі (5) цангалардан, цилиндрден (3) және штоктан (4) тұрады.

СКҚ тізбегін ұңғының ішкі қоңдырғыларынан ажырату үшін ұңғы бойымен сыммен түсірілетін құрылғыны қолданады. Құрылғының итергіші цанганы (2) жоғары көтеріп, пайдалану құбырларын ұңғы қоңдырғыларынан ажыратады, ал цанганы төмен түсіргенде оларды қосады.

Басқару станциялары жаңа кешендерді басқаруға арналған. Қалыпты жағдайда олар бір ұңғыманы немесе бір топ ұңғыманы (1 кустта – 8 ұңғымадан артық емес) басқарады.

Электрлік немесе пневмогидравликалық байланыс түрлеріне қарай ҰАБК (ұңғыма айырғыштарын басқару кешені) және ҰАБК – Э байланыс кешендері қолданылады.

Олар ортаның температурасына, ондағы H₂S және СО₂ мөлшеріне, жөндеу жұмыстарының жиілігіне байланысты әртүрлі етіп жасалынады.