Ұңғыманы фонтанды әдіспен пайдалану – мұнайды өндірудің негізгі тәсілдерінің бірі болып табылады, әсіресе бұл әдіс мұнайды жаңа ашылған аймақта өндіру кезінде кеңінен қолданылады және мұнда мұнай өндірудің ең аз меншікті шығыны орын алады.
Бұрынғы кезде фонтандау әдісі өндіруші ұңғы арқылы жүргізілген (2.1 а -сурет). Бірақ, мұнда фонтанды көтергіштің ПӘК-і төмен болатын, қабат газының шығыны үлкен, ал ұңғыманы фонтанды мерзіммен пайдалану ұзаққа созылмайтын, сонымен бірге ол процесті бақылау және басқару қиынға соғатын. Ұңғыма дебиті жоғары болған кездерде коллекторларда гидроабразивті тозу пайда болып, тізбектің қирауына әкеліп соғатын.
Аталған жағдайларды болдырмау үшін және көтергіштің ПӘК-ін жоғарылату мақсатында ұңғыға фонтандық құбырлар тізбегі түсірілді (2.1 б -сурет).
Фонтандау процесін басқару үшін ауыстырылатын штуцер-дроссельдер қолданылды, олардың көмегімен өткізу тесігінің диаметрін өзгерте отырып, қабат қысымы мен оның дебитін реттеуге мүмкіндік туды. Жұмыс режимін бақылау мақсатында буферге манометр орнатылды.
Штуцер-дроссельдің тозу салдарынан оны ауыстыру үшін ұңғыны тоқтату қажет болды, сондықтан оның жұмысын үзбей жалғастыру мақсатында фонтанды арматура қолданылды (2.1 в -сурет). Ол құбырлы басшық пен шыршадан жиналып, сыртқа лақтырып шығару жолының резервін жасауға мүмкіндік берді.
2.1-сурет. Ұңғыларды фонтанды әдіспен пайдалануды жетілдіру кезеңдері:
1-буферлі манометр; 2-ысырма; 3-штуцер-дроссель; 4-фонтанды көтергіш; 5-фонтанды арматураның құбырлы басшығы; 6-фонтанды арматураның шыршасы; 7,8-үшжақтар; 9-манометр; 10, 11-ысырмалар; 12, 14-дублер-ысырмалар; 13-оқпандық ысырма; 15-пакер
Фонтанды ұңғыманың жұмысын одан ары жақсарту мақсатында оптималды диаметрмен алынған сорап компрессорлы құбырлардан (СКҚ) тұратын бір жарым немесе екі қатарлы көтергіштерді қолдана бастады, ал газ шығынын азайту мақсатында ұңғының құбыр сыртындағы кеңістігіне пакер орнатылды, сонымен бірге дублер-ысырмалар пайдаланыла бастады (2.1 г -сурет).
Осының әсерінен қазіргі кезде фонтанды әдіспен өндіру ұңғыларының құрылымын күрт күрделілендірді және негізгі төрт бөлімдерден тұрды: құбырлар тізбегі, тізбектің төменгі жақтарының жабдықтары, сағалық жабдықтар (фонтанды арматура) және манифольд деп аталатын сағалық жабдықтардың байламы.
Ұңғымаларды пайдалануды үнемі жетілдірудің арқасында ондағы әр элементтің күрделілігі арта түсті, сонымен бірге фонтанды әдіспен өндірудің сенімділігі де күннен күнге жоғарылады.
Ұңғыманың фонтандау шарты былай анықталады:
(2.1)
мұндағы, Н – ұңғыманың тереңдігі, м; 
– ұңғыма оқпанындағы сұйық пен газ қоспасының орташа тығыздығы, кг/м3; g – еркін түсу үдеуі, м/с2.
Фонтанды ұңғыманың құрал-жабдығы негізінен СКҚ тізбегінен және сағалық арматурадан тұрады.
СКҚ тізбегі кейбір кезде қабылдау воронкасынан, айыратын клапаннан немесе айырғыш клапанды отырғызатын қондырғы ершігінен тұрады. Ал кейбір жағдайларда ұңғымаға пакер орнатылады.
Кәдімгі фонтандау кезінде СКҚ тізбегінен басқа негізгі жабдықтарға жататын сағалық арматура есептелінеді.
Бұрғылаудан кейін ұңғыма жабдығы тізбек басы және фонтанды арматурамен жабдықталады.
Сағалық арматура негізінен тізбек басы және фонтанды шыршадан тұрады (2.1-сурет).
Әдетте, құбыр басы тізбек басына тікелей орнатылады. Фонтанды шырша құбыр басына құрастырылып және ұңғымадан шығып жатқан сұйық пен газды манифольдқа жіберуге, сонымен қатар фонтанды ұңғыманың жұмысын тексеру мен реттеуге арналған.
Арматураның негізгі бөлшегі мен торабы ретінде екі бүйірлі шығару жағы бар төртжақ (крестовина) 1 (2.2-сурет), бір бүйірлі шығару жағы бар үшжақ (тройник) 2, аударма немесе катушка 3, тығынды құрылғы 4, буфер немесе манометр астындағы фланец 5, кран 6, манометр 7, дроссель 8 және жауапты фланецтерден 9 тұрады.
Төртжақ пен үшжақ өндірілген өнімді манифольдқа жібереді. Осы бөлшектерге СКҚ тізбегін іліп қоюға болады. Соған байланысты, бөлшектердің резьбалары болуы тиіс. Тізбек осы резьба арқылы ілінеді немесе СКҚ-ды ілуге арналған арматура бөлшектерінің өлшемдерін бірінен-біріне ауыстырғанда қолданады.
Тығынды құрылғы оқпанды немесе бұрып әкету қималарын толық жабу үшін қолданылады. Ағынның көрсеткіштерін реттеу тығынды құрылғының жартылай жабық кезінде жүргізілмейді.
Ұңғыманың жұмыс істеу кезінде ағын көрсеткіштерін реттеу үшін арнайы тораптар және дроссельдер қолданылады.
Дроссельдің корпусына тұрақты немесе диаметрі кішілеу ауыспалы төлке орнатылады. Төлкенің кішкентай тесігінен бүкіл ұңғымада өндіріліп жатқан өнім өтеді.
Арматураның бөлшектері мен тораптары резьба, нығыздағышы бар фланец немесе хомут арқылы жалғанады. Осыған байланысты, арматура резьбалы, фланецті және хомутты түрлері болып бөлінеді.
Шыршаның оқпанды бөлігі сұйықты бір жағымен (тройник) немесе екі жақ арқылы өткізуі мүмкін.
Арматураның негізгі көрсеткішіне – фонтанды шырша бөлігіндегі оқпан арқылы өтетін қиманың диаметрі немесе арматураға есептелінген жұмыстық қысым жатады.
Техникалық құжат бойынша жұмыстық қысымдар мынаған тең Ржұм=7, 14, 21, 35, 70, 105 МПа және өту қимасының диаметрі төмендегі 2.1-кестесінде көрсетілген.
2.2-сурет. Фланецті фонтанды арматураның үлгісі
2.1-кесте
| Шартты диаметр Dш, мм | Нақты диаметр Dф, мм |
Жұмыстық қысым 7-ден 35 МПа аралығында сынақ қысымы 2*Ржұм мөлшерінде қабылданады, ал 70-тен 105 МПа аралығында оның мәні 1,5*Ржұм мөлшерінде болады.
МЕмСТ бойынша шартты диаметрлер мен қысымның өзара сәйкестігі келесі 2.2-кестесінде берілген.
Үшжақты және төртжақты – арматура үлгілері МЕмСТ бойынша белгіленген. Бұл МЕмСТ бойынша оқпанды тиек үлгісі де қарастырылған. Бұл фонтандау ұңғымасы әрқашанда үлкен қысымға арналып жасалатынын көрсетеді.
Үшжақты арматураның екі жанынан өткізетін жеріне қарағанда негізгі жұмыстық өткізгіші ретінде жоғарғы бөлімі саналады. Шығар жердегі бөлшектері істен шықса, онда оқпанды тиек құрылғысы жабылады, ал сұйық немесе газ төменгі жақтағы жіберу бөлігімен ағады.
2.2-кесте
| D, мм | pжұм |
| 35...105 7...70 21...35 21...35 21...35 |
Бұл жағдай жоғарғы әкету бөлімі бойынша арматураның ұзаруына әкеліп соғады да, оның қызмет көрсетуін қиындатады.
Әдетте, үшжақты арматураны төмен және орташа қысымдарда қолдануды ұсынады, ал орта және жоғары қысымдарда МЕмСТ бойынша төртжақты арматураны қолдану ұсынылады. Төртжақты арматура үшжақтыға қарағанда биіктігі бойынша біршама төмен орналасады, сондықтан бұл жағдай оған қызмет көрсетуді жеңілдетеді.
Төртжақты арматураның кемшілігі ретінде мынаны айтуға болады. Егер шығар жердегі бөлімдерінің бірі істен шықса, онда оқпандағы тығын құрылғысын жауып, осының әсерінен ұңғыманы тоқтатуға тура келеді.
Үңғыманы зерттеу кезінде оған әртүрлі аспаптарды түсіру үшін фонтанды шыршаның басына қысым теңгергіш құрылғы – лубрикатор орнатылады. Осыған байланысты төртжақты және үшжақты арматурада жоғарғы оқпан тиегін орнату қарастырылған.
Фонтандаушы ұңғымада қысым 100 МПа-ға дейін жетуі мүмкін және ол толқысып өзгеріп тұрады. Ұңғымадан шығып жатқан сұйықтың, сұйық пен газ қоспасының жылдамдығы секундына ондаған метрге жетуі мүмкін, сұйық және газ агрессивті болып, арматурада коррозияның пайда болуына әкеліп соғады.
Ауыр жұмыстар атқаратын болғандықтан, арматура оның төртжағы, үшжағы, ауыстырушы фланец және тиек құрылғысының тұлға бөлшектері болаттан ғана жасалады. Фланец арматурасының арасындағы нығыздаулар болаттан жасалған сақиналармен жабдықталады.
Арматураның құйылған және пісірілген бөлшектері қолданыста көп тараған. Фонтанды арматураның элементтері 45, 40ХЛ, 40ХНЛ маркалы болаттан және легирленген болаттан жасалады. Нығыздау сақиналары коррозиялы ортада қолдану үшін 08 КП маркалы болаттан, сталь 20, сталь 30, сталь 40 және легирленген болаттан жасалады.
Ұңғыманың дроссельді төлкесінің арасынан өндірілетін өнім жоғары жылдамдықпен өтеді және оның мәні 80...120 м/с жетеді. Соған байланысты төлкелер шыныққан болаттан, қатты қорытпалардан, термиялық корундттардан жасалады.
Арматураны әрдайым жаңартып отыру, оның металын үнемдеуге және беріктігінің өсуіне қол жеткізеді. Қазіргі кезде конструкторлар фонтанды арматураны жеңілдетуге, бірнеше элементтердің конструкцияларын біріктіріп қосу бағытында жұмыстар жасауда (мысалы: төртжақ пен үшжақты біріктіру).
Арматураның бөлшектерін пісіріп жалғау әдісі құйылып жасалған бөлшектерге қарағанда артықшылығы көп, мәселен, металды үнемдеуге, жұмыстың жеңілдеуіне және де оның жоғары беріктігін қамтамасыз етуіне әсер етеді.
Арматурада келесі тығынды құрылғылар қолданылады:
- сыналы ысырма;
- тік ағынды ысырма;
- крандар;
- мөлшер реттеуіш вентильдер.
Тығынды құрылғылардың алдыңғы үш түрі оқпанды және арматураның әкету бөліміндегі құрылғылардың негізгілері болып саналады. Ал вентиль манометрдің алдына орнатылады.
Тығынды құрылғылар – фонтанды арматурадағы ысырма және кранды қолдану, мұнай - газды өндірудегі барлық технологиялық процестерде жиі қолданылады, ал бұрғылау ұңғымаларында оларды шамалы өзгертілген күйде қолданады. Олар көбінесе жабдықтарда лақтыруды болдыртпауда, бұрғылау сорабының манифолінде, қабаттардағы гидрожарылыстарға арналған жабдықтарда, қышқылмен өндеуде, агрегаттарды жуу кезінде, мұнай-газ кәсіпшілігінің коммуникациясында, өнімді жинауға арналған жасақтауда және бөлу операцияларында қолданылады. Сонымен бірге, қабат сұйығын тасымалдағанда және де мұнай, газ, суды, қабатқа айдау кездерінде қолданамыз. Бұл жұмыстардың көпшілігі тығынды құрылғыны жабдықтармен мұнай мен газды тасымалдағанда, сонымен қатар бірнеше рет қайтара өңдеулерде қолданылады.
Тығынды құралғыны пайдалану шарты бойынша жасалу конструкциясына қойылатын шарттар мынадай: қажетті қысымды тұрақты деңгейде ұстап тұру, сұйық немесе газды өткізу кезінде аз мөлшердегі сыртқа ағып кетулерден сақтау, металл үнемдеу, басқаруды жеңілдету, сонымен қатар агрессивті ортада жұмыс істей алу және де жоғары немесе төмен температураларда жұмыс істей алу мүмкіндігі.
2.4-сурет. Сыналы ысырма үлгісі
1-шибер; 2-ершік; 3-корпус
| Дросселдік және тығынды құрылғы |
| Тығынды құрылғы | Дросселдік құрылғы |
| Ысырма | Кран | Бұранда | Штуцер |
| Сыналы | Инелі | Тарелкалы |
| Жазық-шиберлі | Цилиндрлі тығын | Коникалық тығын | Шарлы тығын |
| Өзі тығындалатын шиберлі затвор | Металл-металллдың тығыздалу | Майлаусыз |
| Еріксіз тығыздалу шиберлі затвор | Металл-полимердің тығыздалуы | Майлаулы |
2.3-сурет. Реттеуші және тиекті құрылғының классификациясы
Сыналы ысырманың негізгі артықшылығына, оның құрылымының қарапайымдылығы жатады. Бірақ ашық тұрған ысырма клапанының (2.4-сурет) сұйық өтетін жерінің шет жағында қуыс пайда болады, осыған байланысты онда құйынды токтар пайда болып, ағынның тегеурін шығыны артады және ол жерлерде тұздың, сонымен қатар парафин мен құмның жиналуы мүмкін. Сонымен бірге, корпустың жоғарғы тығындау және сыналы бөлімдерін ұңғымадан шыққан сұйық ағып өтеді де, соның әсерінен олар коррозияға және эррозияға ұшырауы мүмкін.
Бұл кемшіліктер тікағынды ысырмаларда болмайды (2.5 -сурет).
2.5-сурет. Тікағынды ысырманың үлгісі
Мұнда сыналы нығыздауыш шиберлі екі жақты плашкамен немесе біршиберлі түрімен ауыстырылған. Өтпелі каналдағы шибер ашық және жабық күйінде корпустың жоғарғы бөлшегіндегі нығыздауышқа үнемі жабысып тұрады. Ол екі сығылған жартылай пружиналардан тұрады. Пружинаның күш салуы 9 КН-ға дейін жетеді. Тікағынды ысырманың ашық немесе жабық кезінде корпус бөлшегінің жоғарғы нығыздау бөлігі бойынша шибер жоғары-төмен бағытта сырғанайды.
Тікағынды ысырмада қою нығыздағыш майлар қолданады. Тұтқыр майлау қабаты су немесе мұнаймен шайылып кетпейді. Майдың қоры резервуарларда Б сақталады. Кейбір ысырмаларда май қоры (әдетте, оның маркасы – ЛЗ-162) негізгі кеңістіктен поршен В арқылы бөлінген және ысырманың ішкі қуыстарының барлығы арнайы маймен толтырылады.
Сонымен қатар, мұнай-газ кәсіпшілігінде тікағынды ысырмалар да қолданылады. Олардың А саңылауында графитті фторопласталық эластикалық элементтер АФГ-80ВС қолданылады. Ысырма ішіндегі қысым өзінен өтетін ортаның қысымына тең болады, ал шпиндельге Г әсер ететін күштің мәнін азайту үшін күш жеңілдеткіш штокты қолданады (2.6-сурет).
2.6-сурет. Күшті азайту штогы бар тікағынды ысырма:
1- шибер; 2-резьбалы шпиндель; 3-осьті тіреуіш; 4-маховик; 5-шпинделді нығыздағыш; 6-күш түсіргіш шток; 7-штокты нығыздағыш
Тік ағынды ысырма шпиндель тірегінің формасы шарик тәрізді болып келеді де, шпиндельге түсетін айналдыру моментін азайтуға мүмкіндік береді. Маховик пен шпиндельді айналдыра отырып, шпиндельдің гайкасын оның резьбасына бұрап, шиберді жоғары қарай тірелгенше көтереді де корпустағы тесік пен шпиндельдің тесіктері бір - біріне тұстас болады. Тура сол сияқты сыналы ысырма да ашылып жабылады. Сонымен қатар, екі түрлі ысырмалардың да ортақ кемшілігі бар – ашып-жабу үшін маховикке үлкен күш жұмсап және оны бірнеше рет айналдыру керек.
Кран ысырмадан бірқатар артықшылықтарымен ерекшеленеді (2.7-сурет). Оның ашылып жабылуы үшін, тек қана қолсапты 900-қа бұрасақ жеткілікті болғаны. Оның жоғарыдағы нығыздау беті тікағынды ысырма сияқты сұйықпен ағып өтілмейді, сонымен қатар оның каналында өлі аймақтар да орын алмайды.
2.7-сурет. Конустық тығынды кран
Кран корпустан (1), тығыннан (2), шпиндельден (7), кілттен (8), реттеу бұрандасынан (4), нығыздау манжетасынан 5, кранды майлау майымен толтыруға арналған канал, кері клапан (10) мен пружинадан (12) тұрады. Бұдан басқа шпиндел резбасын майлауға арналған, май беру клапаны мен канал бар. Шпинделдің жұдырықшасы тығынның жарықшағына (6) кіреді, осыған байланысты шпиндельдің бұрылуы кезінде тығын да қоса бұрылады. Шпиндель корпусқа резьба арқылы бекітіледі. Ол осьтік күшті қабылдайды, тығындау элементі болып табылады және оны жоғары герметизациялау үшін клапанға каналдар арқылы арнайы майлау майлары пайдаланылады.
Кранның барлық бөлімдері ЛЗ-162 майымен майланады. Майлау майлары – 40-тан+1200С-ға дейінгі температураларға төзімді болу қажет.
Тығынның корпуста орналасу реті жасаушы зауытта қақпақта бекітілген (3) реттеуіш бұрандамен (4) реттеледі. Корпус пен тығын арасында миллиметрдің жүзден бір бөлігіндей саңылау болуға тиіс. Сондай-ақ, шпиндельде қысқыш бұранда (9) орналасқан. Оның жылжуы арқылы май шпиндельден клапан (10) арқылы кранның қуысына беріледі. Осы бұранда (9) арқылы тығынның тұтылуын болдыртпауға болады.
Тығынның тұтылуын бұранданың (9) көмегімен көтеру үшін, оны кері бұрап, шпиндельдің бүкіл қуысын маймен толтырады да бұранданы қайта бұрайды, содан соң кері клапанды (10), бөлшекті (11) және тығынды шарға тақап қысады.
Кранның ең негізгі кемшілігіне оны жасап шығару қиындығы жатады. Оның жұмыс сенімділігі жасау дәлдігіне байланысты болады. Кран жұмысының сенімділігін қамтамасыз ету үшін арнайы майлау майлары қажет болады.
Манометрді орнатып, оны қосып-ажырату мақсатында вентильдер (мөлшер реттеуіш) қолданылады. Фонтанды арматурада қолданылатын вентильдер 70,0 МПа дейінгі жұмыстық қысымға есептелінген, оның өтпелі қуысының диаметрі 5 мм және массасы 3-4кг.
2.8-сурет. Реттеуіш штуцер:
1-ауыстырмалы насадка; 2- втулка
Реттеуіш штуцер (2.8-сурет) конструкциясы бойынша вентильге ұқсас болады. Штуцерлер фонтанды ұңғымадан шығар жағындағы қысымды шпиндельдің ұядағы осьтік жылжуы арқылы сатысыз реттей алады. Штуцер 70,0 МПа жұмыс қысымына есептелінген және оның массасы 80кг шамасында болады.
Штуцерді басқару жеңіл болуы үшін, оны қозғалтқыш жетекпен қамтамасыз етіп, компьютерлік басқару мүмкіндігі іске асырылады.
Штуцердің төлкесін ауыстыру өте ауыр және ұзақ уақытқа созылатын еңбекті талап етеді. Бұл жұмысты тездету және жеңілдету үшін, тез ауыстырылатын штуцерді қолданады (2.9-сурет).
2.9-сурет. Тез ауыстырылатын штуцер:
1-құрсау; 2,9-нығыздау сақиналары; 3-пружина; 4-дроссель; 5-дроссельді тығындау; 6-бұранда; 7-ағымды нүкте (проточка); 8-корпус; 10-сақина
Сұйық пен газдың шығынын сатылы реттеу үшін диаметрі 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30 мм тесіктері бар ауыспалы төлкелерді қолданады. Штуцер 70 МПа жұмыстық қысымына есептелінген.
2.10-сурет. Стандартты фланецті қосылыстардың элементтері мен өлшемдері:
1-фланец; 2-нығыздаушы; 3-шпилька; 4-гайка
Стандарт бойынша арматура және тиекті құрылғылардың негізгі көрсеткіштері белгіленген: жұмыстық қысым және сынау қысымы, өту тесігінің диаметрі. Бұдан басқа қосылу өлшемдері, габариттері, массасы және жасалу реттері де көрсетілуі қажет.
Фонтанды арматураның және тиекті құрылғылардың көптеген бөлшектері мен бөлімдері негізінен фланец арқылы қосылады. Бұлардың өлшемдерін стандарттау, арматура мен монифольдты жинау кезінде негізгі рөл атқарады. Осыған байланысты фланецті қосылулардың (2.10-сурет) өлшемдері де стандарт бойынша реттеледі.
