–расхаживать и проворачивать колонны;
–многократно открывать и закрывать превентор.
Конструкция превентора допускает замену уплотнителя без его демонтажа. Управление универсальным превентором может осуществляться либо с помощью ручного плунжерного насоса, либо с помощью насоса с электроприводом. Время закрытия универсального превентора гидроприводом – 10 с.
Вращающиеся превенторы. Вращающийся превентор применяется для герметизации устья скважины в процессе ее бурения при вращении и расхаживании бурильной колонны, а также при спуско-подъемных операциях (СПО) и повышенном давлении в скважине. Этот превентор уплотняет ведущую трубу, замок или бурильные трубы, он позволяет поднимать, спускать или вращать бурильную колонну, бурить с обратной промывкой, с аэрированными растворами, с продувкой газообразным агентом, с равновесной системой гидростатического давления на пласт, опробовать пласты в процессе газопроявлений.
Основной элемент вращающегося превентора (рис. 1.4) – уплотнитель 2, позволяющий протаскивать инструмент через его отверстие. Уплотнитель состоит из металлического основания и резиновой части, прикреплен к стволу 4 при помощи байонетного соединения и болтов. От проворачивания его предохраняют шпоночные выступы, входящие в вырезы ствола.
Рис. 1.4. Вращающийся превентор
В патроне 7 превентора на двух радиальных 5 и одном упорном 6 подшипниках качения смонтирован ствол 4. Манжетные уплотнения 3 служат для предохранения превентора от попадания в него жидкости из скважины между стволом, корпусом и
8
патроном. Фиксация патрона 7 в корпусе 1 осуществляется защелкой 9, которая открывается под давлением масла, подаваемого ручным насосом через штуцер 8 [3, 9].
1.2. Схемы оборудования для герметизации устья скважины
Существует большое разнообразие конструкций скважин и условий бурения, поэтому для обеспечения надежности охраны окружающей среды и недр земли схемы оборудования устья скважин стандартизованы.
Рис. 1.5. Схемы оборудования для герметизации устья скважин:
1 – установка гидравлического управления; 2 – разъемный желоб; 3 – фланцевая катушка; 4 – универсальный превентор; 5 – плашечный превентор; 6 – гидроприводная прямоточная задвижка; 7 – быстродействующий (на открытие) клапан; 8 – напорная труба; 9 – фланец под манометр; 10 – запорное устройство и разделитель к манометру; 11 – прямоточная задвижка; 12 – тройник; 13 – быстроразъемная полумуфта;
14 – крестовина; 15 – быстросменный дроссель; 16 – регулируемый дроссель; 17 – отбойная камера-дегазатор; 18 – устьевая крестовина; 19 – колонная головка; I – линия глушения; II – линия дросселирования; III – резервная линия
9
Рис. 1.5. Окончание
Существуют четыре типовых схемы оборудования устья скважин с числом плашечных превенторов от одного до четырех при бурении на суше. Схемы оборудования при установке превенторов на дне моря и большой толще воды значительно сложнее.
В зависимости от ожидаемой интенсивности нефтегазопроявлений в скважине рекомендуются следующие схемы монтажа оборудования для герметизации устья скважины:
– двухпревенторная с двумя линиями манифольда (рис. 1.5, a);
10
–трехпревенторная с двумя линиями манифольда (рис. 1.5, б);
–трехпревенторная с тремя линиями манифольда (рис. 1.5, в);
–трехпревенторная с четырьмя линиями манифольда (рис. 1.5, г).
Обвязка |
«превенторы – манифольд» предназначена для управления давлением |
в скважине при |
нефтегазопроявлениях путем воздействия на пласт закачкой раствора и |
создания противодавления на него. Манифольд состоит из линий дросселирования и глушения, которые соединяются со стволовой частью оборудования для герметизации и представляют собой систему трубопроводов и арматуры (задвижки и регулируемые дроссели с ручным или гидравлическим управлением, манометры и др.). Линия глушения соединяется с буровыми насосами и служит для закачки в скважину утяжеленного раствора по межтрубному пространству. При необходимости линия глушения используется для слива газированного бурового раствора в камеру-дегазатор циркуляционной системы буровой установки.
Линия дросселирования служит для слива бурового раствора и отбора флюидов из скважины с противодавлением на пласт, а также для закачки в скважину жидкости с помощью цементировочных агрегатов. В схеме на рис. 1.5, г, применяемой при бурении скважин с повышенной опасностью нефтегазопроявлений, верхняя линия дросселирования служит резервной.
Манифольды рассчитывают на рабочее давление 21; 35; 70 МПа. В зависимости от конструкций задвижек они бывают двух типов: МП – с клиновыми задвижками и МПП – с прямоточными задвижками. Манифольды типа МП в блочном исполнении шифруются МПВ. В шифре манифольдов цифрами указывается диаметр их проходного отверстия (мм) и рабочее давление (МПа). Например, манифольд диаметром 80 мм (принимаемый в настоящее время для всех манифольдов) на давление 35 МПа шифруется МПВ-80×35.
Манифольды устанавливают на рамах-салазках с телескопическими стойками, позволяющими регулировать высоту их расположения в пределах 0,65–1,25 м в зависимости от положения колонной головки над устьем скважины. Высота расположения головки изменяется после спуска и цементирования каждой обсадной колонны. Высота разъемного желоба устанавливается по расстоянию между фланцевой катушкой и ротором буровой установки.
Как видно из схем на рис. 1.5, на установках монтируют один или два плашечных превентора. В морских скважинах с устьем на дне моря устанавливают три, а иногда и четыре плашечных превентора, а над ними универсальный превентор. В морских установках монтируют иногда два универсальных превентора. При бурении под давлением над этим превентором располагают вращающийся превентор.
После монтажа линии манифольдов превенторы подвергают гидроиспытаниям под давлением, в 1,5 раза превышающим рабочее [3].
1.3. Эксплуатация оборудования для герметизации устья скважины
Оборудование для герметизации устья скважины применяется как противовыбросовое оборудование, не работающее в процессе бурения. Оно может быть использовано для регулирования давления в скважине в процессе бурения. Однако отказ в работе его может привести к тяжелым последствиям и в некоторых случаях к гибели людей. Неисправная работа этого оборудования особенно опасна при бурении на море, где борьба с открытыми фонтанами нефти наиболее тяжелая.
Для обеспечения исправной и надежной работы необходимо выполнять следующие условия:
–монтировать оборудование в соответствии с инструкцией завода-изготовителя;
–проверять монтаж и проводить испытание оборудования на пробное и рабочее давление;
11
–систематически в процессе проводки скважины ухаживать за оборудованием и делать пробные его испытания в установленные сроки, независимо от того, используется оно или нет;
–по окончании бурения, если оборудование не будет сейчас же использовано, его необходимо очистить, проверить и законсервировать, а в случае неисправности отремонтировать.
При монтаже все оборудование собирают, затем проверяют соосность его расположения, заземление пультов управления, заполнение резервуаров газом и маслом, соответствующими времени года, и регулируют давление включения электронного манометра (10 ± 0,25 МПа) и выключения (9 ± 0,25 МПа). После этого опрессосывают гидросистему на рабочее давление 10 МПа в течение 10 мин. При этом снижение давления не должно быть более 3 %. Одновременно осматривают соединения.
Вслучае обнаружения утечек их устраняют, а испытание повторяют.
Оборудование, подлежащее испытанию пробным давлением, проверяют при давлении в 2 раза больше рабочего с выдержкой в течение 6 мин. Для устранения в системе воздушных пробок и стабильности работы и времени срабатывания многократно закрывают и открывают задвижки и превенторы всеми распределителями до тех пор, пока время их закрытия не будет постоянным и соответствовать установленному.
Для работы противовыбросового оборудования при отрицательных температурах должна быть подсоединена система обогрева или его следует утеплить так, чтобы все системы работали исправно при температуре окружающей среды до –40 °С.
Противовыбросовое оборудование может эксплуатироваться в двух режимах работы: нормальная работа, когда непосредственной угрозы выбросов и газопроявлений нет; оперативная готовность при прохождении пластов с возможными нефтегазовыми проявлениями, при этом все должно быть тщательно проверено в соответствии с заводской инструкцией и готово к работе в любой момент.
В периоды нормальной работы буровой мастер должен в процессе СПО проверять исправность превенторов, задвижек и системы их управления, а при бурении и других операциях проверять исправность действия превенторов и задвижек 1 раз в неделю и результаты проверки заносить в журнал. При герметизации скважины дополнительное давление на выкиде превенторов следует снижать постепенно по 0,3–0,7 МПа в 1 мин.
Допускается смена плашек превенторов на буровой. Для этого плашки приводят в крайнее открытое положение; развинчивают винты крепления крышки к корпусу и откидывает ее; выдвигают частично плашку из крышки и снимают ее с выступа штока; заменяют вкладыши или уплотнение. Для смены плашек гидросистему не разбирают. При открытии крышки превентора необходимо каждый раз вынимать торцовые уплотнения, очищать канавки и торцовые поверхности крышки и корпуса, полость плашек и сами плашки от бурового раствора и выбуренной породы, так как она препятствует полному открыванию плашек.
Регулярно 1 раз в 2–3 мес. проверяют состояние резиновых уплотнений и заменяют их при обнаружении даже небольших повреждений. Производят полную замену. Резиновые уплотнения заменяют полностью 1 раз в 2 года. Масло в гидросистеме проверяют не реже чем 1 раз в 3 мес. Допускается содержание примесей в нем не более 0,05 %. При загрязнении гидросистемы масло сливают, промывают систему бензином, просушивают и заполняют свежим маслом.
В процессе эксплуатации все манифольды ежедневно проверяют путем открывания задвижек. Утечки жидкости в манифольде свидетельствуют о неисправности его уплотнений. Замеченные неисправности устраняют [1, 2, 3].
12
1.4. Система управления оборудованием для герметизации устья скважины
Оборудование для герметизации устья скважины служит для быстрого перекрытия его в случаях газопроявлений в скважине, а также для управления давлением в процессе бурения. При газопроявлениях выброс нефти или газа начинается очень быстро и протекает интенсивно, что может привести к повреждению скважины, оборудования и загрязнению окружающей среды.
Оперативное дистанционное управление превенторами и задвижками предназначено для герметизации устья скважины, ее разрядки, создания давления на пласт, его регулирования и закачки раствора для восстановления и поддержания циркуляции.
При помощи оборудования для герметизации устья выполняют следующие операции:
–герметизацию устья скважины при наличии или отсутствии в ней бурильной колонны;
–расхаживание и проворачивание (при вращающемся превенторе) бурильной колонны при герметизированном устье скважины во избежание ее прихватов;
–восстановление циркуляции промывочной жидкости с противодавлением на
пласт;
–быстрое снижение давления в скважине;
–закачку бурового раствора через затрубное пространство для создания обратной циркуляции;
–поддержание на забое равновесного давления при бурении.
Система управления рассчитана на работу в интервале температур от –40 до + 50 °С и должна действовать надежно и быстро. Для этого, например, управление плашечными превенторами выполняется резервированным: гидравлическое дистанционное – с поста бурильщика; и ручное – со штурвалами, расположенными на уровне земли на расстоянии 10–15 м от устья.
На рис. 1.6 приведена схема управления оборудованием для герметизации устья скважины 7. Оборудование представлено универсальным 2 и одним или несколькими плашечными 3 превенторами, а также системой их обвязки.
Управление превенторами резервировано, для чего имеются по два штурвала управления 4 каждым плашечным превентором, двойная система дистанционного гидропневматического управления: с пульта бурильщика 1 и основного пульта 6. С этих пультов осуществляется дистанционное управление плашечными и универсальным превенторами. Затрубное пространство скважины связано системой трубопроводов с блоками дросселирования 5 и глушения 8. Трубопроводы перекрывают задвижками с ручным управлением.
Управление превенторной установкой. Превенторная установка на устье скважины управляется: механической, гидравлической и электрической системами управления.
Исполнительными органами в превенторах являются гидравлические цилиндры или механические устройства, развивающие большие усилия, которые необходимы для перемещения рабочих органов – плашек или манжет для уплотнения пространства между трубами и скважиной при больших давлениях. Электрические системы применяют только для включения или выключения. Для этих устройств необходимо быстро подводить значительную мощность, поэтому гидравлическое управление с давлениями жидкости до 10 МПа, поступающей от гидропневматических аккумуляторов, получило наибольшее распространение.
Гидравлическое управление предназначено для оперативного дистанционного управления превенторами и задвижками манифольда.
13