ОПорядок проведення заняття. 5.1оЗгідно таблиці 1.1 і варіанту, отриманого у виклада-ча, вибрати вихідні дані

5.1оЗгідно таблиці 1.1 і варіанту, отриманого у виклада-ча, вибрати вихідні дані.

5.2 о Обґрунтувати параметри ФА (діаметр стволової частини фонтанної ялинки, тиск) та вибрати її схему враховуючи нижчевказану інформацію та рекомендації розділуі3.

Діаметр стволової частини фонтанної ялинки визначається за дебітом свердловини з умови оптимальної швидкості руху продукції в НКТ та самій фонтанній ялинці. Для нафтових свердловин швидкість рекомендується приймати близькою до 0, 5 м/с.

Секундна продуктивність (дебіт) свердловини

, м³/с, (1.1)

де F - площа поперечного перерізу стволової частини фонтанної ялинки

, м², (1.2)

- рекомендована швидкість переміщення продукції свердловини, м/с.

Тоді діаметр стволової частини фонтанної ялинки

, м. (1.3)

Для газових свердловин швидкість рекомендується приймати близькою до 5 м/с і при визначенні необхідного діаметра стволової частини фонтанної ялинки приводити дебіт свердловини до очікуваного тиску на усті

, м³/добу, (1.4)

де - атмосферний тиск, МПа;

- очікуваний дебіт газу, м³/добу;

- очікуваний тиск на усті, МПа.

Обчислене значення діаметра стволової частини необхідно привести до стандартного (більшого) значення.

При встановленні значення тиску на який вибирається ФА, необхідно керуватися вихідними даними, а саме значенням очікуваного тиску на усті свердловини. Значення тиску необхідно вибрати із стандартного ряду і прийняти його більшим, ніж очікуваний тиск на усті свердловини.

Визначивши діаметр та тиск необхідно вибрати схему фонтанної ялинки. При виборі схеми фонтанної ялинки необхідно врахувати значення очікуваного тиску і харак-теристику продукції пласта. При цьому потрібно скористатися інформацією, поданою у таблиці 1.2 та наступними рекомендаціями:

- при наявності в продукції пласта механічних домішок, з метою забезпечення проведення ремонтних робіт без зупинки роботи свердловини, використовувати фонтанну арматуру трійникового типу із двома боковими відводами;

- при значній корозійній активності продукції пласта, а також при високих тисках використовувати фонтанну арматуру зі здвоєними запірними пристроями.

З метою забезпечення керування режимом роботи свердловини обґрунтувати і вибрати типи запірних і регулювальних пристроїв на стволовій частині і бокових відводах фонтанної ялинки та трубної обв’язки. При цьому скористатися довідковою інформацією поданою у таблиці 1.7.

5.3оВибрати та обґрунтувати тип фланцевого з’єднання.

Для робочих тисків 14, 21, 35 МПа застосовуються фланцеві з’єднання виконання 1 із зазором між торцями фланців. Вони комплектуються прокладками типу П ортогонального поперечного перерізу з двостороннім контак-том (рис. 1.3, 1.5). При робочих тисках більших ніж 35 МПа використовуються фланцеві з’єднання виконання 2 без зазору між торцями і прокладками типу БХ ортогонального попе-речного перерізу з одностороннім контактом (рис. 1.4, 1.6). Розміри фланців вибираються у відповідності до прохідних отворів стволової частини фонтанної ялинки, встановлених у попередньому пункті. Для проведення подальших розрахунків параметри фланців вибрати із таблиць 1.3 і 1.4, а відповідних їм прокладок - таблиць 1.5 і 1.6. При виборі матеріалу корпусних деталей ФА (фланців), прокладок необхідно врахувати корозійну активність продукції пласта (табл.і1.9, 1.11).

5.4оПровести перевірочний розрахунок на міцність елементів фланцевого з’єднання, що з’єднує трубну головку і фонтанну ялинку.

5.4.1оВизначити зусилля, що діють на фланцеве з’єднан-ня.

Під час експлуатації на його елементи діють зусилля , які виникають в результаті затягування ущільнюючого стику з врахуванням тиску всередині продукції свердловини та інших факторів.

Якщо для ущільнення застосовується прокладка з двосто-роннім контактом, то розрахунок ведеться за формулою:

, Н, (1.5)

де - середній діаметр прокладки, м;

- тиск всередині арматури, па;

- ефективна ширина прокладки, м;

, (1.6)

- ширина прокладки, м;

m - коефіцієнт, який враховує пружні властивості матеріалу прокладки (для нафтових свердловин значення m становить від 5 до 6, для газових – від 10 до 12), менші значення приймають для м’яких сталей, більші – для більш твердих. При використанні сталі 12Х18Н9Т m =7 для нафтових і m =14 для газових свердловин.

У випадку одностороннього дотику поверхні проточки розрахунок зусилля затягування фланцевого з’єднання ведеться за формулою:

, Н, (1.7)

де - зусилля від тиску продукції свердловини, Н;

- залишкові зусилля від затягування, які повинні бути достатніми для забезпечення герметичності з’єднання, Н;

- тиск всередині арматури, Па;

, (1.8)

, (1.9)

, , (1.10)

де - коефіцієнт Пуассона ( =0, 3);

- робоча висота прокладки, м

, (1.11)

- радіус округлення прокладки, м;

- внутрішній і зовнішній радіуси прокладки відповідно, м.

5.4.2оПровести розрахунок фланця на статичну міцність. Метою даного розрахунку є вибір матеріалу для виготовлення фланців з’єднання.

При проведенні розрахунку необхідно врахувати, що при виготовленні деталей устьового обладнання, на які діє внутрішній тиск, слід використовувати матеріали, що забезпечують механічні властивості деталей після кінцевої обробки не нижчі ніж вказані в таблиці 1.8. Конкретні марки сталей потрібно вибрати із переліку поданого у таблиці 1.9. При виборі врахувати рекомендації таблиці 1.8 та умови в яких буде експлуатуватися обладнання.

Розрахунок на статичну міцність проводиться в залежності від умовного моменту згину , який діє у небезпечному перерізі А-А (рис. 1.7). При цьому напруження згину

(1.12)

де - згинальний момент, Н^.м.

 

 

а – розрахункова схема фланцевого з’єднання; б – механізм ущільнення фланцевого з’єднання першого типу; в - механізм ущільнення фланцевого з’єднання другого типу

 

Рисунок 1.7 – Схема фланцевого з’єднання

, (1.13)

де - зусилля затягування з’єднання, Н;

- плече згину, м

, (1.14)

 

де - ділильний діаметр кола центрів отворів під шпильки, м;

- середній діаметр небезпечного перерізу, м,

, (1.15)

де - більший діаметр шийки;

- момент опору небезпечного перерізу фланця, м³

, (1.16)

де - ширина торця прокладки, м;

- повна висота тарілки фланця, м;

- глибина канавки, м.

Вибір властивостей матеріалу фланця необхідно здійснювати у відповідності до діючого згинального моменту за наступною залежністю

(1.17)

де - границя плинності матеріалу фланця, Па;

- коефіцієнт запасу міцності фланця.

 

5.4.3оПровести розрахунок шпильки.

Метою даного розрахунку є вибір матеріалу шпильок, діаметр яких визначається типорозміром вибраного попередньо фланцевого з’єднання.

Максимальні напруження розтягу у шпильці при дії зусилля виникають в небезпечному перерізі різьби і визначаються за формулою

, м, (1.18)

де - діаметр шпильки по впадинах різьби, м;

z - число шпильок у фланцевому з’єднанні.

Властивості матеріалу шпильок повинні відповідати вимогам умови

(1.19)

де - границя плинності матеріалу шпильки, Па;

- коефіцієнт запасу міцності шпильки;

= від 3 до 5.

Механічні властивості матеріалу заготовок або готових шпильок в термообробленому стані повинні відповідати вимогам, вказаним у таблиці 1.10.

5.4.4оПровести розрахунок циліндричної частини еле-ментів фонтанної арматури.

Значення мінімальної товщини стінки циліндричної частини ФА розраховуються за формулою

, (1.20)

де - внутрішній діаметр циліндричної частини, м;

- тиск всередині арматури, МПа;

- допустиме для даного матеріалу напруження на розтяг, МПа (прийняти рівним допустимому напруженню згину);

- припуск на корозію, м; ( від 2 до 5 мм).

Припуск на корозію слід приймати відповідно до умов експлуатації ФА.

5.5оСкласти методику випробування ФА після її монтажу на усті свердловини.

При складанні методики випробування ФА необхідно врахувати, що після монтажу на усті свердловини її випро-бовують тільки на герметичність, а тиск випробування не повинен перевищувати тиску випробування експлуатаційної обсадної колони.

 

ОПитання для самоконтролю

6.1оВкажіть призначення ФА та її функції, типові схеми фонтанних ялинок, трубних обв’язок.

6.2оПерелічіть основні параметри ФА.

6.3оНазвіть область раціонального застосування ФА.

6.4оЯкі навантаження діють на фланцеві з’єднання ФА, яке їх походження?

6.5оНазвіть швидкозношувані елементи ФА та способи їх заміни.

6.6 Яким випробуванням піддається ФА після монтажу її на усті свердловини?

 

7оПерелік посилань

7.1оМолчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и обору-дование для добычи нефти и газа. - М.: Недра, 1984. -464 с.

7.2оЧичеров Л.Г. Нефтепромысловые машины и меха-низмы. - М.: Недра, 1983. -342 с.

7.3оАбдулаев Ю.Г., Велиев Т.К., Джафаров Ш.Т. Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования фонтанных и нагнетательных скважин. - М.: Недра, 1989.

7.4оГОСТ13846-89. Арматура фонтанная и нагнетательная. Типовые схемы и основные параметры.

7.5оИвановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. – М: ГПУ Изд-во “Нефть и газ” РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. – Ч. 1 – 768 с.

7.6 ГОСТ 28919-91. Фланцевые соединения устьевого оборудования.

 

Таблиця 1.1 – Вихідні дані до практичного заняття

 

Варіанти	Продукція свердловини	Очікуваний тиск на усті, МПа	Дебіт нафти, м3/добу (газу, × 106 м3/добу)	Корозійна активність	Наявність піску	Тиск випробування експлуатаційної колони, МПа	Кліматичні умови
	Газ		0, 8	6% СО2	Відсутній		Норм.
	Нафта			15% Н2S	1, 0 г/л		Норм.
	Нафта			6% Н2S	5, 0 г/л		Хол.
	Газ		1, 3	До 6% СО2	Відсутній		Норм.
	Нафта			10% СО2	1, 5 г/л		Норм.
	Газ		0, 6	Відсутня	Відсутній		Норм.
	Нафта			Відсутня	6, 0 г/л		Норм.
	Газ		1, 5	20% Н2S	Відсутній		Норм.
	Нафта			Відсутня	3, 0 г/л		Хол.
	Нафта			20% Н2S	0, 5 г/л		Норм.
	Нафта			Відсутня	1, 5 г/л		Норм.
	Нафта			Відсутня	0, 6 г/л		Норм.
	Нафта			4% СО2	1, 4 г/л		Норм.
	Газ		1, 85	15% Н2S	Відсутній		Норм.
	Нафта			Відсутня	0, 2 г/л		Норм.
	Нафта			Відсутня	0, 1 г/л		Норм.
	Нафта			Відсутня	1, 7 г/л		Норм.
	Газ		0, 55	5% Н2S	Відсутній		Норм.
	Нафта			Відсутня	5, 5 г/л		Хол.
	Нафта			Відсутня	1, 1 г/л		Норм.
	Газ		0, 9	10% Н2S	Відсутній		Норм..
	Нафта			Відсутня	0, 7 г/л		Норм.
	Нафта			Відсутня	1, 5 г/л		Норм.
	Нафта			Відсутня	4, 0 г/л		Хол.
	Газ		1, 2	3% СО2	Відсутній		Норм.

 

 

Таблиця 1.2 - Параметри фонтанних арматур

 

Умовний прохід, мм	Робочий тиск, МПа
ствола ялинки	бокових відводів ялинки	бокових відводів трубної головки
			14, 21, 35, 70, 105,
	50, 65	50, 65
	50, 65, 80	14, 21, 35, 70, 105
	65, 80, 100		21, 35, 70

 

Таблиця 1.3 - Параметри фланців типу 1. Розміри, мм

Позначення фланця	Діаметр прохідного отвору d ,, не більше	Діаметр ділильного кола центрів отворів під шпильки D1	Середній діаметр канавки під прокладку D3	Зовнішній діаметр D	Діаметр шийки D4	Діаметр отворів під шпильки d1	K-ть отворів під шпильки	Повна висота тарілки фланця h	Ширина канавки b	Глибина канавки f	Позначення прокладки	Різьба шпильок
p = 14 МПа
50x14		127, 0	82, 5						12, 0	8, 0	П23	М16
65x14		149, 0	101, 6						12, 0	8, 0	П26	М20
80x14		168, 0	123, 8						12, 0	8, 0	П31	М20
100x14		216, 0	149, 2						12, 0	8, 0	П37	М22
180x14		292, 0	211, 1						12, 0	8, 0	П45	М24
p = 21 МПа
50x21		165,	95, 2						12.0	8, 0	П24	М22
65x21		190, 5	107, 9						12, 0	8, 0	П27	М24
80x21		190, 5	123, 8						12, 0	8, 0	П31	М22
100x21		235, 0	149, 2						12.0	8, 0	П37	М27
p = 35 МПа
50x35		165, 0	95, 2						12.0	8, 0	П24	М22
65x35		190, 5	107, 9						12, 0	8, 0	П27	М24
80x35		203, 0	136, 5						12, 0	8, 0	П35	М27
100x35		241, 0	161, 9						12.0	8, 0	П39	М33

 

Таблиця 1.4 - Параметри фланців типу 2. Розміри, мм

Позначення фланця	Діаметр прохідного отвору d, не більше	Діаметр ділильного кола центрів отворів під шпильки D1	Зовнішній діаметр канавки під прокладку D3	Зовнішній діаметр D	Діаметр шийки D4	Діаметр отворів під шпильки d1	K-ть отворів під шпильки	Повна висота тарілки фланця h	Ширина канавки b	Глибина канавки f	Позначення прокладки	Різьба шпильок
р = 70 МПа
50x70		158, 5	86, 2						12, 6	6, 0	БХ152	М20
65x70		184, 0	102, 8						14, 1	6, 8	БХ153	М22
80x70		216, 0	119, 0						15, 4	7, 5	БХ154	М24
100x70		258, 5	150, 6						17, 7	8, 3	БХ155	М27
р= 105 МПа
50x105		174, 5	86, 2						12, 6	6, 0	БХ152	М22
65x105		200, 0	102, 8						14, 1	6, 7	БХ153	М24
80x105		230, 0	119, 0						15, 4	7, 5	БХ154	М27
100x105		290, 5	150, 6						17, 7	8, 3	БХ155	М36х3
р = 140 МПа
50x140		230, 2	86, 2						12, 6	6, 0	БХ152	М27
65x140		261, 9	102, 8						14, 1	6, 8	БХ153	М33х3
80x140		287, 3	119, 0						15, 4	7, 5	БХ154	М36х3
100x140		357, 2	150, 6						17, 7	8, 3	БХ155	М45х3

 

Позначен-ня про- кладки	Середній діаметр D,	Висота h	Ширина b	Ширина торця b1	Маса, кг, не більше
П23	82, 5		11, 1	7, 7	0, 38
П24	95, 2		11, 1	7, 7	0, 41
П26	101, 6		11, 1	7, 7	0, 46
П27	107, 9		11, 1	7, 7	0, 49
П31	123, 8		11, 1	7, 7	0, 71
П35	136, 5		11, 1	7, 7	0, 97
П37	149, 2		11, 1	7, 7	0, 65

Таблиця 1.5 - Розміри прокладок типу П, мм

Продовження таблиці 1.5

П39	161, 9		П, 1	7, 7	1, 20
П45	211, 1		11, 1	7, 7	0, 92
П46	211, 1		12, 7	8, 7	2, 05
П49	269, 9		11, 1	7, 7	1, 17
П50	269, 9		15, 9	10, 5	2, 10
П53	323, 8		11, 1	7, 7	1, 41
П54	323, 8		15, 9	10, 5	2, 60
П57	381, 0		11, 1	7, 7	1, 65
П65	469, 9		11, 1	7, 7	2, 10
П66	469, 9		15, 9	10, 5	3, 89
П73	584, 2		12, 7	8, 7	2, 18
П74	584, 2		19, 0	12, 3	3, 60

 

Таблиця 1.6 - Розміри прокладок типу БХ, мм

 

Позна-чення про-кладки	Зовніш-ній діаметр D	Зовніш-ній діаметр торця D1,	Шири-на b	Шири-на торця b1	Висо-та h	Діа-метр пере-пуск-ного о-ру d	Радіус скру-глен-ня R	Маса, кг, не більше
БХ152	84, 7	83, 2	10, 20	8, 8	10, 2	1, 6	1, 0	0, 19
БХ153	100, 9	99, 3	11, 40	9, 8	11, 4	1, 6	1, 0	0, 28
БХ154	116, 8	115, 1	12, 40	10, 6	12, 4	1, 6	1, 2	0, 38
БХ155	148, 0	145, 9	14, 20	12, 2	14, 2	1, 6	1, 2	0, 65
БХ156	237, 9	235, 3	18, 60	16, 0	18, 6	3, 2	1, 6	1, 90
БХ157	294, 5	291, 5	21, 00	18, 0	21, 0	3, 2	2, 0	2, 90
БХ158	352, 0	348, 8	23, 10	19, 9	23, 1	3, 2	2, 0	4, 30
БХ159	426, 7	423, 1	25, 70	22, 1	25, 7	3, 2	2, 5	6, 70
БХ160	402, 6	399, 2	13, 70	10, 4	23, 8	3, 2	2, 0	3, 20
БХ162	475, 5	473, 5	14, 20	12, 2	14, 2	1, 6	1, 2	4, 00
БХ163	556, 1	551, 9	17, 37	13, 1	30, 1	3, 0	3, 0	6, 86
БХ164	570, 5	556, 3	24, 58	20, 3	30, 1	3, 0	3, 0	9, 80
БХ165	624, 7	620, 2	18, 50	14, 0	32, 0	3, 2	3.0	9, 50
БХ166	640, 0	635, 5	26, 10	21, 6	32, 0	3, 2	3, 0	14, 40
БХ167	759, 4	754, 3	13, 10	8, 0	35, 9	1, 6	3, 2	10, 00
БХ168	765, 2	760, 2	16, 00	11, 0	35, 9	1, 6	3, 2	14, 00

 

Таблиця 1.7 – Запірні пристрої фонтанних арматур

Запірний пристрій	Габаритні розміри	Маса, кг
L	B	H
Крани пробкові прохідні з мастилом типу КППС (Південно-Камський машинобудівний завод нафтопромислового обладнання
КППС-65Х14 КППС-65Х14ХЛ
Крани прохідні кульові типу КПШ
КПШ-50Х14 КПШ-50Х14ХЛ КПШ-65Х14 КПШ-65Х14ХЛ				31, 3 31, 3 40, 6 40, 6
Засувки прямоточні шиберні маслонаповнені типу ЗПШ
ЗПШ-65Х14 ЗПШ-65Х14ХЛ ЗПШ-65Х21 ЗПШ-65Х21ХЛ ЗПШ1-65Х21 ЗПШ1-65Х21ХЛ
Засувки прямоточні шиберні типу ЗМ і ЗМС (Конотопський арматурний завод)
ЗМ-65Х21 ЗМ-100Х21 ЗМ-50Х35 ЗМ-65Х35 ЗМ-80Х35 ЗМ-100Х35 ЗМ-50Х70 ЗМ-80Х70 ЗМ-50Х105 ЗМ-80Х105 ЗМС-50Х70 ЗМС-80Х70
Засувки прямоточні шиберні типу ЗМ і ЗМС (Воронезький механічний завод)
ЗМС-65Х14 К2 ЗМС-65Х21 К1 ЗМС-65Х21 К2 ЗМС-80Х21 К1 ЗМС-80Х21 К2

 

 

Продовження таблиці 1.7

 

ЗМС-100Х21 К1 ЗМС-100Х21 К2 ЗМС-100Х21 К3 ЗМС-150Х21 К1 ЗМС-50Х35 К1 ЗМС-50Х35 К2 ЗМС-50Х35 К3 ЗМС-65Х35 К1 ЗМС-65Х35 К2 ЗМС-65Х35 К3 ЗМС-80Х35 К1 ЗМС-80Х35 К2 ЗМС-80Х35 К3 ЗМС-100Х35 К1 ЗМС-100Х35 К2 ЗМС-50Х70 К1 ЗМС-50Х70 К2 ЗМС-50Х70 К3 ЗМС-65Х70 К1 ЗМС-65Х70 К2 ЗМС-65Х70 К3 ЗМС-80Х70 К1 ЗМС-80Х70 К2 ЗМС-80Х70 К3 ЗМС-100Х70 К1 ЗМС-100Х70 К2 ЗМС-100Х70 К3
Засувки прямоточні шиберні типу ЗМАД
ЗМАД-50Х70 ЗМАД-80Х70 ЗМАД-50Х70К2 ЗМАД-80Х70К2
Засувки дискові типу ЗД
ЗД 65-21М ЗДШ 65-21М ЗД 65-35М ЗДШ 65-35М

 

 

Таблиця 1.8 – Вимоги до механічних властивостей матеріалів для виготовлення корпусних деталей фонтанної арматури

 

Робочий тиск, МПа	Тип матеріалу	Границя плинності, МПа	Границя міцності, МПа	Відносне видовжен-ня, %
7, 14
21, 35, 70
105, 140

 

Таблиця 1.9 - Механічні властивості матеріалів для виготовлення корпусних деталей фонтанної арматури

Марка	Термічна обробка	Границя плин-ності, МПа	Границя міцності, МПа	Відносне видов-ження, %	Умови експлуата-ції
38Х2МЮА	Гартування, відпуск				Холодний клімат
30ХМА	Гартування, відпуск				Холодний клімат
40ХН	Гартування, відпуск				Холодний клімат
	Нормалізація				Помірний клімат
35ХМ	Гартування в маслі, відпуск				Помірний клімат
40Х	Гартування в маслі, відпуск				Помірний клімат
	Нормалізація				Помірний клімат
30ХМЛ3	Нормалізація, гартування і відпуск				Будь-які кліматичні умови
40Л	Нормалізація, гартування і відпуск				Помірний клімат

 

 

Таблиця 1.10 - Вимоги до механічних властивостей матеріалів заготовок або готових шпильок в термооброб-леному стані

Тип фланцевого з’єднання	Границя плин-ності, МПа	Границя міцності, МПа	Відносне видовження, %	Ударна в’язкість, Дж/см2
Не менше, ніж

 

Таблиця 1.11 – Рекомендації щодо матеріалів сталевих прокладок фланцевих з’єднань

 

Марка сталі	Твердість НВ, не більше	Корозійність середовища
08 ГОСТ 1050		Нормальне
20 ГОСТ 1050		Нормальне
08кп ГОСТ 1050		Нормальне
12Х18Н9Т ГОСТ 5632		Корозійне К1
10Х17Н13М3Т ГОСТ 5632		Корозійне К3