ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ. СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ,

Фонтанный или газлифтный подъемник на поверхности стыку­ется с фонтанной арматурой, монтируемой на колонной го­ловке скважины. Фонтанная арматура выполняет несколько функций, глав­ные из которых: удержание на весу колонны НКТ, спущенной в скважину, а при двухрядном подъемнике-двух колонн, гер­метизация затрубных пространств и их взаимная изоляция, обеспечение возможности регулирования режима работы сква­жины в заданных пределах, непрерывности ее работы и иссле­дования скважины путем измерения параметров ее работы как внутри самой скважины, так и на поверхности.

Стандартом предусмотрено несколько схем, со­ставляющих, как видно, две группы арматур—на базе исполь­зования тройников и на базе крестовин.

Трубная головка наиболее характерного типа, используемая в фонтанных арматурах, состоит из корпуса-крестовика 1 с двумя боковыми отводами и фланцами для креп­ления запорных устройств, трубодержателя 4, переводника10 для подвески НКТ, уплотнения 2 с грундбуксой 3, втулкой 9 и стопорными винтами 6

Крестовая арматура для скважин, не содержащих абразив, с проходным (условным) отверстием 50 мм, рассчитана на рабочее давление 70 МПа. Елка арма­туры имеет два сменных штуцера, что позволяет быстро их за­менять. Арматура рассчитана как на однорядный, так и на двухрядный подъемник, в последнем случае используется дру­гая трубная головка.

Тройниковая арматура Трубная го­ловка, кроме крестовины, имеет тройник, что позволяет не­сти два ряда НКТ.

Как видно, на арматуре, рассчитанной на большое давле­ние, на боковых отводах установлено не по одной, а по две задвижки. Это обусловлено большей надежностью применен­ных задвижек при одновременном обеспечении возможности их смены на работающей скважине, т е. без ее остановки. В связи с широким применением клапанов-отсекателей пла­ста и целого ряда приборов для измерений внутри работающей скважины, диаметры которых значительны.

Существуют не­сколько способов стыка элементов фонтанной арматуры. Наи­более распространенный — фланцевый с крепле-нием болтами или шпильками. К недостаткам таких соеди­нений относятся их значительная металлоемкость, большое чи­сло болтов (шпилек) и необходимость стабильности крепления каждого из них, а также чувствительность соединения к эф­фекту релаксации. Фланцевые соединения обусловили необхо­димость сварки литой части заготовок корпусов тройников и крестовин со штамповками, что усложняет изготовление и при­водит к увеличению объема работ по механической обработке.

При фланцевых соединениях методика расчета зависитотспособа соединения фланцев: шпильками или хомутами. В обоих случаях рассчитывают размеры фланцев и уплотнительной прокладки, но в первом случае рассчитываются шпильки, а во втором — хомут и стягивающие его болты. В обоих случаях оп­ределяют усилия предварительной затяжки уплотнительной прокладки. Осевое усилие при, соединении фланцев шпильками, равно сумме усилий затяжки шпилек, а при хомутовом соединении — результирующей от уси­лий обжима наружных конических поверхностей фланцев внут­ренними коническими поверхностями хомута.

В обоих случаях прокладка может занимать относительно граней проточек два положения. В первом случае она еще при сборке касается внутренних и на­ружных поверхностей проточек, а уплотняется в результате упругой деформации прокладки и зон контакта фланцев. Во втором положение прокладки зависит от затяжки шпилек. При сборке она контактирует с внешней поверхностью верхнего фланца и фаской нижнего, а при последующем об­жиме фланцами ее положение и размер меняются, она умень­шается в пределах упругой деформации. Указанием на упор прокладки о внутреннюю поверхность проточки служит резкий скачок в осевом усилии — при затяжке шпилек хомута.

Поставляемая заводами арматура в основном изготовляется с прокладками, выполненными по второй схеме.

В методике расчета для второго способа установки про­кладки она рассматривается как элемент толстостенного сосуда, находящегося под внешним давлением р₀. Тогда эквивалентное напряжение в зоне внутренней поверхности можно определить из формулы

где s_t — окружное и s_z осевое напряжения.

где r_н и r_в—радиусы прокладки (наружной и внутренней);

Рг—осевое усилие; fnp—площадь сечения прокладки, перпен­дикулярная к ее оси. Подставляя, получим

Осевое усилие и внешнее давление связаны уравнением:

где Dn— диаметр цилиндра в плоскости касания прокладки и фланца: Dn=2r_н - 2R₀( I—sina₁),

h_Р=h_П—0,22Ro — рабочая высота прокладки.

Примем, что максимальное р₀ должно быть таким, при ко­тором s_экв » s_т материала прокладки. В таком случае стано­вится возможным заменить s_экв на s_т с одновременной коррек­тировкой уравнения введением в него коэффициента запаса

прочности, обычно принимаемого 2.5 для фланца и 2,25 для прокладки; тогда s_экв = s_т/n

Для определения усилия затяжки необходимо учесть силы трения, возникающие на контакте прокладка—фланцы. С уче­том их усилие затяжки будет:

Когда угол a₁ имеет большие значения, осевые на­пряжения малы, поэтому их можно не учитывать. Обозначив , получим упрощенную формулу для определения усилия затяжки:

Усилия, действующие при работе фланцевого соединения, определяются по формуле:

, где

Эта формула соответствует положению про­кладки, контактирующей в результате затяжки с обеими поверх­ностями канавки. Величины ,

где m—коэффициент Пуассона.

При использовании арматуры с фланцевыми соединениями старых типов уплотнение прокладок происходит по первому спо­собу. Поэтому практический интерес представляет расчет флан­цевого соединения по схеме (см. рис. IV.9, б). Методика этого расчета проще.

В этом случае усилие Рзат определяют по допустимому дав­лению предварительного обжима q прокладки:

, где Dcp—средний диаметр прокладки; Ьэф—эффективная ши­рина прокладки.

Допустимое давление для сталей марок сталь 20 принима­ется равным 120—130 МПа, для сталей, предназначенных для работы в коррозионных средах, марок 1Х18Н9—170—175 МПа

Приведенный выше метод расчета шпилек предназначен для эксплуатации фланцевого соединения при отсутствии рез­ких колебаний температур продукции и окружающей среды и при симметричном и равномерном распределении усилий по шпилькам.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: