Превенторные установки для моря

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

Российский государственный  университет

нефти и газа им. И. М. Губкина

 

Кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности

 

Курсовой проект

на тему: Превенторные установки для моря

 

 

Руководитель проекта:                                            Студент:

профессор                                                                       группа МО-09-9

Шейнбаум В. С.                                                               Кукушкин П. А.

 

______________________

  (подпись и дата проверки)                                                  

                                                                                   

 

  _______________________ «К защите»

               (оценка)

_______________________                             _______________________

                (подпись)                                                                          (подпись)

_______________________                             _______________________

                   (дата)                                                                                  (дата)

                                                    

                        

Москва 2012

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение  и состав оборудования противовыбросового

 

Противовыбросовое оборудование предназначено для герметизации устья нефтяных и газовых скважин в процессе их строительства и ремонта с целью обеспечения безопасного ведения работ, предупреждения выбросов и открытых фонтанов, охраны окружающей среды. Противовыбросовое оборудование позволяет выполнять следующие операции:

• герметизировать устья скважины при спущенных бурильных трубах и без них;
• вымывать флюид из скважины по принятой технологии;
• подвешивать колонны бурильных труб на плашках превентора после его закрытия;
•    контролировать над состоянием скважины во время глушения;
• расхаживать колонны бурильных труб для предотвращения ее прихвата;
• спускать или поднимать части или все колонны бурильных труб при герметично закрытом устье скважины.

 

Основными причинами  возникновения газонефтеводопроявлений являются:

 

1. Недостаточная плотность раствора вследствие ошибки при составлении плана работ или несоблюдения рекомендуемых параметров раствора бригадой текущего, капитального ремонта и освоения скважин.
2. Недолив (недостаток бурового раствора) скважины при спуско-подъемных операциях.
3. Поглощение жидкости, находящейся в скважине.
4. Глушение скважины перед началом работ неполным объемом или отдельными порциями.
5. Уменьшение плотности жидкости в скважине при длительных остановках за счет поступления газа из пласта.
6. Нарушение технологии эксплуатации, освоения и ремонта скважин.
7. Длительные простои скважины без промывки.

 

 

 

 

 

Основными признаками газонефтеводопроявлений являются:

 

1. Перелив (недопустимое количество смеси бурового раствора и флюида в скважине) жидкости из скважины при отсутствии циркуляции.

2. Увеличение объема промывочной жидкости в приемных емкостях при бурении или промывке скважины.
3. Увеличение скорости потока промывочной жидкости из скважины при неизменной подаче насоса.
4. Уменьшение (по сравнению с расчетным) объема доливаемой жидкости при спуско-подъемных операциях.
5. Увеличение объема вытесняемой из скважины жидкости при спуске труб (по сравнению с расчетным).
6. Снижение плотности жидкости при промывке скважины.
7. Повышенное газосодержание в жидкости глушения.

 

 

Стандарт предполагает 10 типовых схем состава и размещения оборудования. В зависимости от местных  условий бурения эти схемы могут корректироваться по согласованию с региональными органами Госгортех- надзора РФ. Указанный выше ГОСТ дает нам порядок обозначения оборудования противовыбросового 0115-230/80x35:

О — оборудование;

П — противовыбросовое;

5 — схема компоновки по ГОСТ 13862—90;

230 — проходное отверстие  элементов стволовой части, мм;

80 — условный проход  элементов манифольда в мм;

35 — рабочее давление  элементов в ОП, МПа.

Отдельные элементы оборудования противовыбросового обозначаются сокращенно:

ППГ — превентор плашечный  гидравлический;

ПГГР - превентор плашечный  с ручным приводом;

ПК (У) — превентор  кольцевой (универсальный);

МПБ — манифольд прямоточный  блочный.

 

 

 

Превенторная  установка CAMERON

 

 

 

Превентор кольцевой

Превентор кольцевой предназначен для герметизации устья при бурении нефтяных и газовых скважин с целью обеспечения безопасного ведения работ, при ликвидации газонефтеводопроявлений и при выполнении различных технологических операций при строительстве скважин в соответствии с техническим проектом скважины.

Уплотнитель превентора обеспечивает герметизацию устья скважины вокруг любой части бурильной  колонны, насосно-компрессорных труб, а также при отсутствии инструмента. Уплотнитель позволяет производить расхаживание и протаскивание инструмента.

Превентор кольцевой  состоит из корпуса  с фланцевым  креплением, внутри которого установлены: поршень, планшайба, отделяющая полость управления  от полости скважины. Уплотнитель представляет собой металлоармированное резинотехническое изделие. Элементы арматуры уплотнителя выполнены в виде ребер жесткости, завулканизированных в резину. Конструкция арматуры такова, что при закрывании уплотнителя она стремится образовать кольцо, препятствующее выдавливанию резины в проходное отверстие превентора. Корпус и поршень имеют фторопластовые пояски для предотвращения контакта металла по металлу и служат как опорные направляющие для передвижения поршня.

Превентор плашечный

Превентор плашечный  предназначен для герметизации устья  бурящейся или ремонтирующейся скважины с целью предупреждения выброса. Превентор состоит из корпуса и крышек с гидроцилиндрами. Корпус представляет собой стальную отливку коробчатого сечения и сквозную горизонтальную прямоугольную полость, в которой размещаются и двигаются плашки.

Плашка состоит из вкладыша, резинового уплотнения плашки и корпуса плашки.

Конструкция плашек позволяет  подвешивать колонну бурильных труб, удерживать от выдавливания инструмента из скважины устьевым давлением и расхаживать бурильный инструмент. Оптимальный режим расхаживания устанавливается эксплуатирующими организациями с учетом конкретных условий работы.

Плашка в собранном  виде насаживается на Т-образный паз  штока и вставляется в корпус превентора.

Перемещение каждой плашки осуществляется поршнем гидравлического цилиндра. Масло от коллектора по маслопроводам и через поворотное ниппельное соединение под давлением поступает в гидроцилиндры.

Превентор срезной

Превентор срезной состоит  из корпуса с крышками и гидроцилиндрами. В корпусе установлены нижняя и верхняя срезные плашки. Срезные плашки перерезают трубу, герметизируют превентор и могут быть использованы как глухие плашки. Срезные плашки состоят из корпусов с выполненной на их ножах специальной наплавкой. Герметизация ножей и корпуса превентора осуществляется уплотнителями. Конструкция срезных плашек была отработана при испытании оборудования противовыбросового. Перерезались бурильная труба 127 мм с толщиной стенки 10 мм из стали прочности GAPRP 7G и имитатор бурильной трубы 127 мм с толщиной стенки 12,7 мм из стали 38х2Н2МАтой же группы прочности. Время от подачи давления в гидроцилиндры до завершения реза составляло 9 секунд. Проверка давлением 70 МПа на герметичность плашек подтвердила их герметичность. Было выполнено требуемое стандартом API-16А четыре реза трубы с сохранением работоспособности плашек.

Конструкция одноцилиндрового превентора срезного (под давление гидроуправления 21 МПа) аналогична конструкции простых плашечных превенторов, Следует сказать также, что ход поршня у срезных превенторов более чем у простых для обеспечения загиба срезанной трубы.

 

 

 

 

 

 

 

Гидроаккумулятор

 

 

Гидроаккамуляторы Parker с рабочим давлением 51,7МПа, объемом 364 л для компании Cameron

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок зарядки  баллонов

 

 

 

 

 

 

 

Дистанционное управление противовыбросовым оборудованием

Установки дистанционного управления подводным расположением противовыбросового оборудования по типу привода делятся на:

а) гидравлические, где подводные распределители имеют гидравлический привод, рекомендуется использовать до глубины моря 610 м (фирма «Стевард и Стивенсон»);

б) электрогидравлические, где распределители имеют электропривод, рекомендуется использовать до глубины моря 915 м;

в) телеметрическое (мультиплекс), где подводные распределители имеют электропривод, но сигнал поступает в подводный коллектор в кодированном виде, рекомендуется применять на глубине свыше 915 м.

В установке с гидравлическим пультом управления предусмотрен многоканальный гидравлический шланг диаметром 25,4 мм для подвода жидкости давлением 21 МПа от насосного блока в аккумуляторы и диаметром 3,17 мм для подачи жидкости давлением 2,5 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оборудование  расположенное над уровним моря

 

Фирма «Стевард и Стивенсон» предусматривает пневматическое и  электрическое дистанционные управления распределителями. На пультах управления предусмотрены: графическое изображение управляемого оборудования с расположением рукояток распределителей; горизонтальное перемещение для исключения их повреждения; устройство против случайного включения. Пульты пневмогидравлический и электрический на установках дублируют друг друга.

 

 

 

 

 

 

 

Оборудование  устья морских скважин в США

Увеличение числа превенторов  при морском бурении вызвано  большими затратами на ликвидацию проявлений, чем на ликвидацию выбросов из скважин  на суше. В основном используются плашечные  превенторы на 75 и 105 МПа и универсальные  на 21 и 35 МПа. Последние служат для герметизации устья скважины вокруг бурильной трубы, ведущей штанги, каната и каротажного кабеля.

Превенторные установки  монтируются внутри блочной рамы, и число крестовин принимается равным двум.

В США разработана  схема обвязки противовыбросового оборудования для морского бурения на арктических островах. Для этой цели было разработано искусственное утолщение океанского льда с тем, чтобы он мог выдержать серийные наземные установки разведочного бурения. Скважины были пробурены до глубины 272 м, превенторное оборудование располагалось над водой. Перед началом бурения на дне океана устанавливалась направляющая плита и устье закреплялось водоотделяющей колонной. После бурения и спуска кондуктора затрубное пространство цементировали, а на колонну труб монтировали противовыбросовое оборудование. Устьевое оборудование (колонная головка, водоотделяющая труба, превенторные установки) натягивали канатами при помощи двух гидравлических цилиндров. Для долива скважины от емкости к катушке подводили отдельную линию, смонтированную выше универсального превентора.

Целесообразность монтажа превенторов  под уровнем воды или на дне  моря диктуется различными требованиями, основными из которых являются следующие:

а) сохранение устья скважины при аварийных ситуациях и различных климатических условиях (движение айсберга, колебание волн и др.);

б) снятие плавучих установок без демонтажа противовыбросового оборудования.

На выкидных линиях устанавливают  штуцеры регулируемого типа. Жидкость, поступающая из скважины, направляется в желобную систему или в специальные амбары. При морском бурении вращающиеся превенторы устанавливают в редких случаях, причем используют универсальный превентор, давление в котором регулируют таким способом, чтобы при малых утечках жидкости можно было расхаживать и вращать инструмент.

Фирмами, производящими установки  дистанционного управления противовыбросовым оборудованием на море, являются «Стевард и Стивенсон» («Кумей»), «Камерон-Рейне», «Хайдрил» и «Ракер-Шеффер». Установки предусматриваются для использования на искусственных островках (суша), эстакадах и плавучих буровых судах. Управление установки состоит из насосно-аккумуляторного блока, основного и вспомогательного пультов управления, шлангов, кабелей и трубопроводов для рабочей жидкости. Часто основной и вспомогательный пульты управления соединены с насосно-аккумуляторной установкой многоканальным шлангом и электрокабелем.

Фирма «Стевард и Стивенсон» выпускает  насосно-аккумуляторные блоки трех серий S, G и Е, отличающиеся по степени сложности и приводом — электрическим или пневматическим. Серии могут быть комбинированными, всего фирма предлагает более 60 базовых установок. Давление в аккумуляторах поддерживается равным 10,5 и 21 МПа; рабочее давление в гидросистемах, равное 10,5 МПа, поддерживается регулирующим клапаном. Пневмогидравлические аккумуляторы выпускаются трех типов: S — баллонный с гибкой диафрагмой объемом 37 и 85 л; G — баллонный поплавковый объемом 75,7 и 113,55 л; В — шаровой объемом 302,8 л.

Принцип работы такой же, как на пультах управления при бурении скважин на суше:

а) перемещается рукоятка (нажатие электрокнопки) на основном пульте и подается сигнал на привод распределителя насосно-аккумуляторного блока;

б) привод перемещает золотник распределителя в соответствующее положение и жидкость поступает из баллонов в полость гидропривода превентора или задвижек.

Объем жидкости в аккумуляторах  равен объему, необходимому для закрывания установленных превенторов, плюс 50% запаса.

При бурении морских скважин  с подводным расположением устья ранее использовали пульты управления с гидравлическим приводом распределителей. В настоящее время действуют две или три линии связи, третий канал связи — ультразвуковой. Часто гидроаккумуляторы располагают тоже под водой, монтируются они на блоках превенторов. Для контроля параметров и состояния превенторов применяют датчики.

Гидравлическая силовая установка  включает насосы, резервуары, регуляторы и клапаны для эксплуатации системы. Аккумуляторная батарея хранит гидравлическую жидкость под высоким давлением для мгновенного использования и не содержит резиновых перегородок или полостей, которые могут быть помехой. Панель управления бурильщика расположена в буровом здании, она обеспечивает дистанционное (кнопочное) управление главной панелью управления, находящейся за пределами буровой. Электрическая минипанель дистанционного управления обеспечивает дистанционное управление силовой гидроустановкой и главной панелью управления из безопасного места; обычно она расположена в жилом помещении. Зарядное устройство батарей держит блок батарей полностью заряженным на случай аварийного использования.

Установка комплектуется двумя  лебедками (2 шт.) для многоканальных шлангов, двумя лебедками для  тросов, служащих для спуска шлангов, двумя коллекторами-соединителями и подводными аккумуляторами.

Принцип работы заключается во включении  соленоидного привода пневматического распределителя, при этом сжатый воздух подается в цилиндр привода гидравлического распределителя. Шланг малого диаметра служит для поступления жидкости в полость управления подводного распределителя с целью ее открытия, а шланг большого диаметра — для поступления жидкости в гидроприводы превенторов и задвижек. Такая система управления позволяет замену шлангов без подъема превенторов и быстрый демонтаж. Число команд и соответственно число шлангов низкого давления — до 40, время на срабатывание подводного распределителя — не более 6 с от нажатия кнопки на пульте до открывания подводного распределителя при глубине моря 457 м, наружный диаметр многоканального шланга 94,4 мм.

В настоящее время широко используются установки электрогидравлического типа для дистанционного управления бурением скважин с подводным  расположением устья. На этих установках подводные распределители имеют электропривод и вместо многоканального шланга используется шлангокабель. Шлангокабель включает в себя шланг для подвода жидкости, а по периметру — электрокабели с металлической оплеткой. Применение шлангокабеля позволило исключить из комплекта установки лебедки с тросами и использовать энергетический силовой блок. Коллекторы опускаются на шлангокабеле.

Установка состоит из силового блока, центрального контрольного блока, принимающего сигналы от пультов управления (основного  и вспомогательного), насосно-аккумуляторного блока, шлангокабеля.

Установка электрогидравлического типа управления позволяет управлять  противовыбросовым оборудованием  с двух пультов и с центрального контрольного блока. Она имеет большее число команд (100), чем гидравлический тип управления, при диаметре шлангокабеля 63,5 мм.

Фирма «Камерон» разработала мультиплексную электрогидравлическую систему управления превенторами при подводном бурении скважин. Вся система может быть разбита на три подсистемы:

 1) поверхностная — панель управления бурильщика, гидросиловые и аккумуляторные узлы, центральная панель управления, установки бесперебойного снабжения и разделения;

2) связки между поверхностным и подводным оборудованием;

3) две подводные станции  управления, содержащие насыщенные электронные системы, распределительные задвижки, регуляторы давления, золотниковые клапаны и, если необходимо, гидравлические аккумуляторы.

Два насыщенных подводных  управляющих манифольда (различаемые  как желтый и голубой) расположены  на опорной плите на нижней части  узла морского стояка, принимают электрокабель и направляют высоконапорную гидравлическую жидкость с помощью распределительных задвижек с электро- или гидроприводом к рабочему цилиндру для выполнения определенных функций.

Соленоидные пилотные задвижки с электроприводом в подводной  станции управления выполняют команды  с помощью многоступенчатой коммуникационной системы. Пилотный соленоид возбуждается при выключении кнопочного выключателя на любой из панелей управления. Световое табло показывает, когда катушка каждой из задвижек возбуждена, т. е. указывает положение задвижки. Когда распределительная задвижка переведена в открытое положение, лампа индикации положения (открыто или закрыто) загорается вместе с надписью «открыто», т. е. показывается правильное положение блока и распределительной задвижки.

В мультиплексной электрогидравлической  системе предусмотрены резервуар  гликоля и разделяющая установка.

Резервуар гликоля является хранилищем для антифриза, который  смешивается с рабочей жидкостью системы. Узел имеет резервуары и насосы для подачи к силовой установке.

Разделяющая установка  обеспечивает взаимосвязь между  панелью бурильщика и центральной панелью управления с двумя электрическими кабелями управления. Она обычно располежена в чистом, безопасном месте. Бурильщик, таким образом, имеет возможность управлять всеми функциями блока, шкальными и кнопочными приборами регулирования давления, измерительными приборами и световыми индикаторами.

Центральная панель (пульт) управления одинакова с панелью бурильщика и укомплектована такой же аппаратурой  для функциональной работы.

Многожильный силовой и коммуникационный кабель обеспечивает многоступенчатую силовую и коммуникационную связь с подводными манифольдами.

Превенторная установка часто  смонтирована ниже уровня воды. Подводное  противовыбросовое оборудование состоит  из превенторов типа U с клиновыми  фиксаторами, клапана безопасности между плашечными превенторами и универсального превентора. Выше него обвязка устья монтируется в следующем порядке: цанговая соединительная муфта, универсальный превентор, универсальный шаровой узел, телескопический узел, а по бокам обвязки проложены отводы от крестовины — линии глушения и дросселирования.

Мультиплексная электрогидравлическая  система включает: установку непрерывной подачи электроэнергии, центральную панель управления, установку гидроэнергии с панелью управления дивертером, блок аккумуляторных батарей, центральную гидравлическую линию, катушки силового кабеля и аварийные гидравлические шланги.

В нижней части превенторного блока  установлены отражатель и импульсный приемопередатчик для акустического контроля и действия на узлы установки гидроэнергии. Система управления превенторами двойная — электрическая и гидравлическая. В электрической системе установлены соленоидные клапаны и регуляторы, а в гидравлической — блок насыщения и действующее управление. Передача обеспечивается через проверочную и двойную передающую аппаратуру. Акустическая система способна передавать ультразвуковые волны (УЗК), телесигналы и управляющие команды. Она получает информацию от контрольно- измерительных приборов стояка и угла поворота шарового узла. Электрическая система проводит контроль всей системы и непрерывный контроль блока насыщения манифольда.

Электрогидравлическая система укомплектована двумя электрическими кабелями и гидравлическим шлангом. Закрытие и открытие превенторов осуществляется гидравлической системой, а получение информации — электроакустической системой. Мультиплексный комплекс позволяет все операции с превенторами проводить через силовой кабель. Кроме того, предусмотрена мультиплексная подводная управляющая система манифольда.

Электрогидравлические ветви управления противовыбросовым оборудованием и отводы крестовины смонтированы по бокам обвязки с целью предотвращения колебаний волнами моря и их повреждения. Фирма «Камерон» допускает использование любого числа дискретного аналога управления и каналов считывания. На нижнем основании буровой площадки устанавливают две катушки спускаемого и аварийного гидравлического шлангов и катушки силового блока.

Центральная панель управления и установка  гидроэнергии связаны с панелью управления бурильщика. Блок аккумуляторных батарей значительно увеличен для непрерывной работы в течение длительного времени.

Фирма «Камерон» разработала акустическую систему управления превенторными установками для подводного бурения. Акустическая коммуникационная система выполнена с целью установления двусторонней коммуникационной связи между подводной и поверхностной частями и выявления функционального состояния. Акустическая система состоит из зарядного устройства поверхностных и подводных батарей, поверхностного узла управления, портативных передатчиков. Последние смонтированы на двух трубах и опущены в море до верхнего превентора. Подводная система ОП состоит из универсального превентора и блока плашечных превенторов.

На отводах спаренных превенторов  предусмотрены узлы подводных задвижек, подводные аккумуляторы и блок подводных батарей. В нижней части блока превенторов, на его горизонтальном узле установлены подводные передатчики и удлинители подводного передатчика. Управление превенторами кодировано и должно обеспечить независимую работу нескольких установок (превенторы, задвижки, штуцеры) на заданном прослушиваемом участке. Сигнальная система должна дать сигнал оператору на поверхности о подводном нарушении работы превенторной установки и задвижек.

Акустическая система использует передающее устройство с тремя тонами: один представляет I двоичной системы, другой — преобразователь 0, а третий используется между двумя тонами для отбивки и приемки. Кроме того, эта система должна выполнить разбивку от данных предыдущего тона к текущему. Сигналы, посылаемые с поверхностного узла управления, принимаются подводными передатчиками и передаются на подводный узел управления превенторами. Подводный блок зарядного устройства состоит из батарей и аккумуляторов, число последних от 4 до 6. Весь комплекс превенторов, задвижек, аккумуляторов, батарей и узел управления смонтированы на вертикальном блоке. Вертикальный блок соединен с фланцем колонной головки при помощи четырех массивных уголков.

Фирма «Камерон» установила, что предлагаемые передающие устройства являются рациональными и имеют регулируемую длину передачи. Выходное напряжение в поверхностном оборудовании — 500 В в преобразователь, смонтированный на корпусе поверхностной установки, 400 В — в портативный преобразователь. Управление панелью осуществляется двумя руками. Кнопка передачи нажимается вместе с кнопкой требуемой функции для включения передатчика. Испытательная установка моделирует электронагрузку подводного соленоидного клапана, проверяет электрические характеристики подводной системы и контролирует подводные батареи. Поверхностные зарядные устройства батарей, кроме заряжания батарей обеих систем, позволяют создавать автоматическую циркуляцию свежего воздуха через камеру подводной батареи перед зарядкой и в процессе зарядки.

Телеметрическая система  дистанционного управления противовыбросовым  оборудованием с подводным расположением  устья создана фирмой «Стевард и  Стивенсон». Установки рекомендуются  для применения на глубине моря до 3658 м [9].

Установки телеметрического типа для дистанционного управления с подводным расположением устья более совершенны, чем с гидравлическим и электрогидравлическим пультами управления. Телеметрическая система подает высокочастотные импульсы на электронный блок, установленный ниже противовыбросового оборудования, а жидкость подается под давлением по отдельному шлангу. В телеметрической установке имеются электронные блоки — на поверхности и на устье под водой. Электрический сигнал с пульта управления передается на центральный контрольный блок, затем в электронный блок, а после кодирования — в подводный электронный блок. Сигнал декодируется, подается на буровую (сигнал о принятии команды), и надводный электронный блок повторяет команду.

В комплект установки телеметрического типа включена аварийная акустическая система для управления двумя превенторами, двумя задвижками и верхней соединительной муфтой при выходе из строя основного управления. Акустические сигналы направляются и принимаются гидрофонами, установленными на буровой и блоке превенторов. Подводная акустическая часть состоит из гидрофона, декодирующего и исполнительного устройств и пневмогидравлических аккумуляторов. Противовыбросовое оборудование монтируется задвижками фирмы «Камерон», «Мак Эвой» и др. Манифольд противовыбросового оборудования изготавливается по трем схемам на рабочие давления 21, 35, 70 МПа и выше. Число задвижек увеличено по сравнению с блоками задвижек, устанавливаемыми на буровой при сооружении скважин на суше. На линии дросселирования имеются две задвижки с гидроприводом.

Фирма «Ракер-Шеффер»  выпускает задвижки типа СВ с компенсирующими  камерами малого и большого объемов. Задвижки автоматически закрываются.

Фирма «Мак Эвой» выпускает  задвижки модели С для работы под водой с системой автоматического впрыскивания замазывающей массы. Задвижки модели ЕИ применяются на выкидных линиях для предотвращения гидравлического давления на закрытие, когда две задвижки установлены на нескольких предохранителях от взрыва (блокаут-превентор).

Подводное оборудование фирмы «Мак Эвой» для подводного бурения состоит из стволовой подводной задвижки, блокирующего клапана, отводных и V-образных секущих или составных блокирующих задвижек. Конструкция подводных установок усовершенствована таким образом, что установки могут использоваться на удлиненных обсадных головках скважин.

В состав манифольда включают регулируемый дроссель с дистанционным  управлением.