Превенторы плашечные
Превенторы плашечные предназначены для герметизации устья скважины при газонефтеводопроявлениях и открытых фонтанах, возникающих при строительстве или ремонте скважин. При этом, если в скважине находятся трубы, то герметизация обеспечивается с использованием трубных плашек, а при отсутствии труб в скважине герметизация осуществляется глухими плашками.
Превенторы плашечные, по способу герметизации, выпускаются в двух вариантах: гидроуправляемые и с ручным приводом фиксации плашек. Гидроуправляемые превенторы плашечные, в отличи от превенторов с ручным приводом, позволяют дистанционно и быстро (за 5 – 10 сек.) загерметизировать устье скважины. После герметизации устья превентор плашечный гидроуправляемый, при наличии труб в скважине позволяет:
· проворачивать и расхаживать колонну труб на гладкой части трубы по длине от муфты до муфты (при контролируемом давлении в камере закрытия);
· разгрузить колонну труб на плашки и удерживать колонну плашками от выброса (при возрастании давления в скважине);
· спустить или поднять часть всей колонны при загерметизированном устье скважины в случае установки двух плашечных превенторов (метод шлюзования);
· срезание колонны труб (при установке превентора со срезающими плашками).
В нашем регионе при строительстве и ремонте скважин, в основном, используются гидроуправляемые плашечные превенторы.
Технические характеристики превенторов плашечных гидроуправляемых (ППГ) представлены в таблице 1.
Таблица 1
| № пп | Наименование параметров/ Типоразмер/ ПП | 156×32 | 180×35 | 230×35 | 230×70 | 280×35 | 350×35 | 425×21 | 520×14 | 350×35 2000 г. |
| Диаметр проходного отверстия, мм | ||||||||||
| Условный проход манифольда, мм | ||||||||||
| Рабочее давление, МПа | ||||||||||
| Максимальная температура рабочей среды, С | ||||||||||
| Тип основного привода | дистанционный гидравлический | |||||||||
| Рабочее давление в системе гидроуправления, МПа | ||||||||||
| Условный диаметр труб, уплотняемых ПП, мм | 33 – 114 | 33 – 127 | 33 – 168 | 33 – 168 | 48 – 194 | 60 – 273 | 60 – 340 | 60 – 426 | 73 – 273 | |
| Максимально условный диаметр труб, пропускаемых с подвеской, мм | ||||||||||
| Диаметр гидроцилиндров, мм | - | |||||||||
| Ход поршня, мм | ||||||||||
| Объём полости цилиндра на закрытие, л | 5,4 | 6,6 | 7,9 | 9,5 | 10,6 | 11,8 | 13,8 | 17,4 | 18,7 | |
| Объём полости цилиндра на открытие, л | 4,6 | 5,9 | 6,2 | 7,2 | 9,2 | 10,4 | 12,0 | 15,0 | 16,4 | |
| Количество оборотов винта на закрытие | ||||||||||
| Количество циклов "закр. – откр." на трубе при Рскв = Рраб | Рскв=1атм 546/78 | |||||||||
| Условная длина расхаживания, м | - | 550 – Рскв=10 15000 - Рскв=7 | ||||||||
| Пробное давление, МПа | 31,5 | |||||||||
| Габариты: длина ширина высота, мм | - | |||||||||
| Масса, кг | - |
При капитальном ремонте скважин широкое распространение получил превентор плашечный гидроуправляемый ППГ – 156 × 320 Бакинского завода имени лейтенанта Шмидта, представленный на рис. 1 (сдвоенный вариант). Превентор плашечный состоит из 3-х основных частей: корпуса 2, откидной крышки 4 с гидроцилиндром и 2-х плашек 3.
Корпус превентора коробчатой конструкции и изготавливается в настоящее время, как правило, методом литья с последующей ковкой. Корпус в вертикальной плоскости имеет цилиндрическое отверстие, а в горизонтальной – прямоугольное отверстие, в "карманах" которого размещаются плашки. Во внутренней полости корпуса, в его верхней части, имеется специально обработанная кольцевая поверхность, которая обеспечивает герметизацию между корпусом и верхней части плашки (при закрытии последней). Сама же плашка движется по направляющим рёбрам, которые обеспечивают зазор между корпусом превентора и нижней частью плашки.
На наружной поверхности корпуса (верхней и нижней плоскостях) вокруг вертикального отверстия имеется канавка под уплотнительное кольцо и глухие отверстия с резьбой под шпильки, которые позволяют крепить корпус превентора на крестовину, а сверху монтировать фланцевую катушку.
К корпусу с помощью болтов крепятся боковые (откидные) крышки 4 с гидроцилиндрами, которые устанавливаются на шарнирных соединениях. Шарнирные соединения позволяют подавать гидравлическую жидкость в камеры открытия или закрытия гидроцилиндров 8. В гидроцилиндрах размещаются поршня со штоками 7, которые "Г" – образным захватом соединяются с плашками (трубными 3 или глухими 9). Плашки (трубная и глухая в сборе) представлены на рис. 2 и 3. У плашек одинаковые и взаимозаменяемые корпуса 1, к которым, с помощью двух болтов, крепятся вкладыши: глухой 2 с уплотнением глухим 3, или трубный 4 с уплотнением сменным 5. Размер трубных плашек должен соответствовать размерам труб спущенных в скважину. Бакинский завод поставлял, при соответствующих заказах, трубные плашки под размер труб диметрами: 60 мм; 63,5 мм; 73 мм; 89 мм; и 114 мм.
После монтажа плашечного превентора на устье скважины, в камеры открытия подаётся давление, равное давлению в гидросистеме, поршня разведены в крайние положения и плашки "прячутся" в "карманах" корпуса, освобождая центральное отверстие корпуса для проведения спускоподъемных или других технологических операций в скважине. При переводе соответствующей рукоятки маслораспределителя на основном (или вспомогательном) пульте гидросистемы в положение "закрыто", гидравлическая жидкость будет поступать в камеру закрытия и под действием давления поршни, а вместе с ними и плашки, будут перемещаться в сторону сближения. Перекрывая, при этом, сечение скважины глухими плашками (при отсутствии труб) или перекроют затрубное пространство трубными плашками (при наличии труб). Для того чтобы вновь открыть превентор рукоятку маслораспределителя переводят в положение "открыто" и гидравлическая жидкость, поступив в камеру открытия, раздвинет поршня с плашками в стороны, освободив центральное отверстие в корпусе превентора.
В случае отсутствия давления в гидравлической системе в плашечных превенторах гидроуправляемых предусмотрен механический привод, который выполнен в виде нажимного винта 5 (см. рис. 1) ввёрнутого в глухое резьбовое отверстие поршня со штоком 7. Гладкая часть нажимного винта устанавливается в подшипнике скольжения, уплотняется манжетами и шарнирным соединением связывается с карданом со штурвалом. Вращая штурвал, как правило, по часовой стрелке, превентор закрывается, т.к. вращательное движение нажимного винта преобразуется в поступательное перемещение поршня.
При пользовании ручным приводом превенторов ППГ необходимо помнить о двух особенностях. Первая состоит в том, что ручным приводом можно только закрыть превентор. При вращении же штурвалов на открытие нажимной винт сделает "холостой ход", а плашки останутся в закрытом положении, и открыть их можно будет, только используя гидравлическую систему. Вторая особенность состоит в том, что перед вращением штурвалов на закрытие сначала необходимо перевести соответствующую рукоятку маслораспределителя на основном пульте гидравлической системы в положение "закрыто". Это позволит соединить полость "открытия" с атмосферным давлением и при вращении штурвалов поршень выдавит масло из камеры открытия в масляный бак.
Отличительной особенностью превенторов плашечных гидроуправляемых Волгоградского завода "Баррикады" состоит в том, что два превентора можно соединить между собой, не используя фланцевой катушки. С этой целью в корпусе превентора 2 (см. рис. 4) в его верхней части по периметру выполнены четыре глухих отверстия с резьбой, а в нижней части корпуса выполнены четыре гладких сквозных отверстия. Крепление двух превенторов между собой обеспечивается с помощью четырех болтов, при предварительно установленной в канавку уплотнительного кольца. Соединение же превентора с крестовиной или фланцевой катушкой осуществляется с использованием двенадцати шпилек с гайками, как и у обычных безфланцевых превенторов.
Ручной привод превентора этой конструкции выполнен виде шлицевого валика 11, установленного в крышке гидроцилиндра 13. В поршне со штоком 9 (в отверстии с ленточной резьбой) ввёрнута резьбовая втулка 15 с крупной ленточной резьбой по наружному диаметру и со шлицами по внутреннему диаметру. Шлицы винтовой втулки входят в контакт со шлицевым валиком. При вращении штурвалов ручного привода шлицевой валик "выкручивает" резьбовую втулку, которая, в свою очередь, перемещает поршень со штоком, а вместе с ним и плашку на сближение.
Конструкция ручного привода превентора плашечного гидроуправляемого ППГ – 230 × 350 Волгоградского завода буровой техники позволяет дистанционно (визуально) определить местоположение плашек и каким приводом закрыт превентор – гидравликой или механически. Это обеспечивается тем, что к поршню 8 (см. рис. 5) крепится полый шток 16. Крышка гидроцилиндра 9 имеет удлинитель со втулкой 12, в которую установлен ходовой винт 13, на котором установлена ходовая гайка 11. На ходовой гайке 11 жёстко установлен указатель 14, который проходит через прорезь в удлинителе крышки гидроцилиндра 9 и исключает "проворачивание" ходовой гайки 11 при вращении штурвала кардана. На полом штоке 16, так же жёстко, установлен палец 15, который служит указателем положения плашки. При закрытии плашечного превентора гидроприводом вместе с поршнем 8 перемещается полый шток 16, а вместе с ним и палец 15. При использовании ручного привода, с вращением штурвала кардана по часовой стрелке на закрытие, ходовая гайка 11 будет перемещаться в осевом направлении и толкать полый шток на "закрытие". В этом случае и палец 15 и указатель 14 будут перемещаться одновременно и визуально фиксировать не только положение плашек, но и указывать на то, что плашки превентора зафиксированы ручным приводом.
Существенным недостатком многих плашечных превенторов является то, что с ростом давления в скважине до 35,0 МПа и более, на шток, а вместе с ним и на поршень, действует "выталкивающая сила", которая может превысить усилие возникающее в камере закрытия гидроцилиндра. Так, например: при стендовых испытаниях плашечного превентора ППГ – 230 × 500 (при опрессовке на пробное давление Рпроб = 2Рраб) при возрастании давления внутри корпуса превентора до 420 кгс/см2 и при давлении в камере закрытия 100 кгс/см2 происходила разгерметизация плашек превентора, т.к. "выталкивающая сила" на шток оказывалась больше усилия на закрытие со стороны поршня в гидроцилиндре.
Этот недостаток устранён в конструкции превентора Волгоградского завода ППГ – 230 × 700 Бр (см. рис 6). Сущность решения состоит в том, что шток заканчивается нажимным цилиндром 17, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру штока. Внутри нажимного цилиндра установлен нажимной поршень 16. При закрытии превентора шток с нажимным цилиндром перемещается с плашками в сторону закрытия. Вместе с нажимным цилиндром 17 перемещается и нажимной поршень 16, удерживаемый силами трения в манжетах уплотнения. С ростом давления в скважине нажимной поршень перемещается в обратном направлении до упора в торец оси 20, которая жёстко установлена в крышке гидроцилиндра 32. Таким образом "выталкивающая" сила давит на нажимной поршень и замыкается через крышку гидроцилиндра, на корпусе 2 превентора, а поршень 34 со штоком испытывают только лишь усилие на закрытие от давления в гидроцилиндре 19, равное давлению в гидросистеме.
В 2002 году Волгоградский завод буровой техники приступил к выпуску превенторов плашечных гидроуправляемых, по конструкции которых, ближайшим прототипом, является плашечный превентор фирмы "Камерон" (см. рис. 7).
Превентор состоит из корпуса 1 со сквозным цилиндрическим отверстием в вертикальной плоскости, а в горизонтальной – имеет сквозное отверстие овального сечения, где размещаются плашки. В верхней (и в нижней) части корпус имеет канавку под уплотнительное кольцо и отверстия под шпильки. В отличие, от ранее выпускаемых этим заводом плашечных превенторов, в корпусе имеются дополнительно ещё два отверстия, на уровне чуть ниже плашек, под фланцевое соединение, которые могут быть использованы для монтажа дополнительных отводов или просто заглушены глухими фланцами (2). Внутри корпуса выполнены каналы для подвода гидравлической жидкости в камеры открытия и закрытия. К корпусу с помощью болтов крепятся лобовые крышки 5, к которым прижимаются гидроцилиндры 6 с использованием крышек гидроцилиндров 9 и шпилек 11. Внутри гидроцилиндра размещается поршень 10 со штоком 4. Шток уплотняется в лобовой крышке 5 и "Т" – образным захватом соединяется с плашкой 3. Кроме двух основных гидроцилиндров 6 превентор имеет дополнительно ещё четыре малых гидроцилиндра 8, прижимаемых к лобовой крышке всё той же крышкой гидроцилиндра 9. Внутри малых гидроцилиндров размещается поршень со штоком – скалкой 7, жёстко установленный в корпусе превентора. Гидравлический привод работает аналогично ранее выпускаемым превенторам: при подаче давления в камеру закрытия плашки идут на сближение, превентор закрывается; при подаче давления в камеру открытия плашки прячутся в карманах корпуса – превентор открывается.
Ручной привод выполнен в виде штока – хвостовика 12, установленного на торце поршня 10 и нажимного винта 14, установленного в резьбовом отверстии удлинителя 13 крышки гидроцилиндра 9. При вращении штурвалов кардана по часовой стрелке "на закрытие", нажимной винт 14, вворачиваясь в удлинитель 13 крышки гидроцилиндра 9, своим торцом давит на торец штока – хвостовика 12, а тот, в свою очередь, давит на поршень 10 со штоком 4, которые перемещают плашку 3 на закрытие. Открыть превентор, закрытый ручным приводом, возможно только гидравликой, предварительно вывернув нажимной винт 14, вращением штурвалов кардана против часовой стрелки на "открытие".
Ручной привод в превенторе плашечном данной конструкции выполняет ещё одну важную функцию, он используется в одном из двух способов смены плашек. С этой целью в нажимном винте 14 (см. рис. 8) выполнено отверстие, в котором размещается ("прячется") шпилька 15 с гайкой 16. Перед сменой плашек, вилка шарнирного соединения кардана ручного привода демонтируется. Шпилька 15 вворачиваться в резьбовое отверстие штока – хвостовика 12 и фиксируется гайкой 16. Болты, крепящие лобовую крышку к корпусу превентора, выворачиваются. Регулировочным клапаном на основном пульте снижают давление в камере открытия превенторов плашечных до 2,0 МПа, чтобы не порвать шпильку 15, и переводят рукоятку маслораспределителя соответствующего плашечного превентора в положение "закрыто". Гидравлическая жидкость под давлением 2,0 МПа поступает в камеру закрытия основного гидроцилиндра 6, но поршень 10 не может переместиться в положение "закрыто", так как жёстко связан со штоком – хвостовиком 12, а тот, в свою очередь, через шпильку 15 и нажимной винт 14 жёстко связан с крышкой гидроцилиндра 9. Таким образом, гидроусилие замыкается на самом гидроцилиндре 6. В результате этого начинают срабатывать малые гидроцилиндры 8 и перемещаться относительно штоков – скалок 7. Вместе с малыми гидроцилиндрами 8 перемещается основной гидроцилиндр 6 с поршнем 10, штоком 4 и плашкой 3. Лобовая крышка 5 переместится относительно корпуса превентора 1 и плашка 3 выйдет наружу.
После замены плашек рукоятку маслораспределителя переводят в положение "открыто", и, если лобовая крышка 5 вместе с плашкой 3 не перемещаются относительно корпуса, то плавно поднимают давление в камере "открытия" до 14 МПа с помощью регулировочного клапана на основном пульте. (Закрыть лобовую крышку 5 можно вручную, перемещая гидроцилиндры 6 и 8, к корпусу 1 по штокам – скалкам 7, предварительно отключив пневмогидроаккумулятор от гидросистемы и, сбросив давление в малых гидроцилиндрах 8 до атмосферного, переводом рукоятки маслораспределителя в положение "открыто").
После закрытия лобовой крышки 5, последнюю крепят к корпусу с помощью болтов. Шпильку 15 выворачивают из штока – хвостовика 12 и "утапливают" в отверстие нажимного винта 14. К нажимному винту крепят вилку и шарнирное соединение кардана со штурвалом. Проверяют гидравлический привод на "открытие" и "закрытие" плашек, уточняют количество оборотов на "закрытие" ручным приводом и опрессовывают превентор на рабочее давление.
К плашечному превентору ППГ – 350 × 35 Волгоградский завод буровой техники поставляет сменные плашки под трубы условного диаметра: 73, 89, 102, 114, 127, 140, 146, 168, 178, 194, 219, 245, 273 и глухие. Общий вид плашки в сборе представлен на рис. 9.
В настоящее время Воронежский механический завод выпускает плашечные превенторы двух принципиально различных конструкций. На рис. 10 представлен общий вид сдвоенного превентора плашечного гидроуправляемого модификаций ППГ2 – 156 × 21; ППГ2 – 180 × 21 и ППГ2 – 230 × 21.
Превентор состоит из корпуса 6, внутри которого размещены две пары плашек: глухие1 и трубные 4. Лобовые крышки 5 крепятся к корпусу 6 с помощью болтов и установлены на шарнирах. Гидроцилиндры прижимаются крышкой гидроцилиндра 3 с помощью шпилек. В ручном приводе используется обычный нажимной винт 2. Гидравлическая жидкость подводится к камерам открытия и закрытия по гибким шлангам высокого давления.
На рис. 11 представлен общий вид сдвоенного превентора плашечного гидроуправляемого ППГ2 – 180 × 70, изготовленный по лицензии фирмы "КАМЕРОН" с проходным условным диаметром 180 мм и рабочим давлением 70 МПа (10000 psi).
Тульским заводом ОАО "Станкотехника" АК "Туламашзавод" выпускаются плашечные превенторы с ручным и гидравлическим управлением, в одинарном и сдвоенном исполнении в едином блоке, во фланцевом и безфланцевом варианте с условным проходом 156 мм, 180 и 230 и рабочим давлением 21 и 35 МПа. Технические характеристики плашечных превенторов представлены в таблице 2, а общие виды на рис. 12.
Все превентора этого завода имеют цельнокованые корпуса из высоколегированной стали высокой прочности. Цельная плашка надёжна и удобна в обслуживании. Отверстия под манифольд расположены ниже плашек для беспрепятственного движения циркуляционной жидкости в случае необходимости во время глушения скважин при газонефтеводопроявлениях.
Таблица 2