инструмент и оборудование
Оптимизация конструкции плашечного превентора типа МФ
Д.О. МАКУШКИН,
к.т.н., профессор кафедры машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов, заслуженный машиностроитель Российской Федерации
Кафедра МОНГП Института нефти и газа Сибирский федеральный университет г. Красноярск
ПУЩАЕВ,
аспирант
Кафедра МОНГП Института нефти и газа Сибирский федеральный университет г. Красноярск
S-pushchaev@mail.ru
В статье представлены результаты оптимизации конструкции многофункционального плашечного превентора, основанные на возможностях современного машиностроения.
DESIGN OPTIMIZATION OF MFBOP-TYPE BLOWOUT RAM PREVENTER
• Я Its , 1 щ|шр If
¿'i 1
D. MAKUSHKIN, S. PUSHCHAEV, Faculty/department of machines & equipment of oil & gas fields of Institute for oil & gas Siberian Federal University Krasnoyarsk city
In article results of multifunction ram blowout preventer optimization based on possibilities of modern mechanical engineering are introduced.
Key words: hole, blowout equipment, BOP, the blowout preventer block: a multifunction ram preventer, drill column
Идея возможности перехода от нескольких плашечных превенто-ров к многофункциональному плашечно-му превентору (МФПП) [1] при компоновке стволовой части противовыбросового оборудования (ПВО) вызвала повышенный интерес специалистов, имеющих значительный опыт работы с ПВО.
МФПП предназначен для герметизации устья бурящейся или ремонтируемой скважины с целью предупреждения выброса и выполняет функциональное назначение плашечных превенторов (ППГ) трех типов: ППГ с трубными, ППГ с глухими и ППГ со срезными плашками. К числу операций, которые позволяет осуществлять МФПП, относятся:
1) уплотнение определенного типоразмера труб;
2) герметизация устья в условиях отсутствия в скважине колонны бурильных труб (КБТ);
3) подвешивание КБТ;
4) удерживание от выдавливания инструмента из скважины устьевым давлением;
5) расхаживание бурильного инструмента;
6) срез КБТ
Использование МФПП в составе стволовой части ПВО имеет ряд преимуществ перед обычными ППГ:
4
3
2
1
0
Усилие, необходимое для среза КБТ, МН - Развиваемое усилие плашкой, МН
Рис. 1. Выбор оптимального поперечного сечения плашки
- позволяет осуществлять указанные выше операции одной парой плашек;
- операции по герметизации устья как с предварительным срезом КБТ, так и без него (могут быть выполнены как одной, так и другой плашкой) осуществляются в условиях повышенной надежности за счет дублирования;
- проведение ТО плашек, а также их замена на другой типоразмер могут быть проведены в условиях загерметизированного устья;
- значения линейных и массовых характеристик превенторных блоков и соответственно, стволовой части ПВО в целом значительно снижены для большинства схем компоновок [2];
- повышается монтажеспособность за счет уменьшения числа фланцевых соединений стволовой части.
Кроме перечисленных преимуществ, определяющих специфичность конструкции, МФПП отвечает всем требованиям, предъявляемым к подобному оборудованию [3, 4, 5]. Анализ конструкции МФПП, выполненный нами по замечаниям специалистов Волгоградского завода буровой техники, занимающихся разработкой и производством ПВО более 40 лет, позволил выявить ряд ее недостатков и найти конструктивные решения по их устранению. В результате чего были прове-
инструмент и оборудование 1
Рис. 2. Конструкция плашки
а) овальное поперечное сечение; Ь) цилиндрическое поперечное сечение; d) отверстие в корпусе плашки; с) съемная часть плашки
дены мероприятия, направленные на повышение технологичности изготовления и расширение условий эксплуатации МФПП. Наряду с сокращением затрат на сокращение линейных размеров конструкции МФПП основным критерием оптимизации является минимизация затрат на изготовление:
1. Изменена форма поперечного сечения плашки на эллиптическую в связи со сложностью изготовления и обеспечения уплотнения в местах перехода от плоской к цилиндрической поверхности в первоначальной конструкции. В результате проведенных исследований было выявлено, что оптимальное соотношение полуосей эллипса, образующего наружную поверхность плашки для обеспечения среза КБТ, находится в диапазоне 2,4>а/Ь>2,0 (рис. 1, 2(а)). Указанное соотношение определено, исходя из необходимости обеспечения минимальных вертикальных размеров (исключен интервал 1 ,9>а/Ь>1 ,0) и обеспечения расположения всех необходимых элементов плашки (исключен интервал 3,0>а/Ь>2,5).
Конструкция плашки представлена на рис. 2.
2. Изменена форма поперечного сечения основной поршневой части привода плашки на цилиндрическую, что позволяет улучшить распределение нагрузок во фланцевых соединениях «корпус/крышка» и «гильза/крышка» без оказания влияния на линейные размеры стволовой части ПВО (рис. 2 (Ь)).
3. Плашка выполняется сборной для повышения удобства перевода МФПП на другой типоразмер бурильных труб (рис. 2 (с)).
4. Добавлено отверстие в гильзе со стороны фланцевого соединения, позволяющее задействовать дополнительную поршневую поверхность для создания усилия, перемещающего плашку в положение «открыто» (рис. 2
5. Изменены условия расположения плашки внутри корпуса в связи с необходимостью снижения сил трения, препятствующих перемещению плашки под действующим в станции гидропривода давлением. Было решено обеспечить
требуемые зазоры и добавить соответствующие характеру сопрягаемых поверхностей уплотнения (рис. 3).
6. Проверка целесообразности использования механизма, фиксирующего плашку, где в качестве рабочего органа используется эластичный элемент, показала, что усилия, размыкающие плашку в режиме уплотнения бурильных труб, превосходят возможности фиксирующего механизма. В результате чего было ре-
Рис. 3. Особенности конструкции МФПП
Рис. 4. МФПП. Срез бурильной колонны
шено возложить предотвращение размыкания плашек на систему гидропривода. В то время как фиксирование плашки, герметизирующей устье в условиях отсутствия в скважине колонны бурильных труб, не представляется необходимым ввиду отсутствия сдвигающих с места плашку усилий.
В ходе описания функциональной возможности использования МФПП в качестве срезного превентора было представлено недостаточное информации [2], что поставило под сомнение способность МФПП перерезать бурильную колонну.
На срезе бурильной колонны (рис. 4) показано, как работает механизм:
1. Рабочая жидкость поступает по каналу 1 в полости А1 и А2, вынуждая плашку двигаться в сторону второй плашки. Одновременно с этим из сообщающихся полостей А3 и А4 рабочая жидкость сливается в бак по каналу 2.
2. Плашка захватывает бурильную трубу и прижимает ее к противоположной стороне проходного канала.
47
щ
инструмент и оборудование
Рис. 5. МФПП 280х70
3. Под действием давления, развиваемого станцией гидропривода, плашка деформирует бурильную трубу, прижимая ее тело к режущим кромкам нижнего ножа плашки и нижнего ножа, установленного в корпусе.
4. Происходит срез бурильной колонны в нижней части и сброс бурильной колонны на забой.
5. В случае если верхняя часть бурильной колонны не покинула область прохода плашки за счет сил инерции, вызванных ослаблением натяжения талевого каната, происходит срез в верхней части, а вырезанный элемент размещается в цилиндрической полости, образованной плашками.
Конструкция плашечного превентора по типу МФПП 280х70 изображена на рис. 5.
Проведенные мероприятия по устранению недостатков позволяют утверждать, что обновленный МФПП работоспособен.
Литература
1. Пущаев С.Н., Макушкин Д.О. Патент на изобретение №2411345. Плашечный превен-тор. Опубликовано 10.02.2011. бюлл. №4.
2. Макушкин Д.О., Пущаев С.Н. Многофункциональный плашечный превентор // Бурение и нефть. 2010. № 7 - 8.
3. ГОСТ 13862-90 «Проти-вовыбросовое оборудование. Типовые схемы, основные параметры и технические требования к конструкции».
4. ГОСТ 27743-88 «Противовыбросовое оборудование. Общие технические требования».
5. ГОСТ 28919-91 «Фланцевые соединения устьевого оборудования. Типы, основные параметры и размеры». ■
Ключевые слова: скважина, противовыбросовое оборудование (ПВО), типовые схемы компоновки ПВО;
превенторныи
блок; многофункциональный плашечный превентор (МФПП), бурильная колонна
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.