Введение к работе
Актуальность работы. Промышленная разработка высокопродуктивных нефтяных и газовых месторождений в Западной Сибири, Прикаспийской низменности, Средней Азии, на шрском шельфе в других регионах страна ведёт к стабильному росту эксплуатационного фонда газовых а нефтяных сюзанан.
Экологическая защита охругащев" среды и проблема гражданской оборонн - зго те фактора, которые ставят серьёзные задачи но обеспечена) безопасности и совершенствовании систем контроля при фонтанной добыче нефти и газа. Первостепенное значение приобретает предотвращение открытого фонтанирования при эксплуатации высокодебигзнх сквавин. Особо актуален этот вопрос на месторозде-ниях, где бурение и эксплуатация ведутся одновременно кустовым способом, на морских платформах.
С этой дельв с середини 70-х годов на нефтегазовых промислах страян широко внедряются автономные и управляемые с поверхности предохранительные клапакн-огсекатели (КО), входящие в состав комплексов скзашЕного оборудования.
Существующие отечественные и зарубежные конструкции автономных и управляемых КО не обеспечивают эффективную завдту высокодебигных скважин вследствие значительных перепадов давления на калиброванном штуцере, невысокой точности настройки клапанов на закрытие при существующем ступенчатом регулировании, слоаности и ненадёжности систем гидроуправления. Кроме того, в практике эксплуатации имеет место случаи преждевременного или ложного закрытия KD в сквазинах, что объясняется отсутствием исследований условий, при которых происходит их закрытие.
Вместе с тем следует отметить, что очень мало проведено научных исследований, направленных на изучение эксплуатационных характеристик и определение оптимальных параметров КО.
Поэтому вопросы исследования работы КО, оптимизации параметров и разработки методик их расчёта, а также совершенствования конструкций представляют вполне определённый научный и практический интерес.
Цель "работа. Целью настоящей работы является повышение эффективности автономных и управляемых КО в условиях эксплуатации высо-кодебитных скважин на основе оптимизации их параметров и совершенствования конструкций.
Для достзаеяия поставленной цели в тзаботе тешены слеятан гое основнне задача:
-
Анализ научно-технической и патентно-лицензионной литературы л обобщение результатов теоретических и экспериментальных работ в области исследования и создания предохранительных КО.
-
Исследование кинематики и геометрических соотношений захлопочных и шаровых КО, их работоспособности с учётом стендовых условий и на действующих сквазинах. Разработка усовершенствованного расчёта по вибору рекшных параметров и кастооііке автономних КО при широком внедрения на отдельном ыесторокдешш.
-
Выбор и оптимизация параметров автоноиных КО с гиазнон настро2кой на закрытие, разработки методик их расчёта.
-
Совершенствование и разработка размерного ряда автономных КО с увеличенным проходом для ЕЫсокодебиткых скванин.
-
Исследование з разработка систем управления КО с помощью механической гибкой связи, оптимизация параметров наземного блока управления и подземного исполнительного механизма.
-
Уточнение формул момента трения и инерции иарояых затворов КО. Экспериментальное исследование момента трения шарового затвора с геометрическими соотношениями управляемых КО.
-
Опытно-прошшленная проверка разработанных новых конструкций автономного и управляемого КО и методик их расчёта.
' Методы пешения доставленных задач. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы исследований.
Кинематические зависимости захлопочных и шаровых затворов и их геометрические соотношения определены аналитически. Оптимизация параметров автономных КО выполнена графс-анаштическим методом.
Уточнение формулы момента трения парового затвора управляемых КО выполнено приближённым математическим иетодоы - разложением подантегрального выражения в степенной ряд Тейлора.
Разработка новых технических решении выполнена на уровне изобретений.
Обоснованность и достоверность выдвинутых лолоеєний" подтвар-Едены необходимым объёмом экспериментальных данных,_ полученных в результате стендових и промысловых испытаний натурных образцов КО.
Достоверность.методических рекомендаций по расчёту и назначению оптимальных параметров КО подтверддены конкретными расчетами
л примерами повышения эффективности работы опытных образцоз в :внсокодабитных скважинах.
Научная новизна. Подучены полуэмпврические формула максимальных проходных сечений захлопочных и шаровых КО, а такне аналитическая зависимость проходного сечения шарового затвора от утла поворота шара.
Выявлена взаимосвязь длины хода подвижного звена, эквивалента проходного сечения и коэффициента гидравлического сопротивления - параметров, определяющих условия закрытия автономных КО и выбор оптимального козййадиента безопасности снвазшны.
Разработана методика расчёта и проектирования автономного КО с увеличенным проходом и плавнш регулированием на закрытие для высокодебитЕЫх сквазин.
Оптимизирована методика определения режимных параметров и настройки автономных КО в условиях широкого внедрения на отдельном месторождении.
Предложена система управления КО с помощью механической гибкой связи. Исследованы и определены условия работы системы, разработана методика расчёта параметров блока управления и подземного исполнительного механизма.
Теоретически уточнена и подтверждена экспериментально полу-Бмпирическая формула момента трения шарового затвора с геометрическими соотношениями характерный для управляемых КО.
Разработаны на уровне изобретений новые конструктивные решения автономного (а.о.535413) и управляемых КО (а.с.621863, 659728).
Практическая ценность. Создана конструкция автономного клапана для внсокодебитяых сквашш (а.с.535413) с увеличенным проходом, плавной настройкой на закрытие и высокой степенью герметизации, на основе которого разработан размерный ряд автономных КО, входящих в состаз комплексов скваяинного оборудования для лифтовых труб 73, 89, 114 а 168 мм. Для каждого типоразмера разработаны номограммы, по которым осуществляется плавная настройка клапанов на критический дебит закрытия скванин.
Разработаны системы управляемых КО с помощью механической гибкой саязи' (а.с.621663, 659728) для месторождении, где бурение и эксплуатация ведутся одновременно кустовым способом.
Предлокеяы формулы для определения моментов трения и инерции шаровых затворов, имеющих практическую ценность при проектировании и расчётах КО.
Реализация результатов "работы. По результатам прозеденннх исследований разработаны, испытаны и внедрены в серийное производство клапаны-отсекатели: КО-89, входящий в состав комплекса скззапкного оборудования К0С89/Г68-35, и К0-І68, входящей з сое- -тав комплекса КС0І68/2І9-2І. Комплексы выпускаются серийно соответственно Ужгородским экспериментальный заводом газотранспортных турбоустановок по ТУ 51-338-87 и машшостроительныд заводом ш.й.Дзернинского (г.Баку) по ТЇ" 51-402-88. На 01.07.90 указан-'ныаи заводами в общей сложности выпущено свыше 550 комплексов, которые успешно эксплуатируются на Уренгойском и Яабургсшл месторождениях.
Экономический эффект от внедрения одного КО-89 составляет. 2,32 гне.руб., К0-І68 - 3,38 тыс.руб.
Апробашя работы. Основные результаты работ доложены, об-судцены и одобрены на заседаниях научно-технических советов: АЗИИЛАШа (1978 - 1984 г.г., г.Баку); ПО "Ншшевартовскнефтегаз'' (1980 - 1984 г.г., г.Нижневартовск); ВШО "Соготурбогаз" (1989 г., г.Харьков).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе, 8 статей и 6 авторских еввдеиельсгв.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендации, списка литературы, включающего 75 наименований и II прилонаний. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 15 таблиц.
