ОБВЯЗКА ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ

Полезная модель относится к фонтанной арматуре глубоководной добычи нефти и газа и, в частности, к усовершенствованию системы управления флюидом и устройству фонтанной арматуры, обеспечивающему уменьшения общего веса фонтанной арматуры, унификации и снижения трудоемкости изготовления и производства проводимых работ по ее сборке и эксплуатации.
Фонтанная арматура устанавливается на устьевую головку скважины под водой для обеспечения обслуживания добычи скважинных флюидов. Обвязка фонтанной арматуры в составе фонтанной арматуры обеспечивает управление потоком флюида с помощью установленных в ней задвижек, дросселей, различных датчиков и системы трубопроводов. Также обвязка  фонтанной арматуры обеспечивает профилактические и ремонтные работы устьевой скважины.
В настоящее время практика и развитие производства подводной фонтанной арматуры идет по пути создания крупноблочных элементов, таких как клапанные блоки, которые включают в себя монтаж максимального числа различных задвижек, датчиков, разъемов, как гидравлических, так и электрических. Данный факт привел к увеличению веса, как основного клапанного блока, так и вспомогательных клапанных блоков и как следствие увеличения общего веса фонтанной арматуры вследствие чего привело к созданию больших трудностей с транспортировкой фонтанной арматуры на буровую установку по составным частям, а затем необходимостью проведения дополнительных сборок на буровых установках и проведению дополнительных испытаний перед опусканием фонтанной арматуры на устьевую скважину под воду.
Общий вес фонтанной арматуры ограничивается грузоподъемностью средств самой буровой установки при осуществлении добычи скважинных флюидов в морских условиях.
Также при разработке технологической подготовки производства изделий фонтанной арматуры и самого производства возникают огромные трудности в сложности механической обработки на металлорежущем станочном оборудовании повышенной грузоподъемности и цеховых средств грузоподъемных механизмов на всех этапах от заготовки до готовых изделий. Необходимость применения высокоточного крупногабаритного металлообрабатывающего оборудования и средств технического контроля, что существенно удорожает себестоимость изготовления фонтанной арматуры и процессов сборки и испытаний.
Например, применение только шиберных задвижек без промышленного корпуса влечет за собой не только трудности изготовления соответствующего места в клапанном блоке с повышенными допусками на поверхности соединения, но и проведение дополнительных гидравлических испытаний, что существенно сказывается на себестоимость и сроки проведения работ. А получение крупногабаритных заготовок фонтанной арматуры, которые также требуют применение уникального металлургического и кузнечнопрессового оборудования, на использования которого существуют огромные очереди из соответствующих заказов, что увеличивает себестоимость и производственный цикл изделий фонтанной арматуры.
Следует отметить, что в мире существует несколько компаний-производителей подводного добычного оборудования. Это FMC Kongsberg Subsea AS, Aker Solutions, GE Vetco Gray, Cameron.
GE Vetco Gray является ведущей компанией по концепции устройства фонтанной арматуры.
(Ветко Грей Инк. (US)) № 0002505664 от 27.01.2014 сформулировал модульную систему компоновки ФА, которая обеспечивает уменьшение веса груза в процессе транспортировки составных частей фонтанной арматуры от баржи к буровой установке.
Узел фонтанной арматуры может содержать три модуля, к которым относятся верхний модуль, нижний модуль и дроссельный мостовой модуль. В одном из вариантов выполнение верхнего модуля фонтанной арматуры содержит трубную головку фонтанной арматуры, а нижний модуль фонтанной арматуры содержит систему наведения и средства для присоединения трубопроводов к внутрипромысловой инфраструктуре, а дроссельный мостовой модуль содержит дроссель и измерительный мост, обеспечивающий соединение всех трех компонентов.
Однако обычный подводный узел устьевой головки содержит корпус устьевой головки, который поддерживает одну или несколько подвесок обсадных колонн, расположенных на верхних концах труб указанной колонны, проходящей в скважину. Фонтанную арматуру устанавливают на устьевую головку для контроля получения скважинных флюидов. Обычно на фонтанной арматуре расположен дроссель и задвижки, обеспечивающие управление потоком, а также датчики, обеспечивающие контроль расхода потока.
При этом фонтанная арматура является громоздкой и очень тяжелой. Прежде чем установить арматуру на дно моря, ее необходимо доставить к морской буровой установке и поднять на платформу указанной установки. Размер и вес арматуры делают сложным ее подъем с транспортной баржи на буровую установку. Для обеспечения подъема еще более крупногабаритной фонтанной арматуры на буровую установку арматуру нужно разобрать на составные части, а затем снова собрать и провести повторные испытания перед развертыванием.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению можно отнести патент на изобретение США № US 20090294131 A1 от 30.12.2009. В указанном техническом решении в фонтанной арматуре все задвижки вынесены в отдельный блок, который базируется на стволе фонтанной арматуры и крепится к нему механическим способом. Указанное техническое решение отражено на фигурах к патенту. Данное техническое решение позволило разгрузить корпус ствола, но не снизило общую массу фонтанной арматуры, так как нагрузка только распределилась. В остальном компания Vetco Gray INC придерживается модульности в построении фонтанной арматуры в целом и применение задвижек без заводских корпусов.
Технической проблемой является создание обвязки фонтанной арматуры, которая может быть использована в глубоководной добыче скважинных флюидов.
Технический результат заключается в снижении общего веса фонтанной арматуры и снижения трудоемкости изготовления и производства проводимых работ по сборке фонтанной арматуры  и эксплуатации, при реализации всех функциональных задач при отсутствии общего массивного корпуса блока.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в обвязке фонтанной арматуры главная эксплуатационная задвижка и эксплуатационная боковая задвижка в совокупности с перепускным клапаном соединены с выкидной линией скважины посредством фланца и патрубка, стволовая, циркуляционная и задвижка доступа соединены с затрубным и кольцевым пространством, включающим в себя ветку затрубного пространства, указанные элементы вынесены за пределы стволового корпуса, при этом задвижки иного назначения выполнены в заводском корпусном исполнении с концевыми патрубками под приварку.
На фиг. 1 представлен общий вид обвязки фонтанной арматуры, где 1 - стволовой корпус фонтанной арматуры (ФА); 2 - соединительная муфта (СМ); 3 - устьевая головка; 4 - фланец; 5 - патрубок; 6 - главная эксплуатационная задвижка PMV 5 1/8; 7 - отвод; 8 - эксплуатационная боковая задвижка PWV 5 1/8; 9 - фланец датчика; 10 - крестовина; 11 - клапан перепускной линии; 12 - датчик давления и температуры; 13 - фланец за трубного пространства; 14 - стволовая задвижка; 15 - циркуляционная задвижка; 16 - перепускная линия; 17 - задвижка доступа к каналу кольцевого пространства; 18 - выкидная линия.
Решающие все функциональные задачи без общего массивного корпуса блока, обеспечивают уменьшение общего веса обвязки фонтанной арматуры и соответственно фонтанной арматуры в целом. Распределения в пространстве фонтанной арматуры, унификации применения покупных изделий в заводском корпусном исполнении с патрубками под приварку обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и производства проводимых работ по ее сборке и эксплуатации.
Движение и управления потоками флюида обеспечивается по средством изделий трубопровода, патрубок 5, отвод 7 и крестовины 10, которые обеспечивают перемещение флюида по необходимому маршруту, согласно технологического процесса эксплуатации.
При управлении выкидной линией 18 обвязки фонтанной арматуры, которая обеспечивает пропуск флюида к штуцерному модулю с помощью главной эксплуатационной задвижки 6, эксплуатационной боковой задвижки 8. Задвижка доступа к каналу кольцевого пространства 17 используется при направлении флюида в кольцевое пространство через перепускную линию 16. Стволовая задвижка 14 и циркуляционная задвижка 15 обеспечивают доступ флюида к затрубному пространству. Технологии ремонта, восстановления и профилактики работы по обслуживанию устьевой головки обеспечиваются этим же набором задвижек, которые открываются или закрываются в нужной последовательности реализуются согласно необходимым алгоритмам и программам.
Все унифицированные (покупные) изделия задвижек применяются в корпусном (заводском) исполнении с концевыми патрубками под приварку. Различные датчики 12 посредством фланцев 9 соединяются с трубной системой и обеспечивают систему управления необходимой информацией.
Система трубопроводов и стволовой корпус фонтанной арматуры выполнены из материала Super Duplex (супер-дуплекс), который не требует наплавки Inconel 625 внутренних поверхностей каналов, соприкасающимися с флюидом, что также намного сократит время технологического цикла изготовления и не потребуется дорогостоящее оборудование наплавки, не потребуется время на термообработку и последующую механическую обработку.
Наплавка очень трудоемкая технологическая операция, как в ее производстве, так и в контроле. Ее долговечность работы в условиях глубоководного морского использования до 30 лет также проблематична и требует постоянного контроля через 5 лет, как показала практика, что ведет к дополнительным подъемам фонтанной арматуры на поверхность моря и транспортировки на берег, где в производственных условиях проверяют качество наплавки возможность продолжения ее дальнейшей эксплуатации или проведения ремонтных работ. Исключение вышеуказанных технологий также сокращает время изготовления и существенно сокращает общие затраты.
Сталь Super Duрlex - нержавеющая сталь, которая относится к группе «суперсталей». Такая сталь пригодна даже для эксплуатации в открытом космосе. Главное отличие, которым характеризуется супердуплексная сталь - большой процент хрома и молибдена в химическом составе. Из-за этого на нее практически не оказывают воздействие кислоты и щелочи, например, супердуплексная нержавеющая сталь абсолютно невосприимчива к хлоридам. Повышенное содержание легирующих элементов наделил сталь рядом характеристик: еще более повышенной устойчивостью к коррозии, механической прочностью, превосходящей прочность дуплексных сталей, устойчивостью к коррозионным процессам.
Главные причины повышенного производства дуплесных и супердуплексных сталей - усовершенствование технологии регулирования содержания азота в сталях, дефицит никеля, который спровоцировал рост стоимости аустенитных сталей и активное строительство нефтяных платформ и вышек, которые нуждаются в сталях с повышенной устойчивостью к коррозии в морской соленой воде. (https://emk24.ru/wiki/spetsialnye_stali/stali_duplex_i_super_duplex_osobennosti_i_preimushchestva_6990511/)
Таким образом, в предлагаемой конструкции из состава деталей обвязки фонтанной арматуры исключены так называемые клапанные блоки, имеющие сконцентрированный огромный вес. Их заменила развитая система трубопроводов, задвижек, датчиков и других необходимых элементов управления, показанная на фиг. 1.