Шаровые краны. Назначение, устройство и требования к ним
Шаровые краны предназначены для герметизации полости труб при газонефтеводопроявлениях и открытых фонтанов. При вскрытии коллекторов в скважинах с возможным ГНВП на устье необходимо иметь два шаровых крана. Один шаровой кран устанавливается между рабочей трубой и её предохранительным переводником, второй является запасным.
При вскрытии газовых пластов с аномально высоким давлением, сероводородсодержащих горизонтов на буровой должно быть три крана. Один шаровой кран устанавливается между рабочей трубой и вертлюгом, второй – между трубой и предохранительным переводником, третий – запасной.
Все шаровые краны должны находится в открытом состоянии, окрашены в красный цвет и иметь присоединительные размеры, соответствующие колонне труб, спущенных в скважину.
Промышленностью выпускаются шаровые краны с шифрами КШ; КШН; КШВ; КШВН; КШЦ и др.
Конструкция крана шарового цапфового КШЦ – 178 представлена на рис. 26. Кран шаровой состоит из корпуса 2, внутри которого размещены два стакана: верхний 4 и нижний 8. В стаканах устанавливаются две тарельчатые пружины 7 и два седла 1. Между двух сёдел зажимается непосредственно сам шар 3. Шар имеет сквозное цилиндрическое отверстие и две проточки – "полочки" образующие цапфы, которые входят в отверстия, выполненные на стыке двух стаканов. Одна из цапф имеет паз, который входит в кулачковое зацепление с муфтой 6 (узел управления шаром). Другая цапфа входит в контакт с сегментом, установленным в отверстии стакана и ограничивающим поворот шара только до 900. Для поворота шара на "открытие" или "закрытие" заводом поставляется специальный ключ 16 для управления шаром. Вставив ключ в квадратное (или шестигранное) отверстие 14, чтобы закрыть шаровой кран необходимо повернуть ключ на 900 по часовой стрелке. Для открытия проходного канала крана ключ поворачивается "влево" против часовой стрелки на 900. Усилие на ключе, при поворачивании шара, регулируется прижимной гайкой 5 и должно составлять 15 – 20 кгс·м. Ключ управления шаром должен находится на видном, легкодоступном месте. Каждый член бригады должен знать местонахождение специального ключа для шарового крана.
Каждый шаровой кран должен иметь технический паспорт завода – изготовителя, Акт опрессовки на рабочее давление, которое проводится не реже одного раза в 6 месяцев и Акт о проведении дефектоскопии не реже одного раза в 12 месяцев.
Обслуживание шарового крана состоит в том, чтобы не реже одного раза в неделю проверять легкость "открытия – закрытия" шарового запорного узла с усилием на ключе 15 – 20 кгс·м, а также вести учёт времени нахождения шарового крана в компоновке колонны при бурении и промывки. При наработке часов шарового крана близкого к моторесурсу (согласно технического паспорта) шаровой кран передают службе главного механика, получая взамен новый шаровой кран. Шаровые краны, бывшие в работе при ликвидации ГНВП, также сдают на ревизию.
Чтобы открыть шаровой кран, находящийся под давлением, рекомендуется после монтажа нагнетательной линии с насосным агрегатом ступенчато поднимать давление над шаром, каждый раз на 25 кгс/см2 и проворачивать шаровой запорный механизм специальным ключом на "открытие".
Чтобы упростить процедуру по открытию шарового крана находящегося под давлением, Волгоградский завод буровой техники выпустил опытную партию шаровых кранов с системы выравнивания давлений над и под шаровым запорным механизмом. Система выравнивания давлений была выполнена в виде миниатюрного перепускного клапана, установленного в корпусе шарового крана, который каналами в корпусе сообщал полость под шаром с полостью над шаром. Поворотом ключа перепускной клапан "открывался", полости сообщались, давление выравнивалось, и шаровой запорный механизм легко открывался с усилием 15 – 20 кгс·м. Однако, в промысловых условиях, система выравнивания давления не функционировала, так как перепускные каналы диаметрами 3 мм (ограничение толщиной стенок корпуса шарового крана), очень быстро "забивались" буровым раствором.
Обратные клапана
Помимо шаровых кранов на устье скважины необходимо иметь два обратных клапана с приспособлением для установки их в открытом положении. Один клапан является рабочим, второй – резервным.
Обратные клапана, также как и шаровые краны, предназначены для герметизации полости труб при газонефтеводопроявлениях и открытых фонтанах. В отличии от шаровых кранов обратные клапана обеспечивают только прямую промывку. Это один из недостатков обратных клапанов. В то же время, при ликвидации газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов, обратные клапана позволяют спускать колонну труб под давлением с загерметизированным устьем при установке их в компоновку.
На практике широкое распространение получили обратные клапана КОБ и КОБТ, представленные на рис. 27 и 28.
Клапан КОБТ выполнен в виде корпуса 1 с присоединительными резьбами и седлом под тарелку 2 в нижней части корпуса. Во внутренней полости корпуса выполнена метрическая, цилиндрическая резьба, в которую вворачивается направляющее гнездо 3 с циркуляционными каналами. В центральное отверстие направляющего канала устанавливается витая пружина 4 и заводится шток 5 с резьбой в верхней части и тарелкой 2 в нижней части. На шток устанавливается шайба 6 и наворачивается гайка 7, которая начинает сжимать пружину 4. Пружина, пытаясь выпрямиться, прижимает тарелку к седлу корпуса, исключая, тем самым, обратную промывку.
Отличительная особенность клапана КОБ состоит в том, что седло находится в средней части корпуса 1, а сам клапан, как бы, перевёрнут. Сам клапан 2 конусовидный и сменный, и наворачивается на шток 5 по резьбе. В нижней части клапан армирован резиной, обеспечивая уплотнение типа "резина – металл". Направляющее гнездо 3 удерживается прижимной гайкой 8.
Один из недостатков обратных клапанов этой конструкции состоит в том, что они требуют специальное приспособление, обеспечивающее наворачивание обратных клапанов в открытом положении при герметизации устья скважины с переливом через трубы. Следующий недостаток заключается в том, что после герметизации устья скважины при ГНВП необходимо через 10 – 15 минут зафиксировать давление в полости колонны труб, а для этого необходимо иметь ещё одно приспособление, позволяющее открыть клапан, находящийся под давлением, и замерить давление в трубах.
Эти недостатки устранены в конструкции обратного клапана представленного на рис. 29, опытный образец которого был разработан Волгоградским заводом буровой техники. В корпус клапана 1 устанавливается направляющее гнездо 9 с пружиной 7. В направляющее гнездо заводится шток 8 с клапаном 5 и затем сменное седло 6. В корпусе, над седлом, выполнено сквозное отверстие, в которое на монтажных втулках 4, устанавливается валик 3 с кулачком 2. В торце валика имеется шестигранное отверстие под специальный ключ (такой же, как у шаровых кранов). В положении, когда обратный клапан "закрыт", можно осуществить только прямую промывку. Чтобы "открыть" клапан необходимо вставить специальный ключ в шестигранное отверстие валика и провернуть его на 900. Кулачок 2, "набегая" своей вершиной на клапан 5, отодвинет его от седла 6 и зафиксирует в положение "открыто". В открытом положении можно осуществлять как прямую, так и обратную промывки.
Чтобы открыть обратный клапан, находящийся под давлением, например 150 кгс/см2, необходимо, после монтажа нагнетательной лини с насосным агрегатом, поднять давление до момента открытия клапана (по манометру на нагнетательной линии), а затем ключом провернуть валик на 900.