автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Оптимизация параметров и совершенствование предохранительных клапанов-отсекателей для высокодебитных скважин

1.ЮСК02СХИЛ ОРДЕНА. ОКГЯЕРЬСНМ РЕВОЖЩИ К ОРДЗЫА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА имени И.М.ГУ5СЕА

На правах рухопз с:;

УДК 622.279.5.05 УДК 622.276.057 УДК 622.24

ДЕЩШЕР АДОЛЫ КСААКОВйЧ

ОЛПШЗДШ ПАРАШРОВ И С0БЕИ1ЕКСТВ03АН1Е ПРЕДОХРАШГШШЩ ШПАЕ0В-0ТШ{АТШЕ1 ДЛЯ МЮКОДЕШШХ СКВА2Ш

Специальность 05.04.07 - Ь'ашяны и агрегаты неатяной а

газовой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 1990

Рабата, ьыполнена во Всесоюзном научно-производственном сбъ-^нении " Союзтурбогаз" ( г. Харьков)

-.г.учнь:й руководитель:

доктор технических наук,профессор, заслуженный изобретатель АзССР ЗАЙЦЕВ Ю.В.

и; канальные оппонент:

доктор технических наук, профессор МКРТИЧАН Я. С.

кандидат технических наук ИВАНОВСКИЙ Н.Ф.

ведущая организация:

Всесоюзное производственное объединение "Уренгойгазпроы"

Защита диссертации состоится "13" ноября 1990 года в 15 часов на заседании специализированного совета Д 053.27.03, при Московском институте нефти и газа имени М.«Л. Губкина по адресу: 117917, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, 65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке вМНГ имени И.й. Губкина

Автореферат разослан " 3 « Р/Рп -I Ур А-юэо г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук Л_ Л.Н.

ОНДАЯ ХАРАКТЕГОСГИКА РШ)ТЫ

Актуальность работы. Промышленная разработка высокопродуктивных нефтяных и газовых месторождений в Западной Сибири, Прикаспийской низменности, Средней Азии, на ыорском шельфе и других регионах страны ведёт к стабильному росту эксплуатационного фонда газовых а яефтяннх скванан.

Зколоигзвскгя защита оздугаздей среды и проблема гражданской оборонн - это те дэакторн, которые сразят серьёзные задачи но обеспеченна безопасности и совершенствованию систем контроля при фонтанной добыче нефти я газа. Первостепенное значение приобретает предотвращение отбытого Эоктанирования при эксплуатации высокодебатннх скважин. Особо актуален этот вопрос на месторозде-ниях, где бурение и эксплуатация ведутся одновременно кустовым способом, на ксрсетх платформах.

С этой целью с середины 70-х годов на нефтегазознх промыслах страны широко внедряются автозошие и управляемые с поверхности предохранительные кяапанн-огсекатели (КО), входящие в состав комплексов сквашлного оборудования.

Существуйте отечественные и зарубежные конструкции азтоном-ных и управляемых КО не обеспечивают эффективную завдту высокоде-бигннх сквазин вследствие значительных перепадов давления на калиброванном штуцере, невысокой точности настройки клапанов на закрытие при существующем ступенчатом регулировании, слоаяости и ненадёжности систем гидроуправления- Кроме того, в практике эксплуатация имеет место случаи преждевременного или ложного закрытия КО в сквакинах, что объясняется отсутствием исследований условий, при которых происходит юс 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. Цель® настоящей работы является повышение эффективности автономных и управляемых КО в условиях эксплуатации высо-кодебитных скваннн на основе оптимизации их параметров и совершенствования конструкций.

Для достзаения поставленной цели в таборе •решены следтан гое оснозние задача:

1. Анализ научно-технической и патентно-лицензионной литературы л обобщение результатов теоретических н экспериментальных работ в области исследования и создания предохранительных КО.

2. Исследование кинематики и геометрических соотношений захлопочных и шаровых КО, их работоспособности с учётом стендовых условий и на действующих скзазинах. Разработка усовершенствованного расчёта по выбору рекшных параметров в настройке автономиях КО при широком внедрении на отдельном ыесторокдещш.

3. Выбор и оптимизация параметров автонооных КО с пзазнон настро2кой на закрытие, разработки методик их расчёта.

4. Совершенствование и разработка размерного ряда автономных КО с увеличенным проходом дач ЕЫсокодебиткнх сквагин.

5. Исследование а разработка систем управления КО с помощью механической гибкой связи, оптимизация параметров наземного блока управления и подземного исполнительного механизма.

6. Уточнение формул момента трения и инерции иароянх затворов КО. Экспериментальное исследование момента трения парового затвора с геометрическими соотношения:® управляемых КО.

7. Опытно-прошшюнная 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 заоопочшх и шаровых затворов и их геометрические соотношения определены аналитически. Оптимизация параметров автоно:,<ных КО выполнена графо-аналитическим методом.

Уточнение формулы момента трения шарового затвора управляемых КО выполнено приближённым математическим иетодоы - разложением подинтегрального выражения в степенной ряд Тейлора.

Разработка новых технических решений выполнена на уровне изобретений.

Обоснованность и достоверность выдвинутых полосешг2 подтвар-Едекы необходимым объёмом экспериментальных данннх,^ полученных в результате стендовых и промысловых испытаний натурных образцов КО.

Достоверность.методических рекомендаций по расчёту и назначению оптимальных параметров КО подтверждены кошфетнш.ш расчётами

л примерами повышения эффективности работы опытных образцов в :внсакодабитнюс скважинах.

Научная новизна. Подучены полуэшшряческие формулы махси-•мальных доходных сечений захлопочных и шаровых КО, а такие аналитическая ¡зависимость проходного сечения шарового затвора от •утла поворота шара.

Выявлена взаимосвязь длины хода подвижного звена, зквива-• лента проходного сечения и коэффициента гидравлического сопротивления - параметров, определяющих условия закрытия автономных КО и выбор оптимального коэффициента безопасности сквазшны.

Разработана методика расчёта и проектирования автоношого КО с увеличенным проходом и плавныл регулированием на закрытие для высокодебитЕНх сквагин.

Оптимизирована методика определения реяимных параметров и настройки автономных КО в условиях широкого внедрения на отдельном местороядеяяи.

Предложена систем управления КО с помощью механической гибкой связи. Исследованы н определены условия работы системы, разработана методика расчёта параметров блока управления и подземного исполнительного механизма.

Теоретически уточнена и подтверждена экспериментально полу-эшшрическая формула момента трения шарового затвора с геометрическими соотношениями характерный для управляемых КО.

Разработаны на уровне изобретений новые консцруктавные решения автономного (а.с.535413) и управляемых КО (а.с.621863, 659728).

Практическая ценность. Создана конструкция автономного клапана для высокодебитных сквааин (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 Еомограшы, по которым осуществляется плавная настройка клапанов на эдитический дебит закрытия скважин.

Разработаны системы управляемых КО с помощью механической гибкой сачзи' (а.с.621663, 659728) для месторождений, где бурение и эксплуатация ведутся одновременно кустовым способом.

Предлокены формулы для определения моментов трения и инерции шароЕЫх затворов, имеющих практическую ценность при проектировании и расчётах КО.

Реализация результатов "работы. По результатам црозеденннх исследований разработаны, испытаны и внедрены в серийное производство клапаны-отсекатели: КО-89, входящий в состав комплекса скзагпкного оборудования К0С89/Г68-35, и KO-I68, входящей з сос- -тав комплекса KC0I68/2I9-2I. Комплексы выпускаются серийно соответственно Зягородскш экспериментальный заводом газотранспортных турбоустановок по ТУ 51-338-87 и малшностроительныл заводом ш.й.Дзернинского (г.Баку) по ТУ" 51-402-88. На 01.07.90 указан-шш заводами в общей сложности выпущено свыше 550 когжяекеов, которые успешо эксплуатируются на Уренгойском и Яабургсшл месторождениях.

Экономический эффект от внедрения одного КО-89 составляем 2,32 тыс.руб., K0-I68 - 3,38 тыс.руб.

Апробашя работы. Основные результаты работ доложены, od-сувдены и одобрены на заседаниях научно-технических советов: АЗИНЫАШа (1978 - 1984 г.г., г.Баку); ПО "НлЕневартовскнейтегаз" (1980 - 1984 г.г., г.Никневартовск); ВШО "Сотатурбогаз" (1989 г., г.Харьков).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе, 8 статей и 6 авторских сввдеиельств.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 75 наименований и II приложений. Работа изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 15 таблиц.

СОДЕЕЕАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена её цель, отмечена новизна в решении поставленных задач.

В первой главе проведен аналитический обзор существующих отечественных и зарубежных внутрисквалинных предохранительных систем, дан подробный анализ конструкций автономных и управляемых КО.

Существенный вклад в разработку и совершенствование внут-рисквакинных предохранительных систем внесли отечественные учёные и конструкторы: Асфандаяров I.A., Валиханов A.B., Вахитов Г.Г., ГргШфзр В. И., Дяафаров Ы.Т., Доброскок Б.Е., Зайцев Ю.В., Казка-зов А.Е., Карапетов А.К., Краснобаев A.B., Кроль B.C., Иаксу-тов P.A., Нелепчекко В.М., Орудаев С.А., Зфевдпев 0.11. и другие.

Проведенный анализ позволил в целях систематизации классифицировать эту новую область нейгегазопромыелового оборудования: по принципу действия, исполнению, способу управления, конструкции затворов в другим признакам.

Выявлено, что автономные и управляемые КО являются устройства:,ш сугубо предохранительными и ни в коем случае не долзны выполнять Функции регулятора давления или дебита сквандны. Устанавливаются они на определёной глубине в лифтовых трубах и предназначены для автоматического или управлением с поверхности перекрытия их при аварийной ситуации или нарушении нормального технологического резиыа работы фонтанной скважины.

Проанализирована кинематика затворов КО, выявлены яреиму-. щества и недостатки типовых конструкций, нашедших практическое применение: шаровых, захлопочных, тарельчатых, гильзовых. Сделан вывод о том, что конструктивное оформление затвора определяет два важных показателя КО - максимальный проход с целью получения минимальных перепадов давления на нём и качество герметизации, определяющее его надёжность в целом. Показано, что практически все конструкции затворов, как отечественные,' так и зарубежные ведущих фирйГ "Сатсо", "£>¿¿5", п3а&е2\ не являются самоустанавли-ваицимися вследствие целого ряда кинематических связей, налагаемых на пару "запорный орган - седло", и, тем самым, ограничивающих степени свободы затвора. Это снижает надёжность герметизации клапана.

Настройка автономных КО на критический дебит закрытия производится с помощью сменного калиброванного штуцера и прузнны сжатия. Небольшие прохода штуцеров автономных КО ведут к значительным потерям давления при работе в высокодебитных скважинах, а зачастую вообще не позволяют их применять во избежание преждевременного закрытия. Кроме того, существующие конструкции КО имеют ступенчатое регулирование, что значительно снижает точность настройки клапанов.

Рассмотрены типовые схемы дистанционно управляемых КО, у которых в качестве контрольного управляющего гидравлического трубопровода применяют цельные безмуфтовые трубки. Управляемые КО тлеют ряд существенных недостатков:

- необходимость поддержания постоянного давления в контрольной линии и камере подземного исполнительного механизма;

- возможное повреждение тонкостенной управляющей трубки

при синхронном спуске в сквазину вместе с колонной лифтовых труб;

- наличие недвияущейся "мёртвой" кидкости в контрольной линии, что осложняет эксплуатацию системы при отрицательных температурах округаыцей среда.

Б этом £е разделе приведен краткий анализ канатной техники, используемой при эксплуатации КО. Выделена и рассмотрена типовая схема гидравлического ясса, выполняющего ударные нагрузки "вверх" для посадки и съёма КО.

Рассмотрение; различных технических решений позволило сделать вывод о том, что обеспечение эффективной защиты васокодебитшх сквагшн лежит на путях оптимизации параметров и кардинального совершенствования конструкций КО.

Анализ таше показал, что в научно-технической,литературе недостаточно освещены вопросы, связанные с работоспособностью КО, и с учётом этого конкретизируются задачи дальнейших исследований.

Вторая глава посвящена исследованию влияния ренишых и конструктивных параметров на работоспособность автономных КО и их оптидазации в условиях плавкого регулирования.

Выявлено, что в современных' конструкциях КО применят: два вида затворов - шаровые и захлопочные. Были определены геометрические соотношения элементов этих затворов и получены эмпирические формулы проходных сечений клапанов:

5. - толщина стенр калиброванного штуцера захлопочного затвора; и - радиальный зазор мезду шаром и внутренней поверхностью кармана. Сравнение формул показало, что по критерию максимальных проходных сечений КО о захлопочными и шаровыми затворами эквивалентны.

В то же время кинематика этих затворов принципиально различна. Проход в захл од очном затворе представляет собой диаметр калиброванного штуцера и является величиной постоянной при расчёте критического перепада давления. Проход в шаровом затворе также определяется диаметром штуцера, но при расчёте он не монет быть принят за постоянную величину. Это происходит потолу, что шар совершает сложное двикение - поступательное вдоль 'оси клапана

и вращательное относительно своего центра. При этом шар изменяет проход в седле, который в определённый момент монет стать эквивалентно меньше прохода в штуцера и тогда критический перепад давления возникает на садам шаре, превышая величину перепада ва штуцере. Зависимость изменения проходного сечения шарового затвора от утла поворота шара била получена аналитическим путей:

5 = jf |УагссофЯ _ 0Шагссо*(±Щ(исоМ)

где: CÍ - Диаметр прохода шарового затвора; ^ - угол поворота шара. На основе полученной форлулы разработана номограмма (рзс.1), которая позволяет определить длину хода шарового затвора, эквивалент проходного сечения и соответственно коэффициент гидравлического сопротивления в зависимости от угла поворота шара. Еомо-граша даёт возможность оптимизировать условия закрытия КО и определить оптимальный коэффициент безопасности скваяин. С учётом проведенных исследований рекомендуется настраивать автономные КО с шаровым затвором с коэффициентом безопасности 10... I5/S, с зах-лопочныы - 20.. .30^. Если стоит обратная задача, при которой ко-эйэицзент безопасности задан заранее, то до 20% н стабильно:.! дебите скваяин целесообразно применять клапаны с шаровым затвором, свыше 20$ и нестабильном режиме работы сквакины рекомендуется клапаны с захлопочниа затвором.

Определены резшные и конструктивные параметры и условия закрытая первых отечественных автономных КО rana КПФ-73, разработанные АЗИШШеи. Исследования проводились в НГДУ "Нпшевар-товскнефть" иа. Ленина на стенде, установленном на коллекторе нагнетательной схваяикы, а такге на действующей фонтанной нефтяной скважине. Методика исследований заключалась в последовательной установке в клапане в различных комбинациях: сменных калиброванных штуцеров переменного диаметра: 14,3; 17,5; 19; 20,6; 22,2; 23,8; 25,2 мм. и таррированной пружины с жёсткостью 20С0Н/м. Подаагае лругняы осуществлялось ступенчато набором подкладочных: колец от 0 до 4 шт. толщиной 12,7 мм. каздое. Измерялась: объёмный расход вода, 1фятический перепад давления на штуцере и длина хода подвижного звена,по достижению которого клапан забывался. Теоретическим перепад давления на штуцере определялся по известным зависимостям:

>пр

О 1.0

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0.3 0,2 Д1

О £

1,4 1,2 1.0 0,6 0,6 0,4

а,г о

С,1 42 0,5 0,4 0,5 0,6 0,7 0,6 0,9 1,0 Ь„

Эпр

Iо

ю 20 30 40 50 60 70 60 90 У

Еас.З. Ншсираша для определения дайны хода, эквивалента ' проходного сечения коэффициента гидравлического сопротивления- иарового затвора в зависимости от угла поворота пара.

где: О - объёмный расход воды при стандартных условиях; 4 - проходное сечение калиброванного штуцера; /Г - удельный вес воды; О - ускорение свободного падения; - коэскшщиент гидравлического сопротивления; - коэффициент смягчения входа; р"Гр - проходное сечение трубы, в которую встроен клапан; $ - гсшцина стенки калиброванного штуцэра; ¿¿г ~ гидравлический диаметр проходного сечния калиброванного штуцера; Ь - расстояние от входа в штуцер до места заделки его в трубе.

Результаты проведенных исследований показали (рис.2):

1. Закрытие автономных КО соответствует расчётному графику как по перепадам давления, гак и по дебатам; причём, кривизна характеристик близка к параболическим.

2. При высоких дебатах скваяин абсолютная величина перепада давления на штуцере сравнительно велика. Так, при дебите вода 992 ы^/сут перепад давления на наибольшем штуцере диаметрам 23,8 им. достиг 0,6МПа.

3. Наибольшая относительная погрешность фактического перепада давления от расчётного составила 10,6%, что является следствием ступенчатого регулирования клапана.

4. Точность настройки клапанов с шаровым затвором, помимо исходных данных сквааины, зависит от точного знания длины хода затвора, по достижению которого начинается безусловное закрытие клапана.

5. Захлолочнне и шаровые затворы в части проходных сечений исчерпали себя и дальнейшее их увеличение с целью минимальных потерь давления на штуцере связано с кардинальным изменением конструкции КО.

На основе полученных выводов разработана новая конструкция автономного клапана для высокодебигных скважин. Два типоразмера клапана КО-89 и КО-168 пропии полный цикл исследований на стенде и промышленных испытаний на Уренгойском месторождении.

В таблице приведены сравнительные данные разработанных клапанов, из которых следует, что потери давления в предложенных клапанах снигены на 20...30?.

1000

воо А

600 400

0.1

ОХ

3 ъ

Т * Ы 5 £

-14.3

-

о, 3

ОА

Щ

0,5

О, б лР.МЛл

Б

АВСО-юна предварительного поджатия пружины о -расчетный перепад, « - сраггииеский перепад Д - расчетный поток А - «ратическии поток

Рис.2. Расчётный график закрытия автономных клапанов ШЮ-73.

'Максима- : Перепад давления

Разработчик Тип •льный ди- : на штуцере МИа

•аметр шту-: :дера,мм. : мин. макс.

фирма "Сатсо" АЗ 33,3 0,21 1,59

ВНПО "Союзтурбогаз" КО-89 40,0 0,20 1,10

СФ СКБ БШО "Ссгозгаз-

азтоматика КЗ-16В 54,0 0,25 1,00

НШО "Соштурбогаз" КО-168 65,0 0,19 0,81

Для оптимизации параметров новых клапанов разработана методика расчёта, обработанная на ЭВЛ 1,1-1030. На основе полученных результатов построена кодограмма, которая позволяет, исходя аз режимных 'параметров скважины, назначить оптимальный диаметр калиброванного штуцера и обеспечить плавную настройку клапана на закрытие (рис.3).

В третьей главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров управляемых кладаноз.

Проведено аналитическое исследование условий работы системы управления КО с помощью механической гибкой связи (МГС). Б качестве МГС применялась стальная проволока диаметром 1,8...2,5 ш. с пределом прочности 1400.. .2000Ыпа, широко используемая при исследовательских и канатных операциях на сквакинах.

Принцип действия разработанной системы состоит в создании (. в управляющем блоке на устье сквааинн определённого натяяения !ЛГС, при котором нормально закрытый шаровой клапан, встроенный в лифтовую колонну, поворачивается относительно своего центра на 90°, закручивая при этом пружину ^учения. Б открытом положении клапан удерживается в течение всего периода нормальной эксплуатации скважины. При аварийной ситуации или технологической необходимости напряжение в МГС автоматически снимается и шар под действием црузины ^учения возвращается в исходное закрытое положение и перекрывает сквазлну.

Показано, что в процессе эксплуатации [¿ГС подвержена воздействию температурного поля затрубного пространства скванины, которое влияет на величину её натяжная. С учётом этого рекомендовано снабжать МГС компенсирующей пружиной. В результате исследований получена формула догя определения её зёсткости:

9000

О 0.1 параметры скважины!

¿-относительный удельный вес ша о'с

и 7б0мм.ртхт. 1"-т£МПгРАТУРА ГА5А НАГЛУВИНе УСТАНОЬ,клапана "с

г- коэффициент сжимаемости •...........

р-дшеиие ГА5А на глуьине установки клапана, мпэ гпр-жесткость пружины, н/м «ы-диамир отверстия штуцера.км йр-критический пьрепдь шлете ни штуцере, мпа

о.г о.а о.ч

40 ГГГГГГкГИТГ'и

Д'рзий, )!->>> Л

эр > ' и I > »1«>«.1

52

5 в

У I 1 4 ч »4 »Пип

»1I 1 * 1 I»1 а в и 36 О I I >4 > 4 7 4 1 1'0"1> Б0„ >41 И 5 П I ТИП) >'' I > 4" Га.» Г

64 С 1 1 а Д »

9 и II

» 1 И к

I

Р,МПа

Рис.З. Номограмма настройки автономного клапана 0 плавным регулированием.

Г =_§£_

* ' ЯЕМТъ+Т,*Ъ+У) 1

где: £ - модуль упругости первого рода; £ - площадь сечения МГС;

температурный коэффициент; Т,,Тг, - температурные

изменения на концах МГС; £ - длина подземной ветви МГС; 2 - соответственно радиус и жёсткость пружины кручения приводного механизма клапана; % - соответственно предварительный и рабочий угол загфучиванпя пружины; [б"]р - допускаемое напряжение на растяжение материала, из которого выполнена МГС.

Проведенные исследования показали, что управление КО с помощью МГС является перспективным направлением в дальнейших разработках управляемых КО. В конце раздела приведены разработанные системы управляемых КО с помощью ЫГС (а.с.659728, 621863).

Выполнены экспериментальны^ и теоретические исследования по уточнению момента трения в шаровых затворах управляемых КО За основу была принята формула Гуревлча Д.®., широко используемая при расчётах момента трения шаровых кранов трубопроводной арматуры: ^

Мк ~ % & ¡\/£ -

где: J4k - коэффициент трения; - элементарное удельное давление на уплотняющей округлости радиусов ; Q. ~ расстояние от центра шара до диаметра уплотнения.

В приведенной формуле из-за сложности подинтехрального выражения интеграл не раскрыт, а вычислен упрощённо при допущении: вместо переменной величины принято постоянное значение -óLn<¿=J" Внесение в формулу геометрического соотношения, характерного доя шаровых затворов КО, при котором Q./Rk=1, позволило решить интеграл приближённым методом путём разложения подынтегрального выражения в степенной ряд Тейлора:

уг Ж I £

* о О о

л 4

* 1ш -------

в е

С учётом вычисленного интеграла получена полуэмпиричесхая формула момента прения с достаточной точностью для практических расчётов:

м _ 5,Ъ&М*&Р Пк ~

где: Р - давление среды, приапмавдее шар к седлу затвора. Полученная аналитически.! путём формула проверена в лабораторных условиях на экспериментальной установке. В качестве объекта эксперимента использованы специально спроектированные и изготовленные задвижки с шарознм затвором с геометрическими соот-ношенидаи КО. Задвижка Лу65, у которой = 4,8 см; Я* = 3,4 см; 1 = 0,7 ы; скшт = 2,5 с.м; и задвиака Ду80, у которойИш= 6 см;

= 4,25 см; и - I м; = 3 с:д; где: Й^, - радиус пара, К к -- радиус округлости уплотнения, X - длина поворотной рукоятки, йшг~ диаметр поворотных штоков, связанных4 с шаром. Установка была предварительно таррирована. Дрлее проводилась серия натру-жения закрытой задвижки гидравлическим давлением Р с помощью ручного насоса ТН - 500. Проверялось отсутствие утечки. Затем на рукоятке создавался крутящий момент, при котором задвижка открывалась и давление сбрасывалось. Усилие открытия задвшие-измерялось динамометром дар - 500. Полученные в результате эксперимента данные были обработаны методами, математической статистики и показали хорошее согласование с полученной формулой. Так, наибольшая погрешность по двум сериям опытов составила 2,8 и 3,3^. Момент трения, вычисленный по новой формуле при коэффициенте трения/(а = 0,1 на 21% меньше, чем по формуле Гурсви-ча Д.Ф. Таким образом экспериментально подтверждено влияние геометрического соотношения шарового затвора на момент трения.

В четвёртой главе приведены результата опнтно-конструк^ор-ских разработок в промысловых испытают'.., оценена их техшко-эконошческая эффективность.

На основе результатов исследований разработала новые конструкции автономных КО с увеличенным проходом, плавной настройкой на закрытие и высокой степенью герметизации для высокоде-битных сквашн с лотовыми трубами 89, 114, 168 мм. В составе комплексов снваяинного оборудования K0C89/I68-35 и KC0I6S/2I9--21 эти клапаны прошли промышленные испытания на Уренгойском месторождении. Для ирозеркя срабатывания настроенного клапана К0-89 на скваяине 235S аварийная ситуация иммитировалась отработкой на факел. При. этом дебит закрытия составлял 400000 нм°/сут, относительный удельниЗ вес газа - 0,72, коэййициент снимаемоста - 0,87, давление на глубине установки клапана - 20,2.'Ла, температура - 3431t. Яри отработке сквагинн на факел КО надёпно перекрыл лпштозые трубы. Аналогичные испытания проведены на сквазпне 363. Здесь триады проверялось закрытие клапана KO-I68 при етити-ческих дебитах 900000, 1000000, 1200000 нм3/сут при установленных штуцерах 54 и 52 кы. с плавным регулированием степени растяжения цруазны.

В составе указанных комплексов исштывался срезной клапан (а.с.1354697) для закрепления пакера. Срез седла произошёл при давлении 24,5Ша (расчётное 22Ша) с 6-и срезными шпильками, и при давлении 18,5.Ша (расчётное 17,5"Жа) с 5-ю срезными шпильками. В обоих случачх явление гидравлического удара характерного при запакероике не наблюдалось.

Разработана модификация срезного клапана (а.с. 1363426), позволяющая после закрепления пакера опрессовать колонну НКТ.

В НГДУ "Лраснока.мскнеть" внедрён гидравлический забойный клапан многократного действия (а.с.607957), который благодаря предварительно! регулировке обеспечивает надёлное срабатывание при заданном давлении запакеровки.

Разработаны системы управляемых КО с МГС (а.с.659728, 621Б63) которые были испытаны в НГДУ "Нишевартовскнефть" им.Ленина.

Упрощена методика расчёта автономных КО в условиях широкого внедрения на отдельной месторождении за счёгвведения коэффициента критического дебита К—£(Я,Т,Р) , где R - газовый фактор,Т,Р~ соответственно температура и давление на глубине КО. Получены значения коэффициента дая Самотлорского месторождения: для пласта "А" К= 0,58; для пласта "Б" К = 0,62.

Б заключении раздела приводится экономический эффект от внедрения новых клапанов. Для КО-89 он составляет 2,32 тыс .руб., для КО-163 - 3,38 тнс.руб. на один клапан.

Освоено серийное изготовление клапанов в составе комплексов скваашнного оборудования КОС89/168-35 на УЗЗП (г.Загород) и КС0168/219-21 на машзаводе ш.Ф.Дзерзинского (г.БаэдО. На 01.07.90. заводами в общей с-юнкоста изготовлено свыше 550 комплексов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКШЭДЦИИ:

1. На основании анализа в целях систематизации впервые разработана классификация внутрисквалинннх предозранительных систем.

2. На основании проведенных исследовании серийных автоноан ных КО на стенде и в действующих сквашнах выявлены основные причины их низкой эффективности при работе в высокодебигннх сквашнах: сравнительно больше потери давления на калиброванном штуцере; значительная погрешность фактических перепадов давления от расчётных вследствие ступенчатого регулирования клапанов; несовершенство методики расчёта шаровых КО, не учитывающих специфику кинематики затвора.

■ 3. Получена аналитическая зависимость проходного сечения шарового затвора от угла поворота шара. На основе полученной формулы разработана номограмма безразмерных величин, взаилосвязываю-шдя длину хода подвижного звена, эквивалент проходного сечения и коэффициент гидравлического сопротивления - параметры, определяющие условия закрытия шарового затвора ивыбор оптимального коэффициента безопасности скваяинн.

4. Создана новая конструкция автономного КО с увеличенным проходом, плавной настройкой на закрытие и высокой степенью герметизации, на основе которой разработан размерный ряд клапанов для высокодебзмных скваиан с лифтовыми трубами 89, 114 и 168 ш. В предложенных устройствах по сравнению с отечественными и зарубежными аналогами потери давления снижены на 20...30?.

5. Разработаны методики расчёта и иомограмш для определения оптимальных параметров автономных КО в условиях плзвной настройки на закрытие. Даны рехсоыендацяи по назначению оптимальных коэффициентов безопасности сквашн: оснащённых згхлопочны;.а II/ -- 20...30$, шаровыми КО - 10...15%.

6. Упрощена методика расчёта автономных клапанов в условиях широкого внедрения на отдельном месторождении за счёт введения коэффициента критического дебита К . Получены значения дая Самотлорского месторождения: для пласта "А" К = О,58, для -пласта "Б" К = 0,62.

7. Разработана система управляемых КО с помощью механической гибкой связи. Исследованы условия работоспособности системы, разработана методика расчёта оптимальных параметров блока управления и подземного исполнительного механизма. Даны рекомендации по применению в качестве гибкой связи стальной проволоки диаметром 1,8. ..2,5 мм. с пределом прочности 1400.. ,200СШа.

8. Получены полуэширические формулы момента трения и динамического момента инерции парового затвора с геометрическим соотношением aJRh = I. Экспериментально подтверждено влияние соотношения на снизение момента трения в затворе.

9. Промышленные испытания автономных клапанов КО-89 и. K0-I68 в составе комплексов сквакинного оборудования K0C89/I68-35 и KC0I68/2I9-2I на Уренгойском и йдбургском месторождениях показали их высокую эффективность при работе в высокодебитных скважинах.

Экономический эффект от внедрения одного клапана составляет: для КО-89 - 2,32 тыс.руб., дая K0-I68 - 3,38 тыс.руб.

Освоено серийное производство комплексов на заводе УЭЗГТ (г.Ужгород) и машзаводе им.Э.Дзерзинского (г.Баку). На 01.07.90 заводами в общей сложности изготовлено свыше 550 комплексов.

Основное содегжаниэ диссертации опубликовано в следующих •работах:

1. Ценципер А.И. Исследование глубинных внутрискважинннх автоматических клапанов-отсекателёй дая фонтанирующих скваяин. "Нефтепромысловое дело", И., ВНИИОЭНГ, 1975, JsS, с.21 - 24.

2. Ценципер А.И. К оценке затворов внутрисквазшкных предохранительных устройств. "Машины и нефтяное оборудование",

LI., ВВШОЭНГ, 1975, Ш, с.40 - 43.

3. Ценципер А.И. Выбор затвора скоростных клапанов-отсека-гелей. Тазовая промышленность", LI., Недра, 1986, 158, с.16 - 17.

4. Ценципер А.И., Краснобаев A.B., Кроль B.C. Выбор оптимальных параметров гидравлического ясса и его испытание. "1.1ашп-ны и нефтяное оборудование", М., НШОЭНГ, 1973, W, с.4 - 7.

5. Ценципер А.И., Густилин В.Г., Томашевский <5.11., Коршунов Н.П. Комплекс оборудования скваинный K0C89/I68-35. Реф. сбор.

"Доение газовых и газоковденсагных скваяин", Ы., БНИЙЭгазпром, 1988, вш.2, с. 8 - II.

6. Хаыкина Ц.А., Ценципер А.И. 1С оценке экономической эффективности разработки ивнедрения мероприятий по технике безопасности в нефтяной иро;.шшленности. Известия вузов "Нейть ,и газ", Баку, 1974, Ж2, с Л, 24.

7. Ценципер А.И., Тустилин Б.Г., Вохшнцев В.Н., Коршунов Н.П. Модернизированный комплекс сквакинного оборудования. "Газовая промышленность", Недра, Ы., 1989, М2, с.26 - 28,

8. Долгов В.Н., Казказов А.Е., Ценципер А,И. Опыт применения предохранительных клаланов-отсекагелей яа Сгмоглорском месторождении. "Нефтепромысловое дело", 1975, Js6, с.21 -24.

3. Ценципер А.1., Коновалов Г.й. Предохранительный клапан. А.С.535413, Б.И., 1976, Ш.

10. Ценципер А.И., Кдочко А.И. Гидравлический забойный клапан. A.C.I364697, Б.И., 1988, Ш.

11. Ценципер А.И., Ко'адй Е.И. Гидравлический забойный , клапана. А.С.1368426, Б.И., 1988, йЗ.

12. Казаков А.Ф., Ценципер А.И., Кавказоз А.Е. Гидрали-ческий забойный клапан. А.С.607957, Б.И., 1978, М9.

13. Казаков А.Ф., Кавказов А.Е., Ценципер А.И. Внугрнсква-кинный предохранительный клапан. А.С.621863, Б.И., 1978, Е32.

14. Арканов Ф.Г., Кавказов А.Е., Кузоваткин Р.И., Ценципер А.Г. Устройство для управления внутоисквагшнным запорным элементом.

А.С.659728, Б.И., 1979, Мб.