Универсальный превентор

Универсальный превентор — это устройство противовыбросового оборудования (ПВО), предназначенное для герметизации устья скважины в процессе бурения, освоения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Он относится к классу плашечных превенторов и отличается от срезных или трубных плашек способностью перекрывать ствол скважины независимо от наличия в нём бурильной или насосно-компрессорной трубы, а также от её диаметра. Универсальный превентор обеспечивает герметизацию путём обжатия эластичного уплотнительного элемента вокруг трубы или по пустому стволу, что позволяет оперативно реагировать на газонефтеводопроявления (ГНВП) и предотвращать открытые фонтаны.

История создания

Разработка универсальных превенторов стала ответом на рост аварийности при бурении глубоких скважин в середине XX века. Первые конструкции плашечных превенторов (трубных и срезных) имели существенный недостаток: они требовали точного совмещения плашек с диаметром трубы или её полного отсутствия. В условиях частой смены компоновок низа бурильной колонны (КНБК) или при спуске обсадных колонн это создавало задержки в герметизации.

В 1960-х годах компания Cameron Iron Works (США) представила первый промышленный образец универсального превентора, работающий по принципу радиального обжатия резинового уплотнителя с помощью гидравлического поршня. В СССР аналогичные разработки велись в НПО «Бурение» (Краснодар) и на заводе «Нефтегазмаш» (Баку). К 1970-м годам универсальные превенторы стали обязательным элементом фонтанной арматуры на всех буровых установках, работающих в условиях возможного газонефтеводопроявления.

Конструкция и принцип действия

Универсальный превентор состоит из следующих основных узлов:

• Корпус — стальная литая или сварная конструкция, выдерживающая рабочее давление (обычно от 21 до 105 МПа).
• Уплотнительный элемент — эластичная вставка из маслостойкой резины или полиуретана, армированная металлическими вставками. Имеет форму кольца с коническим или сферическим профилем.
• Плунжер (поршень) — гидравлический привод, который при подаче давления перемещает уплотнительный элемент в радиальном направлении, сжимая его вокруг трубы или по пустому стволу.
• Гидравлическая система управления — включает распределители, аккумуляторы давления и пульт управления, обеспечивающие быстрое (за 3–10 секунд) закрытие или открытие превентора.

Принцип действия основан на преобразовании осевого усилия гидравлического поршня в радиальное сжатие уплотнителя. При подаче рабочей жидкости (масла) в полость под поршнем последний поднимается и давит на коническую поверхность уплотнительного элемента, заставляя его деформироваться внутрь ствола. Герметизация достигается за счёт плотного прилегания резины к трубе или к стенкам корпуса при отсутствии трубы.

Классификация

Универсальные превенторы классифицируются по нескольким признакам:

По типу уплотнительного элемента

• С коническим уплотнителем — наиболее распространённый тип (например, модели U-2, U-3). Обеспечивает герметизацию труб диаметром от 60 до 324 мм.
• Со сферическим уплотнителем — используется в превенторах с повышенной износостойкостью (например, Cameron DL). Позволяет перекрывать ствол при наличии труб с муфтовыми соединениями.
• С комбинированным уплотнителем — сочетает элементы конической и сферической формы, применяется в высоконапорных скважинах.

По способу привода

• Гидравлические — основной тип, управляемый от станции гидропривода.
• Пневмогидравлические — используются на мобильных буровых установках с ограниченным источником гидравлики.
• Ручные — встречаются редко, в основном на маломощных установках для ремонта скважин.

По рабочему давлению

• Низкого давления (до 21 МПа) — для бурения на небольших глубинах.
• Среднего давления (21–35 МПа) — стандартные для большинства буровых.
• Высокого давления (35–105 МПа) — для глубоких и сверхглубоких скважин, а также для скважин с аномально высоким пластовым давлением.

Применение

Универсальные превенторы используются на всех этапах строительства и эксплуатации скважин:

• При бурении — для герметизации устья при спуске и подъёме бурильной колонны, а также при вращении труб (через превентор можно вращать колонну с небольшой скоростью).
• При креплении скважины — для перекрытия устья после спуска обсадной колонны до установки цементировочной головки.
• При освоении и ремонте — для герметизации при спуске насосно-компрессорных труб (НКТ) и кабеля.
• В подводном бурении — как часть подводного противовыбросового оборудования (ППВО) на морских платформах.

Универсальный превентор является вторым (после срезного превентора) уровнем защиты в системе ПВО. Он устанавливается в верхней части превенторной сборки (обычно над срезными плашками) и предназначен для быстрого перекрытия ствола при любом положении инструмента.

Технические характеристики (на примере распространённых моделей)

Эксплуатация и обслуживание

Универсальные превенторы требуют регулярного технического обслуживания, включающего:

• Проверку герметичности — опрессовка на рабочее давление не реже одного раза в месяц.
• Замену уплотнительного элемента — по мере износа (обычно после 50–100 циклов закрытия или при появлении утечек).
• Смазку направляющих поверхностей — для предотвращения коррозии и заедания.
• Проверку гидравлической системы — на отсутствие утечек и загрязнения рабочей жидкости.

При длительном простое превентор должен находиться в открытом положении, чтобы избежать деформации уплотнителя. Запрещается использовать универсальный превентор для срезания труб — для этой цели предназначены срезные плашки.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Универсальность — герметизация труб любого диаметра в пределах диапазона.
• Быстродействие — закрытие за несколько секунд.
• Возможность вращения колонны — при закрытом превенторе можно вращать трубы с частотой до 30 об/мин.
• Многократное использование — уплотнительный элемент выдерживает сотни циклов.

Недостатки

• Ограниченный ресурс уплотнителя — при частых срабатываниях или при работе с агрессивными средами (сероводород, углекислый газ) износ ускоряется.
• Чувствительность к температуре — при высоких температурах (свыше 120 °C) резина теряет эластичность.
• Высокая стоимость — превенторы изготавливаются из легированных сталей и требуют точной механообработки.

Производители

Основными производителями универсальных превенторов являются:

• Cameron (США, подразделение Schlumberger) — серии DL, U.
• Hydril (США, подразделение GE Oil & Gas) — серии GK, MSP.
• Shaffer (США, подразделение National Oilwell Varco) — серии SL, SP.
• Волгоградский завод буровой техники (Россия) — серии УП, ПУ.
• Нефтемаш (Россия, Башкортостан) — серии ПУГ.
• Китайские производители (Honghua, Rongsheng) — копии западных моделей.

Нормативные требования

В России эксплуатация универсальных превенторов регламентируется следующими документами:

• Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (утверждены Ростехнадзором).
• ГОСТ 13862-90 «Превенторы. Типы и основные параметры».
• РД 08-200-98 «Руководство по эксплуатации противовыбросового оборудования».

Согласно требованиям, универсальный превентор должен быть установлен на каждой буровой установке, ведущей бурение на нефть и газ, за исключением скважин с заведомо отсутствующими признаками ГНВП.

Интересные факты

• Первый универсальный превентор был испытан в 1965 году на скважине в Техасе и успешно перекрыл ствол при наличии бурильной колонны диаметром 127 мм.
• В СССР первые серийные универсальные превенторы (УП-280) начали выпускать в 1972 году на заводе «Нефтегазмаш» в Баку.
• Уплотнительный элемент универсального превентора может выдерживать до 500 циклов закрытия, после чего подлежит замене.
• В подводных превенторах для глубоководного бурения (на глубинах до 3000 м) используются универсальные превенторы с гидравлическим управлением от дистанционно управляемых аппаратов (ROV).

Источники

• Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» (утверждены Ростехнадзором, 2020).
• ГОСТ 13862-90 «Превенторы. Типы и основные параметры».
• РД 08-200-98 «Руководство по эксплуатации противовыбросового оборудования».
• Бойко В.С. «Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений». — М.: Недра, 1990.
• Мищенко И.Т. «Скважинная добыча нефти». — М.: Нефть и газ, 2003.
• Каталог продукции Cameron (Schlumberger) — «Blowout Preventers and Well Control Systems», 2018.
• Каталог продукции Волгоградского завода буровой техники — «Превенторы плашечные и универсальные», 2021.