книги / Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов. Оборудование для эксплуатации и ремонта нефтяных и газовых скважин

Рис. 10.3. Общие виды агрегатов для текущего ремонта скважин:

а– на колесной нестандартной транспортной базе; б – на базе стандартного автомобиля;

в– на базе стандартного гусеничного трактора общего назначения

Для транспортирования агрегатов подземного ремонта при отсутствии глубокого снега, распутиц, при наличии плотной сети промышленных дорог применяются или стандартные автомобили больших грузоподъемностей, или колесные транспортные базы также большой грузоподъемности, собранные из стандартных узлов – мостов, баллонов, трансмиссий, коробок передач, двигателей, объединенных специальной несущей рамой. Такие колесные базы в зависимости от необходимой грузоподъемности имеют по три, четыре, шесть мостов, из которых два (три) – ведущие.

В таких условиях, характерных обычно для районов с относительно теплым климатом, целесообразно выполнять спуско-подъемные операции труб и штанг не

181

однотрубками, а свечами, состоящими из двух труб, или штангами. Такая технология спуско-подъемных операций выполняется с установкой труб в вертикальное положение

иподвешиванием штанг в верхней части вышки в специальные аккумулирующие устройства, часто называемые люстрами. В этом случае агрегат компонуется (рис. 10.4) вышкой большой высоты (27–30 м), ферменной, выдвижной конструкции, поднимаемой

иукладываемой обычно гидроподъемниками. Для работы верхового рабочего вышка оборудована полатями – его рабочим местом, связанным с устройствами, фиксирующими положение поднятых труб.

Кпреимуществам агрегатов этого типа относится существенное сокращение трудоемкости операций, значительное ускорение спуска – подъема, облегчение операций по размещению труб и штанг, увеличение ресурса труб и штанг. Недостатки – резкое увеличение массы агрегатируемого оборудования. В условиях севера и вообще при низких температурах условия работы верхового рабочего резко ухудшаются. Усложняются также работы по депарафинизации труб, штанг. Работа верхового делает необходимым использование не только штанг, но и труб примерно равных длин.

Рис. 10.4. Схемы компоновки агрегатов для текущего ремонта скважин с размещением труб и штанг: а – в горизонтальном положении; б – в вертикальном положении

Поэтому для подземного ремонта скважин применяются в основном агрегаты, имеющие вышку, высота которой рассчитана на подъем одной трубы, и штанги, которые укладываются на специальные стеллажи в положение, близкое к горизонтальному (рис. 10.4, а). Агрегаты с вышками, выполненными не из фермы, а из трубы, как правило, имеют небольшую грузоподъемность. Кинематическая схема агрегата подземного ремонта, характерная для этого вида оборудования, сравнительно

182

насыщена машинами и механизмами. Управление агрегатами и привод ряда их узлов обычно гидрофицированы.

Агрегаты для подземного ремонта скважин проектируются в основном институтом Азинмаш, создавшим целый ряд агрегатов. Конструкция агрегатов на колесном и гусеничном ходу регламентируется стандартами, главным параметром является грузоподъемность. По стандартам грузоподъемности определяются параметрическим рядом. Освоено производство ряда агрегатов для подземного ремонта скважин, грузоподъемностью от 16 до 50 т на колесном и гусеничном ходу. Наиболее распространен агрегат, характеристика которого следующая: грузоподъемность – 32 т, высота вышки – 18 м, скорости подъема крюка: первая – 0,34, вторая – 0,72, третья – 1,45 м/с, оснастка – четыре струны, привод подъемника – дизель ходовой, транспортная база КрАЗ-255Б. Агрегат оснащен автоматом для труб, механическим штанговым ключом, комплектом инструмента. Масса агрегата около 20 т.

Рис. 10.5. Агрегат АКМ-28

За счет принципиально новых решений кинематической схемы и узлов масса АКМ-28 (рис. 10.5) при равной грузоподъемности, большем уровне механизации и более высоком темпе выполнения спуско-подъемных операций, чем у агрегатов обычного типа, составляет около 5 т, т.е. примерно втрое меньше массы обычных агрегатов (без транспортной базы), что позволило разместить его оборудование на автомобиле «Урал-275» с особо высокой проходимостью. Таким образом, доказаны

183

возможность резкого уменьшения массы агрегатируемого оборудования и принципиальная возможность рентабельного транспортирования вертолетами и машинами на воздушной подушке.

Появление гибких насосно-компрессорных труб и штанг, рассчитанных на транспортировку, складирование, спуск и подъем наматыванием их на барабаны, сделали необходимым создание специального оборудования, в том числе спускоподъемных агрегатов для спуска-подъема таких штанг и труб путем их намотки или сматывания.

Гибкая штанга или труба, намотанная на барабан, при спуске сматывается с него и попадает в транспортер, подающий ее в выправленном состоянии в скважину. Поднимается труба транспортером, выдающим ее вверх в направляющие, обеспечивающие подачу ее на барабан. Транспортер приводится в действие гидроприводом, обеспечивающим необходимое тяговое усилие, соответствующее грузоподъемности агрегата.

Барабан вращается синхронно с транспортером, однако усилие на валу барабана не передается участку трубы или штанги в зоне транспортера.

Комплекс из наматываемых труб или штанг и спуско-подъемного агрегата позволяет в несколько раз ускорить спуско-подъемные операции и почти полностью ликвидировать ручной труд. При этом подъем и спуск по существу полностью автоматизированы. Как видно, комплексная механизация и автоматизация спуска и подъема наматываемых труб и штанг намного проще, чем обычных. Проще и дешевле и колонны труб и штанг из наматываемых стержней, чем колонны, собираемые из труб и штанг на резьбовых соединениях.

Однако большие габариты барабана, приводящие к ухудшению транспортабельности агрегата, нерешенность вопросов стыковки оборвавшихся труб и штанг с сохранением прочности зоны стыка и ряд других также пока не решенных вопросов сдерживают внедрение таких труб и штанг и спуско-подъемных агрегатов для работы с ними [7, 15].

10.3. Спуско-подъемные агрегаты для ремонта скважин под давлением

Необходимость подземного ремонта и освоения скважины или просто спуска в нее колонны труб, когда она способна фонтанировать, обусловила создание оборудования для спуска в скважину или подъема из нее колонны труб или для ее ремонта под давлением.

Для осуществления такого процесса возникла необходимость в создании, вопервых, устройств для герметизации устья, способных при этом пропускать без утечек газа или жидкости спускаемые или поднимаемые трубы, и, во-вторых, устройства для спуска и для подъема колонн труб.

Главными требованиями к оборудованию для ремонта скважин под давлением, кроме обеспечения спуска или подъема колонн труб, являются обеспечение его высокой надежности и полное исключение утечек нефти или жидкости.

Комплексы спуско-подъемного оборудования для ремонта скважин под давлением представляют собой обычно группу агрегатов, самоходных или буксируемых на прицепе, монтируемых или связываемых в единую систему в зоне скважины на время выполнения на ней работ.

Оборудование это полностью гидрофицировано на основе гидростатического привода. Именно гидрофикация этого вида техники позволила после многих лет работ создать высоконадежные агрегаты для работы под давлением и выполнять под давлением практически все необходимые операции без глушения фонтанирующей скважины, что способствует увеличению ее продуктивности.

Общий вид расположения основного оборудования, размещенного в зоне обслуживаемой скважины, показан на рис. 10.6.

184

Как видно, в данном случае основная часть оборудования – превенторы и подъемник – монтируется на устье скважины, что обеспечивает соосность всей системы со стволом скважины. Такой способ монтажа используется и на морских скважинах. Транспортирование агрегатированного оборудования на суше обычно выполняется с помощью специальных транспортных платформ-полуприцепов с крановым устройством для погрузки-разгрузки этого оборудования.

Рис. 10.6. Схема расположения оборудования для ремонта скважины под давлением: 1 – транспортная база; 2 – верхняя площадка; 3 – трубный ключ; 4 – подвеска трубного ключа; 5 – цилиндровый подъемник; 6 – силовой агрегат; 7 – вышка;

8 – группа превенторов; 9 – несущая система

Известно несколько схем устройств для спуска – подъема труб под давлением (рис. 10.7). Общим для всех схем является создание усилий, передаваемых колонне труб с помощью клиньевых спайдерных устройств как вверх, так и вниз. В последние годы подавляющая часть подъемников этого назначения выполняется с гидроприводом.

Типичным исполнением гидроприводного подъемника является конструкция (рис. 10.8), монтируемая на устье скважины. Главные узлы такого подъемника – спайдеры, вращатель (трубный ключ), подъемник, герметизаторы.

Работы в скважине под давлением выполняются как через колонну насоснокомпрессорных труб, так и с ее подъемом. В первом случае конструкция устья скважины обычная, во втором подвеска колонны НКТ в трубной головке должна быть муфтовой, с герметизацией затрубного пространства.

185

Рис. 10.7. Принципиальные схемы подъемников для спуска труб под давлением: а – гидроприводный: 1, 2 – подвижный и неподвижный клиньевые захваты;

3 – подвижная траверса; 4 – неподвижная траверса; 5 – цилиндры; 6 – штоки цилиндров;

б– гидроприводный с соосным расположением цилиндров: 1, 2 – подвижный

инеподвижный клиньевые захваты; 5 – цилиндры; 7 – полый шток; 8 – основание;

в– комбинированный: 1 – захват труб; 2 – стационарный захват; 3 – подвижная траверса; 5 – корпус цилиндра с осью; 6 – шток; 9 – приводный цилиндр; 10 – ось; 11, 12 – неподвижные шкивы; 13, 14 – ходовые концы канатов талевых систем; 15, 16 – «мертвые» концы канатов; А – поршневая полость; Б – штоковая полость

Подъемник в агрегате для ремонта скважин под давлением конструктивно выполняется в зависимости от типа труб (наматываемых или обычных). При работе с колонной из ненаматываемых труб их поднимают и спускают с перехватом колонны клиньями подвижных и неподвижных слайдеров. Подъемник приводится в действие гидроприводом, работающим обычно от ДВС. Подача очередных труб к подъемнику при спуске колонны в скважину осуществляется с помощью агрегатированного с ним крана с гидроприводной лебедкой, а их свинчивание – развинчивание с помощью гидроприводного трубного ключа, также агрегатированного с подъемником.

Силовой привод обычно устанавливается в стороне от подъемника (рис. 10.6). Агрегаты для подземного ремонта скважин под давлением выполняются таким

образом, чтобы при укомплектовании их на время ремонта соответствующим технологическим оборудованием, например роторами, промывочными насосами, можно было бы выполнять весь комплекс работ, необходимых для данной скважины.

Принципиальные схемы основных механизмов агрегата аналогичны ранее рассмотренным. Схемы и конструкция силовых цилиндров подъемника, его узлов и деталей, т.е. собственно цилиндров, штоков, поршней, штоковых уплотнений, аналогичны деталям того же назначения, используемым, например в гидроприводных штанговых скважинных установках. Схемы и конструкция элементов (неподвижных и подвижных) спайдеров: корпусов, клиньев, сменных плашек, их гидроприводов – аналогичны слайдерам для подземного ремонта. Схемы и конструкции трубных ключей аналогичны гидроприводным ключам рассмотренных типов.

186

Рис. 10.8. Конструктивная схема гидроподъемника:

1 – фланец устья скважины; 2 – колонна НКТ; 3 – катушка-переводник; 4 – опорный фланец подъемника; 5 – уплотнение герметизатора; 6 – цилиндр; 7 – нажимное кольцо неподвижного слайдера; 8 – клинья неподвижного спайдера; 9 – цилиндры привода неподвижного спайдера; 10 – траверса неподвижная; 11 – рабочая площадка;

12 – нажимное кольцо подвижного спайдера; 13 – клинья подвижного спайдера; 14 – цилиндры привода подвижного спайдера; 15 – траверса подвижная;

16 – вращающийся корпус; 17 – шестерня вращающихся клиньев; 18 – гидромотор; 19, 22 – распределители; 23 – насос; 24 – бак

Конструкция герметизатора (рис. 10.9) также аналогична применяемым для различных целей устьевым скважинным герметизаторам.

Компоновка превенторов на устье скважины, позволяющая выполнять спускоподъемные операции (рис. 10.10), осуществляется следующим образом. На корпусе трубной головки монтируется превентор 1 с глухими плашками, выше – аварийный 2 с трубными плашками, а над ним два превентора 3 и 6, соединенные стояком 4 и управляемые гидроприводными кранами 5 и 9. Подъемник при наличии превенторов размещен над ними, а в нижней его части монтируется герметизатор 8 на крестовине 7.

Принципиальная схема и конструкция превенторов аналогичны обычным, применяемым при бурении скважин.

Силовой привод агрегатов также типичен для гидрооборудования на основе объемного привода. Мощности привода агрегата составляют от 150 до 400 кВт, подача

187

силовых насосов – от 400 до 1500 л/мин. Агрегаты имеют различную грузоподъемность – от 100 до 1700 кН.

Рис. 10.9. Герметизатор:

1, 2, 3 – фиксатор; 4 – упорное кольцо; 5 – винт; 6 – втулка; 7, 8 – уплотнение; 9 – герметизатор; 10 – корпус

Рис. 10.10. Схема компоновки оборудования для герметизации устья

При спуске или подъеме колонн труб необходима четкая синхронизация взаимодействия собственно подъемника, спайдеров, превенторов, механического трубного ключа, вспомогательных подъемников, что достигается за счет гидропривода [7].

188

10.4.Оборудование для внутрискважинных работ с канатной техникой

Внастоящее время эксплуатация скважин сопровождается периодическим выполнением большого числа различных работ внутри скважины, внутри спущенного в нее оборудования. Работы эти, связанные с измерениями параметров пласта-скважины, со сменой элементов подъемника, с подземным ремонтом скважины, с монтажом или демонтажем клапанов-отсекателей пласта, в прошлом выполнялись с помощью спускаемых или поднимаемых колонн НКТ или делали необходимым подъем колонн НКТ. Такие способы длительны, трудоемки, а при их выполнении на фонтанирующих скважинах делают необходимым их проведение или после глушения скважины, или под давлением.

Подобные работы без подъема колонн НКТ в последние годы все больше начали выполнять с помощью канатов, кабеля или проволок, пропускаемых через устьевое оборудование в скважины и оснащенных специальными устройствами – инструментом, взаимодействующим с внутрискважинным оборудованием и позволяющим управлять им, захватывать его, извлекать из скважины или, наоборот, спускать в скважину, осуществлять целый ряд работ внутри скважины, вплоть до ее чистки, промывки, химической обработки без подъема труб и без помощи колонн НКТ.

Для выполнения таких работ с помощью каната, кабеля или проволоки в последнее

увеличивающиеся объемы внутрискважинных работ, часто называемых канатными работами.

Оборудование это состоит из собственно каната, кабеля или проволоки большой длины, оснащенной различными монтажными устройствами, воздействующими на внутрискважинное оборудование, из оборудования устья скважины для пропускания каната в скважину и из подъемного агрегата, спускающего в скважину канат и управляющего им.

Канатные работы стали возможными и эффективными благодаря тому, что конструктивное выполнение внутрискважинного оборудования изменилось и стало оформляться в расчете на его монтаж, демонтаж или управление с помощью канатной техники. К настоящему времени это оборудование имеет большое число конструктивных вариантов в различных исполнениях в зависимости от назначения и условия выполнения операций. В большинстве случаев внутрискважинные работы выполняются под давлением, что обусловливает необходимость герметизации каната в зоне входа его в скважину и исключение возможности утечки пластовой жидкости или газа.

В канатной технике используются высокопрочные канаты, свитые из проволок, изготовленных из легированных, стойких по отношению к коррозии сталей. Из аналогичных марок сталей изготовляется и проволока для работ, связанных с измерениями или исследованием скважин. Обязательным условием для выполнения всех видов внутрискважинных работ является отсутствие повреждений и стыков на всей длине проволоки до соединительной головки – приспособления, которым заканчивается канат или проволока.

Соединительная головка (рис. 10.11) служит промежуточным звеном между канатом и устройствами, подвешиваемыми на нем для захвата внутрискважинного оборудования, которые часто называются инструментом.

Конструкция головки должна обеспечивать надежное крепление в ней проволоки или каната (см. рис. 10.11, а). Проволочная соединительная головка состоит из корпуса 1 с роликом 4, на который намотана проволока. Для амортизации головка снабжена пружиной 2 с седлом 3. Проволока, пропущенная через верхнее отверстие корпуса головки и пружину с шайбой, наматывается на ролик и на себя со строго определенным

189

числом витков. В нижней части корпуса головки имеется резьба для соединения с инструментом. Такая конструкция содинительной головки обеспечивает равнопрочность проволоки в зоне ее заделки с прямым участком. Конструкция соединительной головки для каната (см. рис. 10.11, б) отличается способом заделки каната, отсутствием амортизатора и наличием пробки-переводника. Как и проволочная, канатная соединительная головка соединяется с инструментом резьбой.

Рис. 10.11. Соединительная головка:

а – для проволоки: 1 – корпус; 2 – пружина; 3 – седло; 4 – ролик; 5 – проволока; б – для каната: 1 – корпус; 2 – втулка; 3 – корпус зажимов; 4 – винты; 5 – переводник; 6 – канат

При работах канат или проволока могут оборваться, причем чаще всего в зоне их заделки в головку. Для упрощения залавливания головки на корпусах головок сделаны проточки.

Вкачестве инструмента используется большое число устройств различного назначения, которые можно разбить на три главные группы. К первой группе относится инструмент ударного действия – яссы, а также устройства для управления циркуляционными клапанами и разъединителями колонн труб, ко второй – захватный – фиксирующий и направляющий инструмент, к которому относятся захваты, ловители, посадочные устройства, замки; к третьей группе – шаблоны, печати, скребки, желонки.

Комплекс инструмента, наиболее часто применяемого при канатных работах (рис. 10.12, а, б), соединенный с проволочной головкой 1, состоит из грузовой штанги 2, шарнира 3, гидравлического ясса 4, механического ясса 5, посадочного инструмента 6, замка 7, переводника 8, уравнительного клапана 9. Позицией 10 обозначено внутрискважинное оборудование. Этот инструмент рассчитан на выполнение большей части канатных работ. При извлечении внутрискважинного оборудования в этой сборке посадочное устройство заменяется ловителем.

Вкомплект инструмента входят устройства, позволяющие открывать или закрывать циркуляционные клапаны внутрискважинного оборудования и управлять разъединителем колонны.

190