по болочной схеме - для труб с муфтами, для безмуфтовых труб с наружной высадкой, для безмуфтовых труб гладких;

по втулочной схеме, удерживающим трубу путем опоры торца муфты трубы на опорный бурт внутри элеватора. Используется для муфтовых труб.

Схемы трубных элеваторов:

а --балочный для труб с муфтами; б --балочный для безмуфтовых труб с наружной высадкой; в -- балочный для безмуфтовых труб гладких; г -- втулочный

Штропы для трубных элеваторов изготавливают трёх типов: два в виде петель - для балочных элеваторов, в виде серьги - для втулочных элеваторов.

Схемы штропов для трубных элеваторов

а - петельный для балочных элеваторов; б - двухпетельный системы Уманчика - Яковенко для балочных элеваторов

Масса элеватора примерно пропорциональна его грузоподъемности и зависит от диаметра труб для которых он предназначен. Грузоподъемности же элеваторов зависят от глубин скважин. Существуют стандарты на ряд грузоподъемностей элеваторов. Стандартами регламентируются так же размеры и типы элеваторов.

Трубные элеваторы изготавливают из стальных кованных, штампованных или литых заготовок из сталей легированных хромом, молибденом, никелем. Штропы изготавливаются из сплошной цельнокатаной бандажной заготовки с последующей многократно повторяющейся проковкой её вплоть до получения окончательной формы.

Наиболее совершенной конструкцией штропов является двухпетельная. Этот штроп удобен в работе однако его изготовление усложнено. Изготавливается он путем сочетания литья и проковки. Это обеспечивает высокое качество и необходимую прочность.

Недостатками балочных элеваторов является их большой вес и металлоемкость до 100 кг. Большие шасси трубных элеваторов обусловлены схемой, представляющей собой балку на двух опорах (штропы), нагруженную весом колонн труб посредине. В результате корпус балочного элеватора работает на изгиб. При этом напряжение изгиба тем меньше, чем меньше изгибающий момент, который зависит от расстояния между опорами. Отсюда вывод, что для облегчения элеватора его конструкция должна позволять предельно близко размещать штропы. В лучших конструкциях элеваторов это предусмотрено и резервы облегчения за счет уменьшения плеча исчерпаны. Были попытки использования в качестве материалов для изготовления элеваторов высокопрочного алюминиевого сплава, но это не привело к его облегчению. Облегчение элеватора достигнуто за счет разработки новой конструкции - втулочного элеватора, корпус которого вытянут в направлении нагрузки, и работает в основном на растяжение.

Принципиально новое решение конструкции элеватора обеспечило качественно новые показатели - масса его примерно в 4 раза меньше массы балочного элеватора одинаковой грузоподъемности.

Принцип устройства втулочного элеватора позволил упростить изготовление штропа, придав ему форму серьги и многократно уменьшить его массу. Это облегчило и улучшило технологию изготовления, сократило отход металла при обработке! Малая масса элеватора позволяет изготовлять его из сталей высокопрочных марок.

Втулочные и балочные элеваторы стандартизированы и должны подвергаться контролю состояния, при этом особое внимание должно уделяться состоянию запорной системф, шарниров и пружин.

Спайдеры.

Спайдером называется устройство для удержания на весу колонн спущенных в скважину труб путем захвата их за гладкую часть трубы. Спайдер позволяет спускать и поднимать колонны безмуфтовых труб. Эффект захвата и удержания трубы в клиньях спайдера объясняется свойствами клиньевого соединения.

Схема клиньевого спайдера

Для функционирования спайдера необходимо выполнение нескольких условий, главное из которых - надежный захват трубы клиньями без проскальзывания и исключение при этом повреждения её. Спайдер работает в тяжелых условиях - трубы покрыты нефтью, слоем коррозии, эмульсиями.

Для функционирования спайдера необходимо выполнение нескольких условий, главное из которых - надежный захват трубы клиньями без проскальзывания и исключение при этом повреждения её. Спайдер работает в тяжелых условиях - трубы покрыты нефтью, слоем коррозии, эмульсиями.

Надежный захват трубы происходит при оптимальном соотношении трех главных величин: угла наклона клина, коэффициента его сцепления с трубой и коэффициента трения тыльной поверхности клина и внутренней поверхности спайдера. Поэтому для увеличения удерживающей способности и уменьшения обжимающих трубу усилий внутренняя поверхность клиньев должна иметь насечку, тыльная поверхность клина и контактирующая с ней поверхность корпуса спайдера должна быть гладкой. Наибольшее применение получили: насечка представляющая собой резьбу с шагом h=78 мм. и уклоном резьбы =80⁰; насечка представляющая собой выступы, каждый из которых имеет усеченную форму с поверхностью усечения 33 мм.

Было определено, конусность спайдеров при высокой чистоте поверхностей контакта клина с корпусом должна быть равной 9⁰30'. Клинья спайдеров многозвенные - три, четыре. При малом числе клиньев вероятно смятие трубы, при большом числе захват трубы клиньями далек от идеального, т.к. диаметр трубы меняется по длине из-за износа. Спайдер состоит из кольцевого разъемного корпуса, внутри которого находятся шарнирно связанные клинья. Клинья предназначены для одного размера труб. Наименее износостойка насечка клиньев. Поэтому клинья изготавливаются сборными из корпусов, в которые вставляются сменные плашки с насечкой. Корпус спайдера и клиньев изготавливается из углеродистой стали и подвергается термообработке. Спайдеры стандартизированы.

Ключи.

Трубные ключи предназначены для свинчивания и развинчивания труб при спуско-подъемных операциях. Главные требования к ключам - надежный захват и полное исключение повреждения трубы.

Ключ трубный для бурильных труб

Принцип действия трубных ключей заключается в использовании эффекта «самозатяжки», т.е в нарастании обжимающего трубу усилия по мере увеличения вращающего момента. Поскольку вероятность смятия трубы возрастает с увеличением обжимающих её усилий, конструкция ключа должна обеспечивать передачу вращающего момента при возможно меньшем обжимающем усилии. Очевидно оно будет тем меньше, чем больше коэффициент трения на контакте между телом трубы или муфты и ключа. Поэтому из-за наличия жидкости, парафина, смол на поверхности трубы конструкция ключа должна выполнятся таким образом, чтобы эта смазка выдавливалась с контактной поверхности. Поскольку поверхность трубы никогда не бывает строго цилиндрической и постоянного размера, кинематика ключа должна обеспечивать его контакт с реальной поверхностью трубы на возможно большей её площади, в противном случае ключ будет деформировать трубу. В начальный момент свинчивания или развинчивания трубы, обжимающее усилие минимально, поэтому ключ оснащается острым элементом - сухарем. Затем по мере нарастания усилия возникает контакт поверхности ключа и трубы, которая начинает поворачиваться за счет сил трения. Это приводит к значительным нагрузкам на сухарь и большим распорным усилиям в деталях ключа. Поэтому необходимо повышать износостойкость сухарей и обеспечить прочность элементов ключа.

Для НКТ используются ключи с моментами не превышающими =7 кНм, для бурильных труб - 60180 кНм, масса ключей 80320 кг. Во время работы ключи подвешивают, а усилие для свинчивания или отвинчивания предается канатом от лебедки на конец рукоятки ключа. Из-за больших распорных усилий, возникающих в деталях ключа, они изготавливаются сложной формы с равнопрочными сечениями путем штамповки или литья.

Литература

Молчановы «Машины и оборудование для добычи нефти и газа», Недра 1984.

Лекция №8 «Оборудование для добычи НиГ»

Средства механизации спуско-подъемных операций

Технология механизации СПО

Механизацию следует рассматривать как главный фактор, ликвидирующий ручной и увеличивающий производительность. Средства механизации СПО могут предназначаться для отдельных операций, группы операций или всех операций. В первом и втором случаях, механизацию принято называть частичной, в последнем случае - комплексной. При синхронном и автоматическом управлении комплексно-механизированными СПО, они считаются автоматизированными. Технология механизации должна обеспечивать заданную степень облегчения труда, повышения его безопасности, улучшения условий его выполнения и ускорения выполнения процесса или операций. Принципиальные схемы, конструкции, качество, надежность средств механизации должны обеспечить получение эффекта от запроектированной технологии. Условия их применения отличаются высокой частотой транспортировки в условиях бездорожья, работе по монтажу в любое время года и при любой погоде, использование в агрессивных и загазованных средах, загрязненных парафинами и смолами, вне помещений и укрытий. Отсюда требования к средствам механизации СПО:

· высокая транспортабельность;

· минимальная масса;

· надежность и работоспособность в фактических условиях работ.

Первые попытки механизации относятся к операциям с свинчивания - развинчивания НКТ. Для этого был разработан ряд механических ключей. Частичная механизация осуществляется с помощью четырех главных видов средств механизации: механических трубных и штанговых ключей, механических спайдеров и комбинированных устройств на базе агрегатированных механических ключей со спайдерами. В настоящее время комплексно-механизированным способом СПО выполняются только при использовании буровых установок (система АСП) для подземного ремонта, оборудование для такой технологии находится в стадии разработки.

Механические трубные и штанговые ключи

Механические трубные ключи предназначены для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию резьбовых соединений труб при их спуске-подъеме в скважинах. Механические ключи конструктивно выполняются специализированными для работ с обсадными, бурильными или насосно-компрессорными трубами. Механические ключи работают в условиях аналогичных условиям работы ручных ключей, элеваторов и спайдеров, поэтому к ним предъявляются такие же требования.

Конструкция механического штангового ключа системы Нагаева с автоматизацией работы штангозахватного органа



Автоматизированный штанговый ключ

Схемы механических трубных ключей построены на сочетании функционально одинаковых блоков: источника энергии, двигателя, преобразователя, вращателя, стопора и трубозахватных органов. В настоящее время наибольшее применение получили трубные ключи трех типов:

1. подвижные с открытым или закрытым зевом - надвигаемые на трубу для ее захвата и вращения;

2. подвижные кольцевой неразъемной формы - перемещаемые до и после свинчивания или отвинчивания по оси трубы;

3. неподвижные кольцевой неразъемной формы, остающиеся во время СПО неподвижными.

Подвижный ключ с открытым зевом состоит из корпуса с зевом, в котором расположен вращатель, оснащенный трубозахватными органами. При вращении трубозахватные органы автоматически захватывают трубу и предают ей вращающий момент. Схема трубозахватных органов аналогична схемам ручных трубных ключей и рассчитана на один размер трубы. Поэтому ключ укомплектовывается набором трубозахватов разных размеров. Момент к вращателю передается от двигателя через преобразователь. В качестве двигателя используется гидравлический объемный шестеренчатого типа или аксиально-поршневой, реже лопастной. Преобразователь представляет собой шестеренчатый или цепной редуктор, дополненный коробкой передач, обычно двухскоростной. В качестве источника энергии для таких ключей, используется автоматическая установка с ДВС , приводящим в действие маслонасос или компрессор, укомплектованная емкостями, распределителями, клапанами и смонтированная на колесном шасси. Рабочий агент от установки к двигателю подается по шлангам. Ключи этого типа или подвешиваются на канате к вышке и вручную перемещаются к трубе и от нее, или устанавливаются на перемещающейся опоре.

Трубные механические подвижные ключи кольцевой неразъемной формы в основных деталях аналогичны разъемным. Отличаются лишь кольцеобразной замкнутой формой корпуса и вращателя. Во время СПО такой ключ после отвинчивания трубы опускается вниз для захвата элеватором очередной трубы, а затем после установки колонны в клиньях поднимается до уровня резьбового соединения для его захвата и отвинчивания.

Особенностями неподвижного кольцевого неразъемного ключа являются его простота и надежность. Ключ представляет собой червячный редуктор, шестерня которого оснащена упором, передающим вращающее усилие трубозахватному органу, червяк соединен с электродвигателем или гидромотором. Особенностью привода ключа этого типа является примененное в нем инерционное устройство в виде маховика, соединенного с электродвигателем. Для резкого увеличения момента на вращателе ключа, раскрученный маховик отдает накопленную энергию вращателю и через трубозахватное устройство трубе. Это позволяет исключить коробку скоростей и использовать маломощный двигатель. Обязательным требованием к приводу ключа является обеспечение его взрыво- и пожарной безопасности. Этому требованию полностью удовлетворяет гидравлический привод. На спуско-подъемные операции с применением этих ключей тратится значительно меньше времени.

СПО со штангами менее трудоемки чем с трубам. Из средств механизации СПО штанг сравнительно широкое применение получили только механические штанговые ключи. Эти ключи обеспечивают наибольшее ускорение операций свинчивания - развинчивания, облегчают ручной труд и обеспечивают стабильность момента свинчивания штанг. Методы конструирования трубных штанговых ключей всех назначений и типов аналогичны приемам расчета и конструирования редукторов и преобразователей общепромышленного назначения.

Механические и автоматические спайдеры

Механические спайдеры позволяют полностью механизировать операции по перемещению клиньев. Конструкция механического спайдера представляет собой спайдер общего типа, в котором сборка клиньев кинематически связана с поршнем силового цилиндра. Поршень, перемещаясь под действием сжатого воздуха или под давлением рабочей жидкости, поднимает и опускает клинья в корпусе спайдера. Привод в первом случае от компрессора, во втором случае от силового маслонасоса. Системы привода включают в себя воздухо- и маслопроводы, клапанные устройства, распределители, органы управления. Особенностями автоматического спайдера являются способ приведения его в действие без специальной энергетической установки и автоматизация с обеспечением синхронности работы спайдера с колонной спускаемых и поднимаемых труб. При спуске колонн труб спайдер приводится в действие элеватором, при подъеме - специальной пружиной. Автоматизация работы спайдера полностью освобождает оператора не только от ручных операций, но и от управления спайдером и одновременно обеспечивает точность его срабатывания.

Конструкция автоматизированного спайдера системы Молчанова:

1 -- центратор автоматический, 2 -- корпус; 3 -- клин; 4 -- плашка, 5 -- шайба; 6 -- направляющая, 7 -- пружина, 8-- направление

Для обеспечения контакта по поверхности, а не по линиям тыльные поверхности клиньев и ответные спайдера имеют цилиндрическую форму, а не коническую. Оси цилиндрических поверхностей расположены под углом 9⁰30' к оси спайдера. Такая конструкция спайдера обеспечивает постоянно, независимо от положения клиньев по высоте ,одинаковую площадь контакта между клином и корпусом на несколько порядков большую, чем при конической форме, применяемой в спайдерах всех типов. Изменения формы контактной поверхности позволяет резко уменьшить напряжения, действующие в корпусах клиньев и спайдера и соответственно уменьшить в 3-3,5 раза массу спайдера при одновременном увеличении его долговечности.

Спайдер при грузоподъемности 80 тонн имеет массу 40 кг и рассчитан на трубы 48, 60, 73, 89 мм, для чего в его комплекте имеются сменные сборки клиньев.

Комбинированные средства механизации

Подавляющая часть текущих ремонтов скважин производится с одновременным использованием спайдера и механического ключа. Следовательно, возникла необходимость объединения их в один узел, т.е. агрегатирования. Это позволило создать механизм нового типа, представляющий собой комбинацию механического кольцевого неподвижного ключа, автоматического спайдера, автоматического центратора и электроинерционного привода. Такой механизм, предложенный Молчановым, называется автоматом. Часть автомата является неподвижным кольцевым механическим ключом, а вторая - автоматическим спайдером.

Автоматы изготавливаются с электроинерционным и гидроприводом и рассчитаны на транспортировку и монтаж моноблоком в сборе или отдельными блоками. Автомат рассчитан на работу втулочными элеваторами.

Для механизации и автоматизации СПО с НКТ и кабелем предложено агрегатированное устройство, представляющие собой сочетание стандартного автомата со специальной приставкой - пьедесталом. Приставка автоматически снимает хомуты, которыми крепится кабель и направляет его в сторону.

При ремонтах скважин, в которых во время ремонта из-за отсутствия клапанов-отсекателей возможно фонтанирование, используются механические ключи разъемного типа. Они позволяют механизировать свинчивание-развинчивание НКТ с кабелем. В этом комбинированном устройстве и спайдер и механический ключ разъемные, что позволяет быстрее демонтировать их с устья скважины при аварийных ситуациях. Широкое применение всех перечисленных устройств позволяет резко увеличить темп ремонта скважины, производительность труда, безопасность и повысить качество ремонтов.

Автомат системы Молчанова

Лекция 9 «Оборудование для добычи НиГ»

Подъемники для СПО при текущем, капитальном ремонтах и освоении скважины

Основные схемы подъемника и его специализация

Подъемники, применяющиеся при текущем ремонте скважин, выполняют подъем и спуск НКТ, насосных штанг и токонесущего кабеля для ЭЦН.

Подъемники, применяемые при капитальном ремонте и освоении скважины, выполняют подъем и спуск НКТ, бурильных, а иногда, и обсадных труб. Подъемники для всех этих процессов функционально представляют собой систему из одного или нескольких приводных двигателей (ДВС) и трансмиссии. Трансмиссия состоит из сочетания муфт, валов, цепных передач, лебедки, талевой системы. Такая схема подъемника наиболее распространена. Для улучшения характеристики привода и оперативности управления в подъемниках используются гидромуфты или гидротрансформаторы. В зависимости от операций, выполняемых подъемником, сочетание тех или иных узлов может меняться. Так только для спуска и подъема труб и штанг подъемник комплектуется максимальным числом узлов. Для использования подъемника при бурении предусматривается отбор мощности на ротор, промывочный насос, систему приготовления раствора и т. д.

Для спуска ЦЭН подъемник доукомплектовывается барабаном для наматывания кабеля, полатями верхового рабочего, стеллажами для труб и т.д. Т.о. на базе небольшого числа унифицированных узлов возможно строить конструкцию подъемников трех назначений и разных параметров. Подъемники используются в сочетании и с вышками, тип, размеры и грузоподъемность которых зависит от назначения. Вышки могут быть отдельностоящими или агрегатированными с подъемником. Сооружение отдельных стационарных вышек для подземных ремонта не рационально, поэтому получили применение передвижные вышки в пределах куста скважин.

Для выполнения сложных работ по капитальному ремонту глубоких скважин необходим подъемник большой мощности и вышка большой грузоподъемности с разнообразным оборудованием. Поэтому весь комплекс, по существу, превращается в буровую установку.

Условия эксплуатации и главные требования, предъявляемые к подъемникам

Условия эксплуатации подъемников определяются глубиной скважины, содержанием операций, окружающей средой, дорожно-климатическими условиями.

Мобильность процесса текущего ремонта скважин и сложность дорожно-климатических условий позволяет считать основным требованием к оборудованию - его высокую транспортабельность. Масса транспортируемого блока не должна превышать 5 тонн. Транспортной базой для юга и средней полосы может быть колесная и гусеничная. Для районов Севера и заболоченных местностей - вертолет и воздушная подушка.

Низкие температуры окружающей среды также сказываются на условиях работы подъемников и требуют определенной приспосабливаемости.

Важнейшим требованием к оборудованию считается обеспечение высокой производительности труда.

Основные узлы подъемников

В качестве двигателей в подъемниках используются поршневые ДВС. Как правило, для этих целей используется двигатель транспортной базы. Важными параметрами двигателя являются его мощность, крутящий момент, приемистость. С точки зрения лучшей приспосабливаемости и уменьшения массы, лучшими показателями обладают быстроходные двигатели, масса которых при одинаковых мощностях в 2-3 раза меньше массы тихоходных. Использование ходового двигателя, транспортной базы в качестве приводного резко упрощает конструкцию подъемника, уменьшает его массу и стоимость. Для целей регулирования частоты вращения вала лебедки по отношению к оборотам двигателя, а также регулирования крутящего момента, применяются механические, гидродинамические или комбинированные преобразователи.

В качестве механических преобразователей мощности применяются коробки скоростей, в большинстве случаев шестеренчатые, реже цепные со ступенчатым регулированием частоты вращения. Расчет и конструирование коробок передач подъемников выполняется, принятыми в машиностроении методами.

В качестве гидродинамических преобразователей используются гидротрансформаторы, часто называемые турботрансформаторами. Гидротрансформатор позволяет бесступенчато изменять частоту вращения при одновременном изменении момента. Для улучшения показателей регулирования используются комплексные гидротрансформаторы, сочетающие в себе гидротрансформатор и гидромуфту. Их использование расширяет зону регулирования без уменьшения КПД.

Лебедка подъемников для текущего и капитального ремонтов предназначаются для работы с талевой системой. Конструктивно лебедки нефтепромысловых подъемников имеют много общего с буровыми. Основные узлы лебедки: главный и вспомогательный тормозы, цепные передачи, муфты, рама, кожух и наиболее сложный из них - подъемный вал. На вале смонтированы барабан с тормозными шкивами, колеса цепной передачи, шинно-пневматическая муфта и шкив фрикционной муфты. В качестве вспомогательного тормоза применяется гидроматический тормоз. Лебедки могут выполняться в различных вариантах, выбор которых зависит от назначения и параметра подъемника.

Кинематические схемы лебедок:

а -- двухбарабанная трехвальная; б -- однобарабанная, одновальная; в -- двухбарабанная двухвальная; г -- однобарабанная двухвальная;

1 - барабан для талевого каната; 2 - станина; 3, 9 - цепные передачи «тихой» и «быстрой» скоростей; 4,10 - катушка для работ по свинчиванию труб и для вспомогательных работ; 5 - цепная трансмиссия; 6 - коробка передач; 7 - муфта кулачковая; 8 - барабан для тартального каната

Серьезное внимание уделяется надежности тормозной системы лебедки, которая работает в экстремальных условиях, поэтому часть энергии, воспринимаемой главным тормозом, отводится вспомогательному тормозу. Эффект торможения зависит от коэффициента трения между колодкой и шкивом. Колодки выполнены из материала ретинакс, особенность которого в сохранении фрикционных свойств при температуре до 800⁰С.

Вращающий момент на подъемный вал лебедки передается цепной передачей с помощью многорядных ролико-втулочных цепей. Оперативное включение и отключение соответствующих передач осуществляется с помощью шинно-пневматических или фрикционных муфт.

Талевая система состоит из каната, талевого блока и кронблока. Талевая система применяется для преобразования вращательного движения трансмиссии подъемника в поступательное перемещение крюка подъемника и для увеличения усилия на крюке подъемника по сравнению с усилием в ветви каната, наматываемого на барабан лебедки. Соотношение скоростей перемещения и усилий на канате со стороны лебедки и на крюке зависит от кратности талевой системы, определяемой числом роликов кронблока. Шкивы талевого и кронблока одинаковы и посажены на оси на подшипниках качения. Конструктивно кронблоки выполняются одноосными и многоосными. Конструкция талевого блока всегда одноосная с подшипниками на каждом шкиве. Рама кронблока изготавливается сварной из проката, шкивы - стальное литье, валы - из проката.

Эксплуатационный талевый блок

1 - щека; 2 - защитный кожух; 3 - ось; 4 - подшипник; 5 - шкив; 6 - серьга

Талевые крюки представляют собой сочетание собственно крюка со штропом. Ствол имеет возможность передвигаться по вертикали и вращаться. Крюк изготавливается из кованой или литой заготовки, штроп - из стальной поковки.

Эксплуатационный талевые крюки для текущего, капитального ремонтов и освоения скважин

а - однорогий крюк; б - трехногий крюк; 1 - серьга; 2 - корпус; 3 - пружина; 4 - ствол; 5 - рог крюка; 6 - запор крюка; 7 - дополнительные рога.

Талевые канаты подъемников работают в сложных условиях. При наматывании или сматывании они подвергаются циклическим нагрузкам, растягивающим их, изгибающим и скручивающим. При намотке канат сминается, истирается. В процессе работы происходит загрязнение каната, блоков, барабана лебедки абразивными и агрессивными средами. Поэтому канаты разрушаются как в результате усталостных явлений, так и в результате истирания. Для сокращения расхода каната применяются перепускные устройства.

В зависимости от направления свивки канаты бывают правой или левой, крестовой или прямой свивки. Канат состоит из шести прядей двойной свивки. Каждая прядь состоит из сердечника и нескольких концентрично намотанных на него слоев проволоки. Пряди изготавливаются с различным числом слоев проволоки одинакового или разного диаметра. Для увеличения износостойкости каната наружный слой прядей наматывается из проволоки большего диаметра. Талевые канаты изготавливаются в соответствии с ГОСТом, который регламентирует диаметр каната, площадь сечения, разрывное усилие, толщину проволоки и т.д.

На долговечность каната влияют циклические нагрузки растяжения, изгиба и кручения, термическая хрупкость проволочек, износ и уменьшение сечения проволоки. Допустимое усилие для талевого каната определяется нормами Гогортенадзора как:

где R _p - разрывные усилия каната в целом

S _в - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров талевой системы S _в = 2

Особое значение для долговечности каната имеет минимальный радиус его изгиба при наматывании на барабан лебедки и ролики блоков. Экспериментально для каната каждого диаметра определены минимально допустимые значения этой величины.

Конструкция талевых канатов

а - г - стальные канаты с сердечником; д - в одностороннем направлении с одинаковым углом свивки и линейным контактом проволок; е - с одинаковым шагом свивки всех проволок; ж - с разным направлением свивки и точечным контактом проволок.

Вышка подъемника служит для удержания , подъема и спуска колонн, труб, штанг, каната, кабеля, а также для размещения труб и штанг поднятых из скважины. Вышки бывают стационарные эксплуатационные для глубоких скважин - башенного типа. Для неглубоких скважин - мачтового типа. Наиболее сложную конструкцию имеют вышки агрегатированные с подъемником на одной транспортной базе. Для уменьшения габаритов при транспортировке такие вышки складываются, имеют ферменную конструкцию, с постоянно зафиксированными на вышке элементами талевой системы (кронблок, крюкоблок, канат), а также устройством для механизированного перевода вышки из транспортного положения в рабочее и наоборот.

Лекция № 10 «Оборудование для добычи НиГ»

Агрегаты для текущего ремонта скважин и внутрискважинных работ

Агрегаты для текущего ремонта скважин можно разделить на две группы: агрегаты для капитального ремонта при открытом устье скважин, т.е. скважин, фонтанирование которых во время ремонта невозможно из-за наличия клапанов отсекателей; и агрегаты для ремонта скважин под давлением, когда устье скважины герметизировано из-за возможности фонтанирования. Аналогично и агрегаты для внутрискважинных работ также составляют две группы оборудования. К первой относятся рассчитанные на обычные условия, а ко второй - для работ под давлением. Текущий ремонт скважин, связанный со сменой спущенного в скважину оборудования, т.е. фонтанных и газлифтных подъемников, насосов, с работами по удалению парафина и т.д. состоит прежде всего из спуско-подъемных операций. Именно этим объясняется то, что агрегаты для подземного ремонта скважин представляют собой по существу агрегаты для подъема и спуска колонн труб, штанг, токонесущего кабеля. Именно эти агрегаты составляют основу парка агрегатов для подземного ремонта. Чистка пробок, депарафинизация осуществляются другими спецагрегатами. Самым массовым по частоте применения является спуско-подъемный агрегат для работы с открытым устьем скважин. СПО под давлением выполняются реже, поэтому и агрегатов такого назначения меньше. Это объясняется тем, что из-за сложности операций под давлением скважины глушатся и ремонтируются как обычные. При наличии же агрегатов, позволяющих выполнять СПО под давлением, процесса глушения можно избежать. Этим и объясняется необходимость выполнения работ под давлением и потребность в соответствующих СП агрегатах.

Спуско-плдъемные агрегаты для текущего ремонта скважин при открытом устье

Этот вид оборудования представляет собой комплекс из агрегатированных на транспортной базе подъемника, вышки, устройств для аккумулирования труб, штанг, кабеля, устройств механизации СПО. Такой комплекс, как правило, самоходный и называется «агрегат для текущего ремонта скважин». Для спуска-подъема труб и штанг используются агрегаты с подъемниками двух типов: лебедочные и безлебедочные. Последние вместо лебедки имеют подъемный цилиндр, соединенный с крюком. Для обеспечения большой транспортной маневренности и улучшения транспортабельности агрегаты монтируются на вездеходном шасси. Масса оборудования для текущего ремонта скважин в агрегатах средней грузоподъемности составляет 10-15 т.

Существуют агрегаты для выполнения СПО не однотрубками, а свечами. Это существенно сокращает трудоемкость операций, ускоряет их. Недостаток - резкое увеличение массы агрегатируемого оборудования, ухудшает условия работы верхового рабочего.

Другой вид агрегатов имеет вышку, рассчитанную на подъем одной трубы и штанги, которые укладываются на стеллажи. Вышка может быть выполнена из трубы, что значительно облегчает агрегат.

Агрегаты всех типов насыщены машинами и механизмами, а управление и привод их узлов обычно гидрофицирован. Конструкция агрегатов на колесном и гусеничном ходу регламентируется стандартами, главным из параметров которых является грузоподъемность. Освоено производство агрегатов грузоподъемностью от 16 до 50т на колесном и гусеничном ходу. Наиболее распространен агрегат «Азинмаш-37» грузоподъемность 32 т на шасси Краз 255Б масса 20 т. В результате научно-исследовательских работ создано два агрегата облегченного типа. Один лебедочный АКМ-28 и второй безлебедочный, гидроприводной АРГ-28. За счет принципиально новых решений кинематической схемы и узлов, большего уровня механизации масса АКМ-28 составляет 5 т и позволяет разместить его на автомобиле Урал-375. Появление гибких труб и штанг, сделали необходимым создание специального оборудования, однако большие габариты барабана и ухудшение транспортабельности агрегата, нерешаемость вопросов стыковки оборвавшихся труб и штанг сдерживают внедрение спуско-подъемных агрегатов этого типа.

Спуско-подъемные агрегаты для текущего ремонта и освоения скважин под давлением

Необходимость подземного ремонта и освоения скважины, 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 создания во-первых, устройств для герметизации устья, способных при этом пропускать без утечки газа или жидкости спускаемые или поднимаемые трубы, и, во-вторых, устройство для спуска и для подъема колонн труб. Главным требованием к оборудованию для ремонта скважин под давлением является его надежность.

Это оборудование представляет собой комплексы агрегатов самоходных или буксируемых. Оборудование полностью гидрофицировано. Расположено оборудование следующим образом: превенторы и подъемники монтируются на устье скважины, грузовая платформа силовой агрегат - рядом на площадке. Главными узлами гидроподъемника являются спайдеры, вращатель, герметизаторы, подъемник. Работы в скважине под давлением выполняются как через колонну НКТ, так и с подъемом ее. Подъемник в агрегате для ремонта скважин под давлением выполняется в зависимости от типа труб. При работе с обычными трубами их поднимают и спускают с перехватом колонны клиньями подвижных и неподвижных спайдеров. Подъемник приводится в действие гидроприводом, работающим от ДВС. Подача очередных труб к подъемнику при спуске колонны в скважину осуществляется с помощью агрегатированного с ним крана, а их свинчивание-развинчивание с помощью гидроприводного трубного ключа. Агрегаты для подземного ремонта скважин под давлением комплектуются необходимым технологическим оборудованием (роторы, насосы и т. д.). При спуске или подъеме труб необходима четкая синхронизация взаимодействия собственно подъемника, спайдеров, превенторов, механического трубного ключа, вспомогательных подъемников, что достигается за счет гидропривода. По существу все оборудование, составляющее агрегаты для текущего ремонта скважины под давлением с герметизированным устьем, построено на гидроприводе, машинах и механизмах, используемых в нефтегазопромысловом и буровом оборудовании.

Агрегаты и оборудование для внутрискваженных с канатной техникой

В настоящее время эксплуатация скважин сопровождается выполнением большого числа различных работ внутри скважины, со спущенного в нее оборудования. Эти работы, связанные с измерениями параметров пласта, сменой элементов подъемника, с подземным ремонтом скважины, сменой клапанов-отсекателей выполнялись с помощью спускаемых или поднимаемых колонн НКТ. В последние годы эти работы начали выполнять без подъема НКТ, а с помощью канатов, кабеля или проволок, пропускаемых через устьевое оборудование скважины и оснащенных специальными устройствами- инструментом, взаимодействующим с внутрискважинным оборудованием и позволяющим управлять им, захватывать его, извлекать или спускать в скважину, осуществлять ряд работ внутри скважины, вплоть до ее чистки, химической обработки без подъема труб и без помощи колонн НКТ. Для выполнения этих работ сформировалась самостоятельная группа канатного оборудования. Оборудование это состоит из собственно каната, кабеля и проволоки большой длины, оснащенного различными монтажными устройствами, из оборудования устья скважины для пропускания каната в скважину и из подъемного агрегата, спускающего в скважину канат и управляющего им.

В большинстве случаев внутрискважинные работы выполняются под давлением, что обуславливает необходимость герметизации каната в зоне входа его в скважину и исключение возможности утечки пластовой жидкости и газа. В канатной технике используются высокопрочные канаты из проволок, изготовленных из легированной стали. Из аналогичных марок стали изготавливается и проволока для работ, связанных с исследованием скважин. Обязательным условием является отсутствие повреждений и стыков на всей длине проволоки до соединительной головки, приспособления которым заканчивается канат или проволока. Соединительная головка - промежуточное звено между канатом и устройствами, подвешенными на нем для захвата внутрискважинного оборудования, которые называются инструментом. Конструкция головки должна обеспечивать надежное крепление всей проволоки или каната. В качестве инструмента используется большое количество устройств различного назначения, которые можно разбить на три главные группы:

· инструмент ударного действия - яссы, а также устройства для управления циркуляционными клапанами и разъеденителями колонн труб;

· захватный, фиксирующий и направляющий инструмент, к которому относятся захваты, ловители, посадочные устройства, замки;

· шаблоны, печати, скребки, желонки.

Комплекс инструмента, наиболее часто применяемого при канатных работах, состоит из грузовой штанги, шарнира, гидравлического ясса, механического ясса, посадочного инструмента, замка, переводника, уравнительного клапана и внутрискважинного оборудования. В комплекс инструмента входят устройства, позволяющие открывать или закрывать циркуляционные клапаны внутрискважинного оборудования и управлять разъединителем колонны. Яссы предназначены для создания осевой ударной нагрузки. Устьевая часть оборудования для пропуска в скважину устройств, подвешенных на проволоке или канате, монтируется на время работ на верхней части фонтанной арматуры. Она состоит из: шкивов, герметизатора, лубрикатора, состоящего из нескольких секций труб, а также превентора.

Обеспечить герметизацию устья при движущемся канате весьма сложно и для этого используются два принципа герметизации: уплотнение гидродинамической смазкой за счет перепада давлений, возникающего в зазоре между направляющей втулкой и канатом и уплотнение гидростатической смазкой, когда поверхности трения разделяются смазкой, нагнетаемой в зазор между направляющей втулкой и канатом. Конструирование, изготовление и монтаж герметизаторов является сложным и ответственным процессом. Плашечные превенторы имеют ручное или гидравлическое управление, имеют небольшие габариты и обеспечивают герметизацию пропускаемых устройств малого диаметра (проволоки). Комплект устьевого оборудования рассчитан на оперативное выполнение его монтажа или демонтажа на устье скважины и транспортировку вместе с агрегатом-подъемником.

Лебедки, привод, органы управления им, средства контроля и измерений агрегатируются на транспортных базах. Для этого используются автомобили высокой проходимости, на которых обеспечены условия нормальной работы агрегатируемого оборудования. Для удовлетворения требований и специфики работ, лебедки обеспечиваются только гидравлическим приводом. Привод силового насоса гидросистемы осуществляется от двигателя автомобиля. Подъемные агрегаты отличаются лебедками (проволочными, канатными, кабельными), грузоподъемностью, числом барабанов лебедки. Агрегаты выпускаются антикоррозионном исполнении для морских условий и крайнего Севера, для транспортировки на автомобилях, вертолетах, прицепах и т.д.

Лекция № 11 «Оборудование для добычи НиГ»

Агрегаты, установки и инструмент для капитального ремонта, освоения и промывки скважин

В промысловой практике к капитальному ремонту скважин организационно относятся не только процессы и операции собственно капитального ремонта, но и целый ряд других процессов и операций. В частности, сложные ловильные операции, разрушение и подъем на поверхность оборудования, находящегося в скважине и не поддающегося извлечению обычными приемами, забуривание второго ствола, добуривание скважины для перехода на эксплуатацию нижнего горизонта, изоляция подошвенных вод и другие работы в призабойной зоне пласта, промывка и освоение скважин.

Оборудование для капитального ремонта, освоения и промывки скважин выполняется, в большинстве случаев, в агрегатированном исполнении на транспортных базах, обычно, самоходных на колесном реже на гусеничном ходу. Агрегаты эти на практике принято называть собственно агрегатами для капитального ремонта, для освоения и для промывки скважин. Агрегаты комплектуются инструментом, номенклатура которого зависит от их названия.

Агрегаты для капитального ремонта и освоения скважин

Агрегаты для капитального ремонта скважин представляют собой подъемник, по схеме аналогичный подъемнику для текущего ремонта, дополненный технологическим оборудованием для бурения, т.е. ротором, вертлюгом, манифольдом, промывочным насосом, системой приготовления и очистки бурового раствора. В большинстве случаев это оборудование агрегатировано на колесной транспортной базе, реже в зависимости от содержания операций капитального ремонта, используется группами отдельных узлов.

Агрегаты освоения скважин представляют собой подъемник, аналогичный подъемнику для капитального ремонта, дополненный технологическим оборудованием для освоения скважин после бурения или ремонта. Поэтому схемы и конструкция большей части узлов, машин, оборудования и механизмов, соответствующих агрегатов для капитального ремонта и освоения скважин аналогичны.

Кинематические схемы силового привода подъемных агрегатов для капремонта и освоения , в агрегатах наиболее совершенной конструкции унифицированы с агрегатами подземного ремонта. Эти схемы лишь дополнены передачами на ротор, промывочный насос, компрессорное оборудование и генератор, а в отдельных случаях и на специальное оборудование. В агрегатах большой грузоподъемности (более 30-50 т) привод подъемника осуществляется от дополнительной силовой установки, состоящей из одного - двух двигателей , обычно спаренных с ходовым двигателем транспортной базы.

«Азинмашем» разработан агрегат КОРО-80 для выполнения капитального ремонта скважин.



Кинематическая схема агрегата КОРО-80:

1 - редуктор вспомогательного привода; 2 -- вспомогательный привод; 3 -- коробка отбора мощности; 4 -- лебедка; 5 - вал барабанный; 6 - трансмиссионный вал; 7 -- раздаточная коробка; 8 -- электромагнитная муфта; 9-- редуктор; 10 --ротор; 11 -- коробка привода ротора; 12 --катушка: 13 -- барабан выдвижения вышки; 14 -- насос; 15 -- редуктор; 16 -- раздаточная коробка транспортера; 17 -- гидротрансформатор, /, III, IV, VI, VIII-- карданные валы; II, V, X --опоры; VII, VIII, I X -- цепные передачи

Он предназначен для спуско-подъемных операций с бурильными и насосно-компрессорными трубами, разбуривания цементных мостов и стаканов, для ловильных работ, для нагнетания в скважины растворов и жидкостей, для исследования скважины в процессе капремонта. Агрегат может быть использован для освоения и подземного ремонта глубоких скважин. В качестве транспортной базы используется четырехосный тягач МАЗ 537. Агрегат имеет лебедку для глубинных исследований скважин, гидрораспределитель труб, гидропривод для механических трубных ключей и других средств механизации, оснащен электростанцией. Агрегат комплектуется ротором, вертлюгом. Промывочный насос с мерным баком манифольдом смонтирован в отдельном транспортном блоке - прицепе, мощность которому передается от агрегата карданным валом. Агрегат рассчитан на выполнение спуско-подъемных операций с установкой труб в вертикальное положение.

Грузоподъемность 80 т. Мощность 440 кВт. Высота вышки 28 м. Масса 54 т.

Агрегат А-50 конструкции «Гипронефтемаша» предназначен для спуско-подъемных операций с бурильными НКТ, для разбуривания цементных мостов и стаканов, фрезерования и райбирования, для ловильных работ, для нагнетания в скважину жидкости, для тартальных работ, свабирования и освоения скважин.

Агрегат А-50:

1 -- компрессор; 2 -- трансмиссия; 3 -- гидроподъемник; 4 -- талевая система; 5 -- двухбарабанная лебедка; 6 -- вышка; 7 -- пульт; 8 -- ротор

Т.о. агрегат может использоваться при капитальном ремонте и освоении скважин. Агрегат имеет двухбарабанную лебедку, компрессорную установку, промывочный насос, смонтированный на отдельной транспортной базе и соединенный с трансмиссией агрегата карданным валом, а также ротор с гидравлическим приводом и встроенным в него автоматическим спайдером и механическим трубным ключом. Агрегат рассчитан на спуско-подъемные операции с укладкой труб на мостки. В качестве транспортной базы использован автомобиль КРАЗ-257. Грузоподъемность 50 т. Мощность привода 155 кВт. Высота вышки 22 м. Масса 30 т.

Подъемники для капитального ремонта и освоения скважин, которые применяются в настоящее время, выполняются по двум главным схемам: по схеме для встраивания в самоходные агрегаты и по схеме, рассчитанной на использование в сочетании с разными вышками, талевыми системами и другим оборудованием. Подъемники последнего типа применяются на морских промыслах и на кустах скважин в условиях Севера. Подъемники, встраиваемые в самоходные агрегаты для капитального ремонта и освоению скважин, по конструктивной схеме аналогичны подъемникам для текущего ремонта и буровым установкам небольшой грузоподъемности.

Агрегаты для промывки скважин

Эксплуатация нефтяных месторождений с коллекторами из рыхлых несцементированных пород, особенно песчаников приводит к вымыванию пластовой жидкостью из породы частиц песка, глины и образованию в стволе скважины песчаной пробки. При перекрытии фильтра скважины пробкой приток жидкости уменьшается и может вообще прекратиться. В связи с этим возникает необходимость удаления из скважины песчаных пробок. Промывка песчаных пробок выполняется с помощью промывочного агрегата, нагнетающего в скважину жидкость, которая размывает пробки, выносит на поверхность песок до полной ликвидации пробки. В качестве промывочной жидкости используются вода, нефть и глинистый раствор. В качестве труб при промывке песчаных пробок применяют НКТ.

Промывка выполняется прямым, обратным и комбинированным способами. При прямой промывке промывочная жидкость нагнетается насосом по манифольду через вертлюг и колонну НКТ, а поднимается по затрубному пространству в приемный чан. Ее используют при прочной, плотной пробке.

При обратной промывке, жидкость нагнетается через манифольд и тройник с герметизатором, уплотняющим НКТ, в затрубное пространство и размывая пробку, поднимается по НКТ до тройника манифольда, а по нему в приемные емкости.

Комбинированный способ применяется при возможности фонтанирования. Агрегаты для промывки песчаных пробок представляют собой транспортную базу, в качестве которой используются колесные или гусеничные машины, на которых смонтирован промывочный насос, емкость и средства контроля и управления процессом промывки. Агрегаты несут на себе манифольд, необходимый для обвязки скважины, насоса и емкостей во время промывки. Промывочный насос агрегата приводится в действие от ходового двигателя, через коробку отбора мощности и коробку передач, позволяющую менять режим работы насоса.

Инструмент для капитального ремонта и освоения скважин

Для рассматриваемых процессов применяется несколько групп инструментов:

· Спуско-подъемный - трубные элеваторы, штропы, спайдеры, механические, машинные и ручные ключи. Эта группа нами рассматривалась.

· Буровой - буровые долота, бурильные трубы, УБТ, ведущая труба. Эта группа инструмента рассматривается в курсах бурового оборудования.

· Ловильный, фрезерный, используемый при капитальном ремонте скважин.

К последней группе инструмента относится большая группа инструмента и приспособлений следующих назначений:

Фиксаторы - предназначены для определения зоны расположения муфтового соединения эксплуатационной колонны скважины и обеспечения заливки цементным раствором стакана или моста на заданном расстоянии от муфтового соединения.

Фиксатор положения муфтового соединения эксплуатационной колонны 1 - центрирующая пружина; 2 - установочный винт; 3 - корпус; 4 - консольная пружина; 5 - защелки; 6 - поршень; 7 - ловушки

Для разрушения не поддающихся извлечению из скважины, прихваченных или не прихваченных инструмента, труб, пакеров применяются фрезы, спускаемые на бурильных трубах, врадщаемых ротором с одновременной подачей раствора.

Фрезеры для работы в 146-мм эксплуатационной колонне: а -- для кольцевого офрезерования неприхваченных верхних концов НКТ; б --для сплошного фрезерования прихваченных пакеров, муфт, хвостовиков

Для залавливания и последующего подъема на поверхность штанг, труб, насосов и т.д. служит группа инструментов называемых ловителями и труболовками.

Основным требованием, предъявляемым ко всем видам инструментов, является надежность захвата и удержания трубы или штанги. Это требование выполняется за счет соответствующей конструкции и исполнения устройства.

Лекция № 12 «Оборудование для добычи НиГ»

Оборудование для нагнетания воды в пласт

Интенсивность притока пластовой жидкости в скважину обуславливается давлением в пласте. Следовательно, для интенсификации притока необходимо сохранение пластового давления. Существует несколько методов воздействия на пласт: гидроразрыв, кислотная обработка, взрыв - для увеличения проницаемости пласта; методы снижения вязкости пластовой жидкости - нагрев в пласте, ее поджог; методы снижения поверхностного натяжения - обработка жидкости в пласте химическими реагентами. Для осуществления этих методов воздействия на нефтегазовый пласт используется большое количество оборудования, сооружений, машин, механизмов.

Поддержание пластового давления обеспечивается закачкой в пласт через систему нагнетательных скважин различных жидкостей и газа. Для этого используется комплекс оборудования, состоящий из систем водозабора, водоподготовки и распределения, насосных станций и коммуникаций.

Сооружения и оборудование для водозабора и подготовки воды

Для вытеснения нефти из пласта применяются жидкости двух типов: несмешивающиеся и смешивающиеся с нефтью. К первым относится вода, ко вторым - растворители. Последние дорогостоящие и поэтому, в большинстве случаев, в пласт закачивается вода, которая должна отвечать следующим требованиям:

· Количество взвешенных веществ не должно превышать 5 мг/л

· Содержание железа не более 0,2 мг/л, нефти - не более 1 мг/л

· Вода не должна вызывать коррозии оборудования и должна быть обескислорожена.

· Морская вода может закачиваться в том случае, если пластовая жидкость содержит щелочные и жесткие воды и не должна содержать бактерий, образующих сероводород.

В качестве источников жидкости используются открытые, подземные источники и сточные воды. Количество воды, нагнетаемой в пласт, ориентировочно составляет: при площадном заводнении 8-10 м³/т добываемой нефти, при законтурном - 1-15 м³/т. Сопоставляя показатели работы систем для закачки воды в пласт отмечается, что наиболее рациональными являются системы с использованием пластовой воды, которая после соответствующей обработки закачивается в пласт. Подобная система, представляет собой замкнутый контур, вредное влияние которого на окружающую природу минимально.