КОМПЛЕКС ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ СПУСКО-ПОДЪЕМНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ И ТЕКУЩЕМ РЕМОНТЕ СКВАЖИН
MECHANISATION SYSTEM FOR LIFTING AND LOWERING OPERATIONS DURING OVERHAUL AND ROUTINE MAINTENANCE OF WELLS

Изобретение относится к оборудованию для обслуживания нефтяных и газовых скважин, в частности к комплексу устройств для механизации спуско-подъемных операций (СПО) с насосно-компрессорными трубами во время освоения или ремонта скважин, и может быть использовано при разведке и разработке нефтегазовых месторождений.
В настоящее время известны буровые установки, оснащенные устройствами для механизации спуско-подъемных операций. Наиболее близкой является установка для ремонта скважин (US 2007/0017704 А1, 2007 г.), принятая за прототип, которая включает себя манипулятор, центратор, верхний привод с выдвижным элеватором, устройство вертикальной поддержки трубы, центратор, систему свинчивания-развинчивания, приемные мостки. При спуске бурильной колонны труба с приемных мостков подается на манипулятор, который находится в горизонтальном положении, захваты манипулятора фиксируют трубу и манипулятор вместе с трубой поворачивается с помощью гидроцилиндра в вертикальное положение так, чтобы верхняя часть трубы находилась над полом буровой. Труба смещена от центра скважины и удерживается системой вертикальной поддержки. В то время как верхний привод опускает колонну, элеватор смещается в сторону трубы и захватывает ее. Затем колонна опускается на клинья спайдера, верхний привод освобождается и начинает движение вверх вместе с элеватором и трубой. Когда система достигает верхней точки, элеватор подает трубу к центру скважины, и верхний привод фиксирует трубу.
Затем верхний привод опускает трубу до контакта с колонной, соосность которой обеспечивается с помощью центратора, установленного в нижней части мачты, и система свинчивания-развинчивания осуществляет свинчивание трубы с колонной. Управление установкой производится с пульта бурильщика, установленного на буровой площадке.
В данной буровой установке применяемый гидроманипулятор способен перемещать трубу только из горизонтальной плоскости в вертикальную или наоборот, что не позволяет использовать манипулятор для других целей. Так как гидроманипулятор может захватывать трубы в горизонтальном положении только в одной точке, то необходимо обеспечивать подачу труб с помощью специальных механизмов. Данное обстоятельство значительно усложняет систему и требует наличия дополнительных устройств механизации, что усложняет комплекс и снижает надежность всего комплекса оборудования для проведения спуско-подъемных операций.
Известные установки для механизации спуско-подъемных операций применяются, в основном, в бурении скважин, в то время как при ремонте скважин доля затрат времени на спуско-подъемные операции не менее значительна и часть технологических операций, в настоящее время, выполняется рабочим вручную, что требует значительных физических усилий и создает угрозу для безопасности рабочего.
Задачей изобретения является повышение степени механизации и сокращение продолжительности спуско-подъемных операций с насосно-компрессорными трубами, увеличение срока службы насосно-компрессорных труб, повышение безопасности работ и культуры производства.
Поставленная задача достигается тем, что в известном комплексе для механизации спуско-подъемных операций при капитальном и текущем ремонте скважин, включающем гидроманипулятор, установленный на прицепе, подвешенный на крюкоблоке автоматический элеватор для захвата и освобождения труб, центратор, гидроключ для свинчивания-развинчивания труб, спайдер, пульт управления, гидростанцию, приемные мостки, согласно изобретению гидроманипулятор снабжен выдвижным механическим захватом с возможностью захвата трубы из любой точки в пределах вылета трубы и подаче ее к элеватору; гидроключ, выдвигаемый к трубе с помощью гидроцилиндра, смонтирован в каркасе вместе со средним центратором, гидравлическим стопорным устройством, жестко связанным с нижним центратором, перемещаемым при помощи второго гидроцилиндра к центру скважины, причем каркас имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости относительно прицепа. Кроме того, приемные мостки выполнены в виде параллельных опорных стоек со смонтированными на них ложементами, выполненными в виде швеллера с размещенными на них вкладышами из резины с полусферическими вырезами и устанавливаемыми поочередно в несколько рядов.
Применение данного комплекса позволит значительно уменьшить время СПО, сократить численность рабочей бригады, повысить эффективность и безопасность работ, заменить тяжелую физическую работу механизированной с управлением с пульта управления, повысить культуру производства.
Представленные фигуры поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображен общий вид установки в положении захвата трубы с мостков, фиг.2 - общий вид установки в положении подачи трубы в элеватор и захвата трубы средним центратором, фиг.3 - схема размещения труб на приемных мостках
В состав комплекса механизации спуско-подъемных операций включается гидроманипулятор 1, установленный на седельном прицепе 2, автоматический элеватор 3, верхний центратор 4, каркас 5, на котором размещены гидроключ 6 с гидравлическим стопорным устройством 7, средний 8 и нижний центратор 9. Также в состав комплекса входит гидростанция 10, пульт управления 11 и приемные мостки 12. Приемные мостки состоят из опорных стоек 13 и ложементов 14, устанавливаемых на опорных стойках. Ложементы предназначены для размещения насосно-компрессорных труб 15 в процессе спуско-подъемных операций и выполнены в виде швеллера, с размещенным в нем вкладышем из резины с полусферическими вырезами. В транспортном положении пульт управления, приемные мостки, гидроманипулятор, гидростанция, гидроключ и стопорное устройство расположены на седельном прицепе. В рабочем положении пульт управления и приемные мостки устанавливаются на площадку возле устья скважины 16. Гидроманипулятор снабжен механическим захватом 17, который предназначен для захвата трубы в двух точках. Автоматический элеватор 3 подвешивается на крюкоблоке 18 и перемещается в вертикальной плоскости вдоль мачты 19 посредством талевой системы. Колонна 20 насосно-компрессорных труб (НКТ) удерживается спайдером 21. На устье скважины 16 может монтироваться превентор 22. Каркас 5 перемещается к устью скважины 16 с помощью гидроцилиндра 23. Гидроключ 6 подается к устью скважины 16 с помощью гидроцилиндра 24. Приемные мостки 12 состоят из опорных стоек 13, которые по два расположены параллельно в три ряда (фиг.1), и ложементов 14, устанавливаемых поочередно на опорные стойки 13 в несколько рядов (фиг.3).
При проведении СПО невозможно обеспечить точность установки прицепа 2 относительно колонны НКТ 20, поэтому каркас 5 вместе со смонтированным в нем оборудованием имеет возможность поворачиваться относительно прицепа 2 таким образом, чтобы при выдвижении оси среднего центратора 8, гидроключа 6 и стопорного устройства 7 совпадали с осью колонны НКТ 20.
Автоматизированный комплекс работает следующим образом.
В процессе спуска колонны НКТ, манипулятор 1 занимает положение, как показано на фиг.1. Механический захват 17 находится перед трубой 15, затем выдвигается и фиксирует трубу 15, гидроманипулятор 1 поднимает трубу 15 на безопасную высоту и переводит ее из горизонтального в вертикальное положение. После этого он начинает перемещать трубу к устью скважины 16. Когда труба находится на одной оси с колонной 20 НКТ, как показано на фиг.2, гидроманипулятор 1 подает трубу в автоматический элеватор 3. После того как труба начинает удерживаться автоматическим элеватором 3, ее захватывает средний центратор 8 таким образом, чтобы труба могла перемещаться в осевом направлении. После этого гидроманипулятор 1 освобождает трубу 15 и отправляется к приемным мосткам 12 за следующей трубой.
Автоматический элеватор 3 начинает опускать трубу 15, она центрируется средним центратором 8, затем нижним концом попадает в нижний центратор 9, который обеспечивает точное попадание ниппеля трубы 15 в муфту колонны 20. Нижний центратор 9 смонтирован на стопорном устройстве 7, которое подается к колонне вместе с каркасом 5 с помощью гидроцилиндра 23.
Центрирование трубы необходимо для обеспечения свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных труб, так как в случае нестыковки ниппеля трубы 15 и муфты трубы колонны 20 возможны повреждения резьбы и, как следствие, потеря герметичности в колонне.
После стыковки трубы 15 с колонной 20 происходит свинчивание труб. Гидроключ 6, подвешенный на каркасе 5, выдвигается к центру скважины при помощи гидроцилиндра 24. Гидроключ свинчивает трубу 15 с колонной 20, стопорное устройство 7 фиксирует колонну 20 насосно-компрессорных труб от проворачивания в спайдере 21.
После завершения свинчивания автоматический элеватор 3, подвешенный на крюкоблоке 18, начинает опускаться до тех пор, пока муфта трубы не займет положение между гидроключом 6 и стопорным устройством 7. В этот момент колонна опускается на клинья спайдера 21, а свободный автоматический элеватор 3 начинает движение в первоначальное положение, когда он находится внутри верхнего центратора 4.
Так как талевая система с автоматическим элеватором 3 под действием ветровой нагрузки начинает раскачиваться, а для захвата трубы необходимо, чтобы торец муфты трубы 13 мог точно войти в отверстие траверсы элеватора, то необходимо предотвратить колебания элеватора 3. Для этого используют верхний центратор 4, который монтируется на мачте 17.
Процесс спуска колонны производится в обратном порядке.