Гидродомкратный блок для проведения ремонтно-восстановительных работ по замене устьевого оборудования скважин
HYDRAULIC JACK BLOCK FOR CARRYING OUT REPAIR AND RESTORATION WORK TO REPLACE WELLHEAD EQUIPMENT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для проведения ремонтно-восстановительных работ, связанных с заменой устьевого оборудования скважин, в том числе колонных и трубных головок, а также их отдельных элементов.
Известен «Гидродомкратный блок» (1), включающий основание, два рабочих гидроцилиндра, траверсу, связывающую штоки рабочих гидроцилиндров и служащую для размещения захватного механизма, и предназначенный для выполнения ремонтных работ на устье скважин, расположенных в труднодоступных условиях.
Однако известное устройство обладает следующими недостатками:
- конструкция имеет значительные массогабаритные характеристики, и включает множество вспомогательных узлов, что усложняет его хранение, обслуживание, транспортирование к месту работ и обратно, а также увеличивает время на проведение монтажно-демонтажных работ;
- в следствии базирования устройства на приустьевой зоне требуется ее подготовка и обеспечение устойчивой и соответствующей по высоте опорной поверхности, а также требуется проведение операций по настройке и обеспечения соосности с осью скважины исполнительных узлов, что влечет за собой дополнительные временные, трудовые и материальные затраты.
Так же известен «Способ ремонта эксплуатационных скважин» (2), где описан гидродомкратный блок, состоящий из смонтированных на фланцевом соединении колонной и трубной головок, опорных кронштейнов, на которых шарнирно закреплены два рабочих гидроцилиндра, на концах штоков которых закреплена траверса, предназначенная для крепления шлипсовой катушки. Данный гидродомкратный блок предназначен для замены неисправных элементов устьевого оборудования.
Однако описанное устройство обладает следующими недостатками:
- опорные кронштейны имеют низкую жесткость и прочность, в виду их конструктивного исполнения, а также из-за отсутствия жесткого соединения с гидроцилиндрами, что увеличивает риск поломки данного узла в момент натяжения колонны труб при выполнении ремонтно-восстановительных работ на устье скважины;
- наличие шарнира в соединении гидроцилиндров и опорных кронштейнов ведет при демонтированной траверсе к необходимости применения поддерживающих кронштейнов и клиновых шпилек, что усложняет конструкцию, увеличивает массу устройства и время на монтажно-демонтажные работы;
- при выполнении операций по переоборудованию устья скважины, для снятия или установки очередного элемента требуется каждый раз снимать со штоков гидроцилиндров траверсу, а затем вновь ее монтировать для выполнения следующих операций, что приводит к усложнению и увеличению времени на проведение ремонтно-восстановительных работ.
Целью изобретения является создание универсального подъемного устройства, обеспечивающего безопасное и оперативное, без демонтажа и повторного монтажа траверсы, проведение ремонтно-восстановительных работ по замене устьевого оборудования с возможностью оснащения различными захватными механизмами и размещения устройства на устьевом оборудовании с разным конструктивным исполнением и типоразмером, способного работать дистанционно от передвижной насосной станции.
Поставленная цель достигается гидродомкратным блоком (далее - ГДБ), включающим опоры крепления, с размещенными на них объединенных гидролиниями подачи рабочей жидкости гидроприводными стойками с выдвижными штоками, концы которых связаны траверсой, имеющей центральное отверстие и предназначенной для размещения захватных механизмов, при том что для разных типоразмеров устьевого оборудования и задач ремонтно-восстановительных работ на устье скважины устанавливаемые опоры крепления представляют собой, в одних случаях комплект накидных Т-образных кронштейнов с расположенными в нижней части упорными винтами с призмами на конце, для крепления на нижнем фланце промежуточной колонной головке (ПКГ) с фиксацией шпилечными соединениями через отверстия фланцев промежуточной и колонной головок (КГ), а в других - трубным и фланцевым хомутами, соединенными между собой опорными проставками, для крепления, соответственно, ниже КГ за обсадную колонну (кондуктор) и за наружный диаметр фланца КГ, стойки же представляют собой поршневые гидроцилиндры, в нижней части корпуса которых выполнены опорные фланцы с направляющими пальцами, для сопряжения с ответными отверстиями опор крепления, а конец штока одной из стоек оснащен стаканом с вертикальным пазом для сопряжения с фиксирующим пальцем, размещенным в ответной штоку стороне траверсы, при этом траверса за счет смонтированных в расточке с другой стороны траверсы опор качения имеет возможность поворота на связанной с ней оси штока стойки и фиксации от поворота на первом штоке, с помощью механизма встроенного в ответной штоку стороне траверсы и представляющего собой подпружиненную рукоятку, шарнирно закрепленную в проушине и связанную с фиксирующим пальцем, а также размещает в центральном отверстие имеющий вертикальный ход за счет вращения съемный механизм захвата обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ), представляющий собой корпус со съемной крышкой и закрепленной в нем шпоночным соединением гайкой, взаимодействующей посредством резьбового соединения с размещенным в ней ходовым винтом, имеющим внутренний проходной канал заканчивающийся на верхнем торце муфтовой резьбовой частью, а в нижней части оснащенный съемным наконечником с встроенным штурвалом и ниппельной резьбовой частью, сопряженный с ходовым винтом шпоночным соединением, накидной гайкой и компенсатором из упругого материала, обеспечивающим совмещение шагов наконечника и устьевого переводника в момент их свинчивания, причем, при необходимости пропуска через центральное отверстие колонны обсадных или насосно-компрессорных труб и их захвата, на верхнюю опорную плиту траверсы, вместо механизма захвата, монтируется захватное приспособление типа шлипсовой катушки, спайдера или другого.
На фиг. 1 показан ГДБ в сборе, смонтированный на фланцевом соединении промежуточной и колонной головках, в исходном положении для проведения ревизии или замены трубной головки (ТГ) на устье скважины; на фиг. 2 - ГДБ в сборе, смонтированный на обсадной колонне (кондукторе) и фланце КГ, в исходном положении для переоборудования устья скважины с обвязкой колонной клиновой (ОКК 2 или ОКК 1); на фиг. 3 - укрупненно, вид сверху на фланцевый хомут (разрез Д-Д); на фиг. 4 - вид на ГДБ сверху (вид А); на фиг. 5 - укрупненно, конструкция узла поворота траверсы (выноска Б); 6 - укрупненно, конструкция механизма фиксации траверсы (выноска В); 7 - укрупненно, конструкция механизма захвата (выноска Г); 8 - ГДБ в сборе, смонтированный на обсадной колонне (кондукторе) и фланце КГ, при натянутой колонне НКТ с ТГ и установленным хомутом специальным трубным (ХСТ), охватывающим колонну НКТ; 9 - ГДБ в сборе, смонтированный на обсадной колонне (кондукторе) и фланце КГ, при демонтированных трубной и промежуточной головках и подвешенной на ХСТ колонне НКТ с навинченным переводником; 10 - ГДБ в сборе, смонтированный на обсадной колонне (кондукторе) и фланце КГ, при демонтированных трубной и промежуточной головках и натянутой эксплуатационной колонне для извлечения клиньев подвески ПКГ; 11 - ГДБ в сборе, смонтированный на обсадной колонне (кондукторе) и фланце КГ, при демонтированных трубной и промежуточной головках, а также разгруженных эксплуатационной и насосно-компрессорной колоннах, обвязанных переводником с установленным шаровым краном.
ГДБ (фиг. 1) состоит из опор крепления 1 и 2, в одних случаях, и 15, 16 (фиг. 2), в других случаях, а также гидроприводных стоек 3 и 4 (фиг. 1), траверсы 5 и механизма захвата 6.
Опоры крепления представлены в двух исполнениях, в первом случае, применяемом при проведении ревизии или замены ТГ на устье скважины, это комплект накидных Т-образных кронштейнов с ручками, в верхних плитах которых выполнены центральные посадочные отверстия и ввернуты шпильки 7 с гайками 8 на конце для сопряжения с гидроприводными стойками 3 и 4, а в нижней части кронштейнов ввернуты упорные винты 9 с призмами 10 на конце, и монтируется данный комплект опор через шпильки 11 с гайками 12 на нижнем фланце ПКГ, во втором же случае, применяемом при переоборудовании устья скважины типа ОКК 2 или ОКК 1, опора представлена трубным 15 (фиг. 2) и фланцевым 16 хомутами, соединенных между собой опорными проставками 17, установленных нижней частью на опорный фланец с ввернутыми шпильками 18 трубного хомута, а верхняя часть с ввернутыми шпильками 19 и гайками 12 на конце скрепляется, через стянутый шпильками 21 (фиг. 3) и гайками 22 фланец КГ хомут 16, с гидроприводными стойками.
Гидроприводные стойки 3 и 4 (фиг. 1) состоят из поршневых гидроцилиндров, обвязанных трубопроводом 23 (фиг. 4), оснащенным коллектором с встроенным гидрозамком поршневых полостей. Корпуса гидроцилиндров оснащены опорными фланцами с направляющими пальцами в нижней части, для сопряжения с ответными отверстиями опор крепления. Выдвигающиеся концы штоков соединены с траверсой 5 (фиг. 1) посредством гаек 13, зафиксированных на штоках винтами 14, при этом шток одной из стоек оснащен стаканом 35 (фиг. 6) с вертикальным пазом для сопряжения с фиксирующим пальцем 34 механизма, смонтированного на торце траверсы.
Траверса 5 (фиг. 1) представляет собой корпус, в котором со стороны стойки 4 выполнен открытый паз по всей высоте, для возможности выхода из сопряжения с соединенным с ней концом штока при повороте траверсы на оси конца штока стойки 3, за счет смонтированного там узла поворота (фиг. 5), размещенного в расточке траверсы и состоящего из опор качения 24, 25, 26 сопряженных со стаканом 27 и крышкой 28. Фиксация траверсы от поворота, на оси конца штока стойки при возврате в рабочее положение, осуществляется с помощью механизма (фиг. 6), смонтированного на торце траверсы и представляющего собой отжатую пружиной 29 рукоятку 30, шарнирно закрепленную осью 31 в проушине 32 и связанную через цапфу 33 с фиксирующим пальцем 34. В центральном отверстие траверсы размещается съемный вращающийся механизм захвата 6 (фиг. 1), имеющий вертикальный ход h и представляющий собой корпус 36 (фиг. 7) со съемной крышкой 37 и закрепленной в нем шпонкой 38 гайкой 39, взаимодействующей посредством резьбового соединения с ходовым винтом 40, имеющем внутренний проходной канал d заканчивающийся на верхнем торце муфтовой резьбовой частью, а в нижней части оснащенный съемным наконечником 41 с ниппельной резьбовой частью и штурвалом 42, сопряженный с ходовым винтом шпонкой 43, накидной гайкой 44 и компенсатором 45 из упругого материала, обеспечивающим совмещение шага наконечника в момент свинчивания его с устьевым переводником, а при необходимости пропуска через центральное отверстие колонны обсадных или насосно-компрессорных труб и их захвата, на верхнюю опорную плиту траверсы, вместо механизм захвата, монтируется захватное приспособление типа шлипсовой катушки, спайдера или другого. Траверса, за счет выдвижения штоков гидроприводных стоек, имеет вертикальный ход Н (фиг. 1).
Работа с ГДБ, для проведения переоборудования устья скважины типа ОКК 2, выполняется в следующем порядке.
С устья скважины демонтируются элементы фонтанной арматуры вместе с адаптером ТГ, а в подвеску НКТ 47 (фиг. 8) вворачивается устьевой переводник 46, с муфтовой резьбой в верхней части, соответствующей ниппельной резьбовой части наконечника механизма захвата. В переводник устанавливается шаровой кран (на фиг. 8 не показан). Далее фланцевый хомут 16 (фиг. 2) с помощью шпилек 21 (фиг. 3) и гаек 22 монтируется на фланец КГ, а затем трубный хомут 15 (фиг. 2) в сборе с опорными проставками 17 монтируется, путем размещения на подставках (на фиг. не показаны) полукорпусов трубного хомута и скрепляя их без затяжки болтами 20, ниже КГ на обсадной колонне (кондукторе) и соединяется верхними фланцами опорных проставок с ввинченными шпильками 19 с фланцевым хомутом, после чего окончательно стягивается болтами 20.
Затем с помощью грузоподъемной техники гидроприводные стойки 3 и 4 (фиг. 1) в сборе с траверсой 5, оснащенной механизмом захвата 6, устанавливаются на опоры крепления, совмещая их с помощью направляющих пальцев стоек с ответными отверстиями опор, и скрепляются гайками 8. К гидроприводным стойкам (фиг. 4) подключаются объединенные коллектором, с встроенным гидрозамком поршневых полостей, рукава высокого давления (РВД), концы которых оснащены быстроразъемными соединениями (БРС), образующие трубопровод 23 стоек. Верхняя часть ходового винта механизма захвата оборудуется шаровым краном 48 (фиг. 8). Демонтируется шаровой кран (на фиг. 8 не показан) из подвески НКТ и вращательными движениями штурвала механизма захвата резьбовой наконечник ввинчивается в переводник 46, после чего подвеска 47 с колонной НКТ 49 и раскрепленной от шпилечных соединений ТГ 50 поднимается, за счет подачи рабочей жидкости в поршневые полости стоек, на высоту HI достаточную для установки на освободившемся торце эксплуатационной колонны ХСТ 51, который зажимает колонну НКТ, разгружая, тем самым, ее вес на ПКГ 52, и размещения над ХСТ трубного ключа 54. После чего наконечник механизма захвата разъединяется с переводником 46. Воздействуя на рукоятку механизм фиксации траверса освобождается, от фиксации на штоке стойки, и поворачивается в сторону от оси устья скважины. Грузоподъемным устройством (на фиг. не показано) подвешивается стропами за верхний фланец ТГ и, путем вывинчивания ее поджимных винтов 53, освобождается от подвески и опускается вниз. Удерживая трубный ключ 54, зафиксированный на колонне НКТ, подвеска 47 с ввернутым переводником 46 отвинчивается и демонтируется. После чего ТГ беспрепятственно демонтируется с устья.
Для выполнения следующей операции на освобожденный от подвески ниппельный резьбовой торец колонны НКТ, удерживаемой ХСТ, навинчивается переводник 55 (фиг. 9), имеющий в верхней части ответную муфтовую резьбу для свинчивания с наконечником механизма захвата, а в нижней части, где расположена ниппельная резьбовая часть переводника, приварен к корпусу необходимой длины патрубок обсадной колонны того же диаметра, что и эксплуатационная колонна 56. Траверса возвращается в рабочее положение, с фиксацией на штоке, и вращая за штурвал наконечник механизма захвата соединяется с переводником 55, после чего подъемом траверсы натягивается колонна НКТ и демонтируются трубный ключ 54 с ХСТ 51.
Затем вращая за штурвал механизма захвата совмещается нижний торец патрубка переводника 55 с выступающим из ПКГ торцом эксплуатационной колонны 56, и с помощью сварного соединения крепится к нему. На верхний фланец ПКГ устанавливается приспособление для демонтажа клиньев (на фиг. не показано) и, после разгрузки клиньев за счет натяжения траверсой эксплуатационной колонны на высоту Н2 (фиг. 10), выполняется извлечение клиньев подвески из ПКГ.
После демонтажа клиньев ходом траверсы вниз эксплуатационная колонна опускается в скважину до момента разгрузки на цементный камень, а наконечник механизма захвата отсоединяется от переводника 55 и на место наконечника устанавливается шаровой кран 57 (фиг. 11). Затем траверса освобождается от фиксации на штоке стойки и совершается поворот в сторону от оси скважины, а ПКГ демонтируется с устья. Траверса, поворотом назад, возвращается в рабочее положение, с фиксацией на штоке.
Для демонтажа клиньев колонной головки ГДБ демонтируется с устья скважины. Устанавливается приспособление для демонтажа клиньев на фланец КГ и, после подрезки обсадной колонны (кондуктора) ниже корпуса КГ, извлекаются клинья подвески технической колонны, а КГ при этом проседает вниз на величину подрезки, после чего демонтируется с устья.
После нарезания резьбы на кондукторе и проведения ревизии демонтированных узлов, устранения выявленных неисправностей и, при необходимости, замены на новые, устанавливается КГ, вновь монтируется ГДБ и выполняются операции по оборудованию устья в порядке обратном вышеописанному.
Нередко при выполнении ГДБ ремонтно-восстановительных работ возникает ситуация, когда необходимо выполнить натяжение колонны обсадных или насосно-компрессорных труб не за счет съемного механизма захвата, вворачиваемого в переводник, а с помощью подъемного патрубка, приваренного нижним торцем к натягиваемой колонне, и пропущенного через центральное отверстие траверсы, при условии что съемный механизм захвата демонтирован, с фиксацией его механизмом захвата типа шлипсовой катушки, спайдера или другого, установленного на верхней плите траверсы.
ГДБ изготовлен Оренбургской ВЧ ООО «Газпром газобезопасность», прошел испытания в цеховых условиях и на эксплуатационных скважинах газоконденсатных и нефтяных месторождениях, а также подземных хранилищ газа при проведении ремонтно-восстановительных работ, связанных с заменой устьевого оборудования скважин, в том числе колонных и трубных головок, а также их отдельных элементов.
Источники информации
1. Патент на изобретение №2001117428 «Гидродомкратный блок» от 21.06.2006 г.
2. Патент на изобретение №2394152 «Способ ремонта эксплуатационных скважин» от 02.03.2009 г.