УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ УКЛАДКИ СКВАЖИННЫХ ТРУБ И ШТАНГ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕМОНТЕ СКВАЖИН
DEVICE FOR MECHANISED BOREHOLE PIPE AND STEM LAYING IN CONSTRUCTION AND REPAIR OF WELLS

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для укладки насосно-компрессорных труб, штанг и длинномерного оборудования при бурении, освоении и ремонте нефтяных, газовых и других скважин.
В настоящее время на практике применяются "Передвижные стеллажи для накопления и выдачи скважинных труб и насосных штанг", содержащие несущее основание в виде двух взаимосвязанных саней-полозьев (передних и задних), две колесные опоры, фиксируемые в транспортном (вертикальном) и в рабочем (горизонтальном) положениях с помощью трубчатых фиксаторов, правый и левый стеллажи, причем левый стеллаж снабжен механизмом изменения угла наклона, выполненным в виде приводного вала с роликами, размещенными внутри рамок, регулируемый по высоте приемный желоб и междурядные прокладки под трубы (патент РФ №2091561 Е21В 19/14 "Передвижные стеллажи для накопления и выдачи скважинных труб и насосных штанг").
Недостатками данной установки являются:
- сравнительная сложность конструкции и большая металлоемкость из-за наличия двух саней-полозьев (передних и задних), жестко взаимосвязанных между собой промежуточными боковыми связками, а также из-за наличия хвостовика-подъемника, шарнирно закрепленного к хвостовой части саней-полозьев;
- необходимость приложения больших физических усилий для перевода желейных опор из транспортного (вертикального) в рабочее (горизонтальное) положение и обратно, а также возможность появления опасных моментов при резком изменении угла наклона стеллажа.
Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются "Универсальные передвижные стеллажи для накопления и выдачи скважинных труб и насосных штанг", содержат основание, выполненное в виде саней-полозьев, снабженных в хвостовой части наружными боковинами, внутренними боковинами и закрепленными между ними с помощью фиксаторов и колесными опорами, причем фиксатор каждой опоры выполнен несъемным и служит осью поворота колесной опоры в продольном направлении (патент РФ №2178507 Е21В 19/14 "Универсальные передвижные стеллажи для накопления и выдачи скважинных труб и насосных" - прототип).
Данные универсальные передвижные стеллажи для накопления и выдачи скважинных труб и насосных штанг являются наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению и могут быть взяты за прототип.
Недостатками прототипа являются:
- необходимость перевода колес из транспортного (нижнего) в рабочее (верхнее) положение и обратно, а также использование талевой системы для осуществления данной операции;
- сравнительная сложность конструкции и металлоемкость из-за наличия сложных механизмов, жестко взаимосвязанных между собой, обеспечивающих работу установки.
Недостатком данных установок является то, что при их использовании сохраняется тяжелый труд рабочего и присутствие рабочего в опасной близости к движущим частям агрегата для ремонта скважин. Отсюда, как следствие, снижается культура производства, отрицательно сказывается и на безопасности труда.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, уменьшение металлоемкости, улучшение эксплуатационных качеств, расширение функциональных возможностей данного вида нефтепромыслового оборудования, повышение культуры производства и безопасности труда.
Установка состоит: из передвижной платформы, на которой установлен кран-манипулятор с захватом для насосно-компрессорных труб и штанг. Оснащена гидростанцией, для приведения в действие гидравлических опор крана-манипулятора и крана-манипулятора; дополнительно может быть установлена мобильная электростанция, для питания кабины управления, гидростанции, освещения и сопутствующего оборудования. Имеются съемные опоры под стеллажи; стеллажи для укладки насосно-компрессорных труб и штанг. Конструкция устройства позволяет повысить производительность при выполнении спускоподъемных операций; повысить культуру производства и улучшить безопасность труда.
Поставленная цель достигнута описываемым устройством, включающим раму, стойки, приемные мостки, смонтированные на полуприцеп, кран-манипулятор.
Новым является то, что платформа снабжена:
- краноманипуляторной установкой, установленной на платформе и жестко закрепленной на раме;
- стеллажи для укладки насосно-компрессорных труб и штанг;
- кабиной управления, обеспечивающей дистанционное управление краноманипуляторной установки и снабженной в зависимости от условий эксплуатации для холодных климатических зон, и предусмотрены тепловые установки, для жарких климатических зон - кондиционеры и оснащение кабины вентиляционным оборудованием для обеспечения подачи чистого не загазованного воздуха, что также повысит условия труда и понизит затраты на производственный фактор предприятием;
- захват для насосно-компрессорных труб и штанг.
Отличительные признаки предлагаемого устройства, изложенные выше, как показывает анализ, не являются идентичными и эквивалентными со сходными признаками аналогичных технических решений и позволяют получить новый положительный эффект, не свойственный известным устройствам. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия" изобретения.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг (транспортное положение), на фиг.2 - вид (рабочее положение), на фиг.3 - кран-манипулятор (рабочее положения), на фиг.4 - стеллажи с опорами (рабочее положение). Все виды выполнены в изометрии.
Устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг содержит платформу 1 (фиг.1), смонтированную на раме 7, снабжено гидравлическими опорами 2 крана-манипулятора, колесными опорами 9, причем гидравлические опоры 2 выполнены несъемными и служат для обеспечения устойчивости платформе и крану-манипулятору 8. На платформе 1 смонтирована гидростанция 4, обеспечивающая работу гидравлики крана-манипулятора 8 и гидравлических опор 2, также может быть оснащена мобильной электростанцией для обеспечения питанием гидростанции, кабины управления 5, освещения и сопутствующего оборудования. Кабина управления 5 выполнена съемной, что позволяет устанавливать ее непосредственно в место работ, для улучшения обзора оператору. На платформе 1 размещаются также стеллажи 3 и опоры 6, которые могут меняться по высоте, что позволяет в условиях неровной поверхности места работ отрегулировать положение стеллажей 3.
Стеллажи 3 могут выполнять прием как насосно-компрессорных труб, так и штанг соответственно, что позволило сократить количество дополнительных устройств и снизить металлоемкость установки. Простая конструкция стеллажей позволяет при необходимости наращивать стеллажи, увеличивая количество размещенных насосно-компрессорных труб 10 (фиг.2). Стеллажи 3 позволяют беспрепятственно захвату 11 (фиг.3) брать насосно-компрессорные трубы 10, для последующей ее подачи к устью скважины. Строгое расположение ячеек в стеллажах 3 для приема насосно-компрессорных труб 10 обусловлено тем, что устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг при соответствующем оснащении агрегата для ремонта скважин и программным обеспечением заявляемой установки позволит автоматизировать процесс спуско-подъемных операций. Стеллажи 3 снабжены прокладками.
Кран-манипулятор 8 (фиг.1) имеет постамент 12 (фиг.3), механизм поворота 13, обеспечивающий поворот крана-манипулятора на 360°. Основание 14, силовой цилиндр 15, обеспечивающий подъем первой стрелы 16. Гидроцилиндр 17 обеспечивает выдвигание секции первой стрелы 18. Гидроцилиндр 19 обеспечивает наклон второй стрелы 20, что позволяет в случае неровной укладки насосно-компрессорных труб или стеллажей, отрегулировать положение захвата 11, также при передаче трубы агрегату для ремонта скважин позволяет позиционировать трубу в устье скважины. Гидроцилиндр 21 обеспечивает выдвижение секции второй стрелы 22. Механизм поворота 13 крепится ко второй секции стрелы и обеспечивает параллельность захвата 11 насосно-компрессорной трубе 10 в момент укладки и приема трубы со стеллажей 3 (фиг.2). Захват 11 имеет ряд конструктивных особенностей - это выдвижные секции, которые в развернутом положении позволяют осуществлять захват штанг и обеспечивать жесткость при передаче агрегату и укладки на стеллажи 3; также клинья радиального исполнения, что позволяет осуществлять захват насосно-компрессорных труб и штанг, не меняя клиньев во время работы.
Устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг при строительстве и ремонте скважин требует выполнения ряда модернизаций конструкции агрегата для ремонта скважин. А именно, установка ключа с дистанционным управлением и механизированной системой подачи ключа к насосно-компрессорным трубам и штангам для свинчивания и развинчивания и установку нижнего центратора, для стыковки труб. Данное улучшение в комплексе с установкой механизированной укладки скважинных труб и штанг позволит сократить число обслуживающего персонала до двух рабочих. Один будет выполнять роль машиниста, а именно управлять талевой системой и гидравлическим ключом из кабины агрегата. Второй рабочий будет выполнять роль оператора и будет находиться в кабине управления устройства для механизированной укладки скважинных труб и штанг. Описанное ранее решение позволит повысить безопасность, защитив рабочих от работы в непосредственной близости к движущим элементам агрегата и устройства для механизированной укладки скважинных труб и штанг, также повысит комфортабельность рабочих, защитив их от погодных влияний разных климатических зон. Эксплуатация устройства для механизированной укладки скважинных труб и штанг позволит сократить временные затраты на спуско-подъемные операции до 50%, что существенно повышает возможности и область применения. При оснащении дополнительным оборудованием, а именно необходимыми датчиками и программным обеспечением, позволит создать программу управления для автоматизации процесса спуска-подъема. Также данное повышение оснащенности позволит в ряде случаев сократить временные затраты на спуско-подъемные операции в ряде случаев до 70%. Применение данного оборудования на практике при продолжительном ремонте скважин, осложненном длительными спуско-подъемными операциями, позволит извлечь максимальную выгоду от эксплуатации устройства для механизированной укладки скважинных труб и штанг. Главное направление описываемой установки направлено на стимулирование нефтегазодобывающей промышленности на дальнейшее автоматизирование спуско-подъемных операций и исключение рутинной работы из обихода. Первоочередным признаком по повышению производительности зависит от скорости перемещения скважинных труб и штанг от стеллажей в устье скважин и обратно. При использовании труда рабочего возникают ограничения этого показателя, которые определены регламентами по безопасности работ на скважине и физическими показателями человека, который просто неспособен работать в повышенном темпе, не рискуя получить травму или, не осложнив ремонт скважины своими действия. Механизмы установки и электронное оборудование позволит повысить скорость перемещения скважинных труб и штанг в месте работ. Устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг позволит повысить срок эксплуатации резьбовых соединений и исключит обрыв насосно-компрессорных труб по вине рабочего. Зачастую ловильные работы на скважине производятся из-за порчи резьбовых соединений, что обусловлено человеческим фактором. В попытке произвести ремонт скважины с минимальной затратой отведенного времени, рабочий в спешке производит свинчивание развинчивание резьбовых соединений, что в некоторых случаях приводит к ухудшению или порче витков резьбы, что в свою очередь приводит к осложнениям при ремонте, а именно приводит к ловильным работам.
Устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг при строительстве и ремонте скважин используется в работе в следующем порядке.
С помощью тягача устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг доставляется на ремонтируемую скважину и устанавливается таким образом, чтобы ось платформы 1 (фиг.1, 2) проходила через центр устья скважины. Гидравлические опоры 2 опускаются до упора в землю и фиксируются, впоследствии работы остаются в зафиксированном положении. Выставляются опоры 6 по обе стороны платформы, устанавливается первый стеллаж 3, после опоры 6 регулируются по высоте до выведения стеллажей 3 и соседних с ними стеллажей на один горизонтальный уровень. Визуально проверяются гидравлические соединения крана-манипулятора 8, после чего проводится ряд манипуляций для удостоверения работоспособности всех узлов крана-манипулятора 8, гидростанции 4 и сопутствующего гидравлического оборудования. Поле проверки крана-манипулятора 8, устанавливается в место работ кабина управления 5.
Первая извлеченная из скважины насосная штанга укладывается в первую (свободную) ячейку стеллажа 3. Таким образом укладываются и остальные насосные штанги, процесс по накоплению насосных штанг повторяется.
Процесс извлечения и накопления скважинных труб аналогичен процессу извлечения и накопления насосных штанг. Кран-манипулятор 8 подает в элеватор подъемного агрегата трубу, после чего фиксируется в данном положении до подвода гидравлического ключа. В момент, когда труба зафиксирована в элеваторе и гидравлический ключ (ключ с дистанционным управлением) произвел свинчивание, кран-манипулятор 8 отводится за следующей трубой. Талевая система начинает спуск трубы в скважину. Такие же операции повторяются и с другими трубами. После завершения операций по спуску скважинных труб приступают к обратной подаче насосных штанг в сторону устья скважины. Для этого первая по верхнему ряду насосная штанга берется захватом 11 крана-манипулятора 8 и подается в центр скважины к элеватору и гидравлическому ключу, далее спускается в скважину. Вслед за этим операции по спуску насосных штанг повторяются. После завершения спуско-подъемных операций с трубами и насосными штангами устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг переводятся в транспортное положение следующим образом. Убирается кабина управления 5 на платформу 1. Кран-манипулятор 8 занимает свое фиксированное положения и фиксируется на платформе 1. Стеллажи 3 и опоры 6 укладываются на платформу 1. Гидравлические опоры 2 поднимаются до верхнего положения и фиксируются.
После выполнения указанных работ устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг транспортируется на другую скважину, подлежащую освоению или ремонту.
На конечном этапе модернизации агрегата для ремонта скважин и при совместной эксплуатации устройство для механизированной укладки скважинных труб и штанг, комплекс позволит работать как в автономном, так и в ручном режиме:
Начало работ:
1. Компоненты установки необходимо установить в относительной близости к устью скважины.
2. Выставить опорные элементы, установить оттяжки агрегата для ремонта скважин.
3. Установка готова к ручному режиму работ. Подготовка к автономному режиму работ:
1. В ручном режиме работ оператор обязан произвести манипуляции со спуском и подъемом труб и штанг соответственно.
2. Задать необходимую информацию по требованию программы.
3. Установка готова к автономному режиму работ. Подъем насосно-компрессорных труб:
1. Талевая система находится в нижнем положении. НКТ удерживаются спайдером, клинья элеватора плашками подводятся под муфту.
2. Колонна НКТ освобождается от клиньев спайдера, талевая система перемещается на длину трубы в верхнее положение.
3. Клинья спайдера опускают до жесткого удержания НТК, производится отворот трубы посредством ключа серии ГКШ.
4. После отворота труб НКТ, труба удерживается элеватором и нижним центратором.
5. Подходит крано-манипуляторная установка с механизмом захвата труб.
6. После того как механизм захвата захватил трубу и удерживает ее, труба высвобождается от нижнего центратора и элеватора.
7. Крано-манипуляторная установка уводит трубу к стеллажам и помещает ее на стеллажи в свободную секцию. Тем временем талевая система производит спуск и захват элеватором за муфту трубы, после начинает движение вверх.
8. К тому моменту как крано-манипуляторная установка высвобождается от трубы и приходит в исходное положение, талевая система готова к отпуску следующей трубы, труба уже отвернута.
9. Далее процесс повторяется.
Спуск насосно-компрессорных труб:
1. Талевая система находится в верхнем положении и готова к приему труб.
2. Крано-манипуляторная установка перемещает механизм захвата труб к первой трубе, находящейся на стеллажах, и механизм захвата берет трубу, далее труба подается к талевой системе.
3. При помощи крано-манипуляторной установки труба подается в элеватор.
4. После зацепления в элеваторе, нижний центратор уже подведен и готов к центрированию трубы. Центратор нижний захватывает трубу.
5. Производится высвобождение механизма захвата труб.
6. Крано-манипуляторная установка отводится за следующей трубой. Центратор нижний подает трубу к муфте, производится стыковка труб.
7. Подводится ключ ГКШ. Производится свинчивание труб.
8. В момент, когда труба уже свинчена, ключ ГКШ и нижний центратор отводятся в сторону от трубы.
9. Труба высвобождается из зацепления в спайдере.
10. Талевая система начинает движение вниз, производиться спуск.
11. Талевая система в нижнем положении, трубу захватывает спайдер и осуществляет удержание колонны.
12. Элеватор высвобождается от трубы и начинает движение вверх.
13. Далее процесс повторяется.
Примечание: Работа в ручном режиме аналогична работе в автономном режиме. За исключением проводимых операций, все операции проводятся вручную непосредственно с пульта управления.