Лекция ТТДНГ. ЛЕК РУС (1). Конспект лекций по дисциплине Технология и техника добычи нефти и газа Образовательная программа 6В07203 Нефтегазовое дело
 Скачать 3.34 Mb.
|
Лекция 7. Структура подземного ремонта и освоения скважин. Классификация применяемого оборудования.Современная техника разработки нефтегазовых месторождений и эксплуатации скважин не обеспечивает долговечности собственно скважины и спущенного в неё оборудования в течении срока жизни месторождения. За время эксплуатации, как сама скважина, так и её эксплуатационное оборудование неоднократно отказывают. Для ликвидации подобных ситуаций становится необходимо выполнять работы, обычно называемые подземным ремонтом скважин. Обеспечение работоспособности оборудования, спущенного в скважину для её эксплуатации, т.е. оборудование для подъема пластовой жидкости или газа, относится к текущему ремонту скважин. Работы по восстановлению ствола скважины, её фильтра, устьевой части скважины, работы по изоляции подошвенных вод пласта и его прифильтровой зоны; работы связанные с переходом на эксплуатацию нового горизонта, по забуриванию новых стволов принято называть капитальным ремонтом скважины. Текущий ремонт скважин – самый массовый и в то же время самый тяжелый и трудоемкий. Капитальный ремонт скважин хотя и не очень массовый (по объему в 10 раз меньше текущего) отличается значительной продолжительностью. Применяемый в настоящее время комплекс технических средств для ремонтных процессов велик по номенклатуре и отличается исключительным многообразием типов. Это объясняется разнообразием операций, составляющих процессы. Поэтому для изучения комплекса технических средств необходима их классификация и систематизация. Пооперационная структура процессов ремонта и освоения скважин. Процесс текущего ремонта скважин независимо от его назначения состоит из транспортных, подготовительно-заключительных, спуско-подъемных, технологических операций. Целью транспортных операций является доставка комплекса средств выполнения ремонта к скважине и от неё. Цель подготовительных операций – подготовка скважины и приустьевой зоны к выполнению СПО, для подъема из скважины оборудования и его спуска в скважину, а так же подготовка к выполнению технологических операций. На выполнение технологических операций в цикле текущего ремонта тратиться 0,050,3 всего времени. Совершенно особое значение по влиянию на трудоемкость и суммарные затраты времени текущего ремонта в целом имеет группа спуско-подъемных операций. Эта группа операций как и технологические наиболее специфична только в нефтегазодобывающей промышленности. Особенностью капитального ремонта скважин является необходимость в целом ряде случаев выполнять операции, аналогичные операциям, осуществляемым при сооружении скважин, т.е. транспортировку и монтаж буровой установки, и все остальные операции по проводке, закачиванию и освоению скважины. Пооперационная структура процесса освоения скважин значительно проще структур подземного ремонта. Анализ показывает, что во всех трех процессах выявляются операции – аналоги. Например – СПО, транспортные, подготовительно - заключительные работы. Выявление операций – аналогов в разных процессах способствует созданию для их выполнения однотипных унифицированных машин, оборудования, инструмента и средств механизации, резко повышая тем самым их эффективность. Классификация оборудования для текущего и капитального ремонта и освоения скважин Оборудование для текущего ремонта скважин состоит из спуско – подъемного, технологического и транспортного. Спуско–подъемное – подъемники и агрегаты, инструмент, средства механизации, средства автоматизации. Технологическое – промывочные агрегаты, депарафинизационные агрегаты, тартальное оборудование. Транспортное оборудование – транспортные базы колесные, гусеничные, плавучие, на воздушной подушке. Оборудование для капитального ремонта скважин состоит из: Агрегатированного оборудования (установки); Инструмента для внутрискважинных работ (долота, трубы, ловильный инструмент); Инструмента для СПО (элеваторы, ключи); Неагрегативного компануемого оборудования (вышки, насосы, роторы, талевые системы, подъемники). Главное отличие техники капитального ремонта скважин от техники текущего заключается в широком использовании комплекса бурового оборудования. Оборудование применяемое при обеих видах ремонтов отличается большим числом и разнообразием назначения и специфика работ потребовала создания самостоятельных служб текущего и капитального ремонта скважин. Спуско-подъемные операции при текущем и капитальном ремонтах и освоении скважин. В отличии от СПО, при бурении скважин, где его продолжительность не превышает 510% времени строительства скважин, СПО при текущем ремонте как по времени, так и по затратам труда является его основой. Объемы работ СПО при капитальном ремонте и освоении скважин во много раз меньше, чем при текущем ремонте. В отличии от СПО при бурении, капитальном ремонте и освоении скважин, при текущем ремонте объектом этих операций кроме НКТ являются так же насосные штанги, токонесущие кабели, гибкие (наматываемые) трубы, штанги и канаты. СПО представляют собой циклические повторяющиеся операции. Число циклов при спуске и подъеме равно. Спуск и подъем гибких наматываемых колонн труб и штанг, а также токонесущего кабеля не превышает 5% от всего объема работ. В общем виде время затрачиваемое на подъем колонны будет: TП=kt где k – число свечей в колонне; t – среднее время подъёма одной свечи. Затраты времени на спуск и подъем колонны труб или штанг будут зависеть от целого ряда факторов: от скорости подъема колонны, от мощности привода подъемника, от трудоемкости выполнения остальных операций, от длины свеч, от технологии выполнения СПО. Технология спуско-подъемных операций. Многие годы СПО выполнялись в определенной последовательности с одинаковыми приемами и содержанием операций. Затем появились новые способы, отличающиеся уровнем механизации и степенью совмещения разных операций по времени. Сопоставление технологий СПО показывает, что предпочтительней использование совмещения операций с максимальной их механизацией и автоматизацией. В этом случае затраты труда и времени минимальные. Технология работы с непрерывными трубами и штангами обеспечивает наибольшую скорость подъема (спуска) колонны и резкое упрощение как технологии СПО так и оборудования для их выполнения. Преимуществом последнего является непрерывность подъема или спуска НКТ или штанг при постоянной скорости. Это исключает гидравлические удары, разрушающие ствол, прифильтровую зону скважины, пласт. Исследования показали, что увеличение длины свечи уменьшает трудоёмкость спуска – подъема и ускоряет его. На этом основании возникла тенденция увеличения длины свечи увеличением числа составляющих её труб. Это привело к увеличению высоты вышек и существенным изменением в конструкции узлов подъемников. Для определения эффективности этого направления были выполнены исследования которые показали: При высокой степени совмещенности операций увеличение длины свечи ускорения спуско-подъемных операций почти не дает. Без совмещения операций эффект от увеличения длины свечей существенный. Однако уже при n=3 приращение эффекта резко уменьшается. Увеличение длины свечи приводит к соответствующему увеличению габаритов основных узлов подъемника, его массы. Это ухудшает их монтажеспособность, транспортабельность. Отсюда следует, что в районах с наиболее тяжелыми условиями транспортировки оборудования целесообразно применять агрегаты рассчитанные на применение свечей с малой длиной и для районов с хорошими условиями транспортирования – на большую длину свеч. 4. Трудоемкость спуско-подъемных операций. Основное внимание исследователей, конструкторов, производственников в течении длительного времени было сосредоточено на совершенствовании подъемника, его привода, трансмиссии, лебедки талевой системы, вышки. В результате подъемники превратились в мощные и сложные агрегаты. Совершенствованию других операций уделялось мало внимания. В результате возникло положение, при котором темп спуско-подъемных операций перестал увеличиваться, а трудоемкость не снизилась. Отсюда был сделан вывод, что главные резервы сокращения затрат времени и труда на СПО заложен в остальных операциях, на время выполнения которых качество подъемника почти не влияет. Исследования показали необходимость уделить внимание совершенствованию оборудования и инструментов для выполнения остальных операций и комплексному подходу к совершенствованию техники СПО. Инструмент для спуско-подъемных операций. При существующем уровне механизации и используемых технологиях СПО, они выполняются при всех видах подземного ремонта и освоения скважин с использованием ручного инструмента. К этому инструменту относятся: трубные элеваторы и штропы, трубные ключи, штанговые элеваторы и штанговые ключи. Элеваторы и штропы. Элеваторы трубные предназначены для удержания на весу колонны труб при её подъеме или спуске, а так же для удержания отдельных труб или свеч. Элеватор – грузоподъемное устройство воспринимающее вес колонны труб и дополнительные нагрузки. Суммарная предельно допустимая нагрузка на элеватор называется его грузоподъемностью. Штропы, на которые подвешивается элеватор на талевый крюк служат промежуточным звеном между ним и талевым крюком. Штропы также относятся к грузоподъемным устройствам, а их грузоподъемность определяется аналогично грузоподъемности элеватора. Операции по зарядке и снятию элеватора с трубы выполняются вручную. Следовательно, с точки зрения возможного сокращения времени выполнения операций массы элеваторов и штропов имеют решающее значение. Однако элеваторы и штропы используемые при подземном ремонте должны обеспечивать грузоподъемности до 100120 т. При этом массы их значительны и они конструктивно сложны с точки зрения безопасности. Таким образом налицо противоречие с одной стороны надежность и безопасность, с другой ускорение оперирования. Задача состоит в их оптимальной конструкции. Элеватор работает вне помещения при температурах окружающей среды и находится в контакте с трубами покрытыми парафином, нефтью, водой поэтому конструкция и изготовление элеватора должны обеспечивать его надежность в эксплуатационных условиях. Выпускаются четыре типа элеваторов: по балочной 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. а  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 системы, шарниров и пружин. (К слайду 12) 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 ееповреждения. 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. (к слайду 13) 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. |