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 8. Средства механизации спуско-подъемных операцийТехнология 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 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. Оборудование, используемое для проведения спуско-подъемных операций, можно выделить в несколько основных категорий, представленных ниже: • оборудование для раскрепления и закрепления технологических и насосно-компрессорных труб; • оборудование для захвата и подъема технологического инструмента, трубы и оборудования; • оборудование для удерживания подвешенной колонны на устье скважины; • вспомогательное и крупногабаритное оборудование. Оборудование для раскрепления и закрепления технологических и насосно-компрессорных трубВ качестве оборудования для раскрепления и закрепления насосно-компрессорных и технологических труб, проведения монтажных работ технологического оборудования, спускаемого в скважину, используются специальные трубные ключи, которые можно разделить по типу механического, гидравлического и автоматического действия. Ключи трубные механизированные Ключи (автоматы) АПР-2ВБМ, АПР-ГП предназначены для механизации операций свинчивания и развинчивания, центрирования, автоматизации захвата, удержания на весу и освобождения колонны насосно-компрессорных труб при подземном ремонте скважин. Применяются в умеренном и холодном макроклиматических регионах. Основные технические характеристики ключей представлены в табл. 1 Таблица 1 Техническая характеристика автомата АПР
Ключ-автомат АПР-2ВБМ предназначен для механического свинчивания и развинчивания труб при помощи вращателя, который автоматизирует захват и удержание на весу колонны при помощи автоматического спайдера, а также центрирует колонну труб. Автомат рассчитан на использование его совместно с элеваторами ЭТА и трубными ключами КТГУ и КОТ.  Рис. 1. Ключи-автоматы: а - АПР-2ВБМ; б - АПР-ГП Автомат АПР-2ВБМ со взрывобезопасным электроприводом состоит из блока вращателя, клиновой подвески, центратора, балансира с грузом, привода и блока управления электроприводом. Блок вращателя представляет собой корпус клинового спайдера с герметизированным червячным редуктором и водилом, передающим усилие вращения трубному ключу. На конце червяка смонтированы полумуфта центробежной муфты и инерционное устройство, блок клиновой центробежной муфты и инерционное устройство. Блок клиновой подвески состоит из направляющей с кольцевым основанием, к которому шарнирно подвешены три клина. Клинья для труб диаметром 48, 60 и 73 мм сборные и состоят из корпуса клина и стенных плашек. В настоящее время не имеет широкого применения, однако, периодически встречается в бригадах КРС. Внешний вид механического ключа представлен на рис. 1. Ключи механические универсальные КМУ-50, КМУ-ГП-50, КПГ-12 Предназначены для механизации операций по свинчиванию и развинчиваю, центрированию, захвату, удержанию на весу колонны насосно-компрессорных труб при текущем ремонте скважин, эксплуатируемых всеми видами оборудования, включая электропогружные насосы. Применяются в умеренном и холодном макроклиматических районах. Технические характеристики представлены в табл. 2. Универсальный механический ключ КМУ-50 предназначен для механизации операций по свинчиванию-развинчиванию, удержанию колонны насосно-компрессорных труб при текущем ремонте скважин. Ключ состоит из блока вращателя с электроприводом, спайдера с блоком клиньев и блока управления электроприводом. Таблица 2 Техническая характеристика ключей типа КМУ
Вращатель - двухступенчатый редуктор с прямозубой цилиндрической передачей, рабочим органом которого является разрезное колесо с установленным на нем водилом. Корпус вращателя и разрезанное колесо имеют прорезь для пропуска насосно-компрессорных труб. Привод ключа КМУ-50 электрический инерционный взрывобезопасный с питанием от промысловой сети напряжением 380 В. Ключ оснащен блоком управления электропривода. Вращатель с электроприводом прикреплен быстросъемными зажимами к поворотной стойке, состоящей из плиты кронштейна, приваренного к спайдеру. Инерционное устройство позволяет регулировать величину крутящегося момента на водиле ключа путем установки соответствующих сменных маховиков. Управление электроприводом - посредством магнитного пускателя и кнопочного поста управления. Полуавтоматический спайдер состоит из разрезанного, сменных блоков клиньев для труб диаметром 60, 73 и 89 мм, рукоятки управления и хомута. К корпусу спайдера приварен кронштейн для установки вращателя. Технические характеристики ключа представлены в табл. 2. Внешний вид ключа КМУ представлен на рис. 2.  Рис. 2. Внешний вид ключа КМУ-50 Ключ трубный гидравлический ГКШ-1200 Предназначен для механизации процесса свинчивания-развинчивания НКТ при СПО. Внешний вид ключа ГКШ-1200 представлен на рис. 3. Питание ключа осуществляется с помощью гидравлической системы подъемника. В состав ключа ГКШ-1200 входят следующие основные узлы: • редуктор зубчатый ГКШ; • шестеренный гидромотор; • гидрораспределитель SD-18/1; • коробка передач ГКШ; • цилиндр подвески ГКШ; • подвеска ГКШ; • манометр. Момент завинчивания НКТ фиксируется на манометре, где шкала проградуирована специальным образом, а показания манометра указывают момент завинчивания НКТ.  Рис. 3. Внешний вид ГКШ-1200 Зарубежным аналогом гидравлического ключа являются ключи Oil-Country (компания Weatherford), работающие по аналогичному признаку, что и ГКШ. Внешний вид наиболее распространенной марки ключа (модели 55000, 56800, 55700 и 57800) для НКТ представлен на рис. 4, технические характеристики представлены в табл. 3. В качестве отличительных особенностей ключей Oil-Country можно выделить следующие: • увеличенный рабочий диапазон типоразмеров труб до 5-1/2 дюйма; • ключ открытого типа с более высоким крутящим моментом; • встроенный тензодатчик и моментомер на удерживающем устройстве для более точного определения крутящего момента свинчивания труб; • клапан регулировки давления при свинчивании, смонтирован на ключе; • привод с помощью зубчатого механизма без использования цепей.  Рис. 4. Внешний вид гидравлического ключа Oil-Country (компания Weatherford), модель СИ 58-1 Таблица 3 Технические характеристики
Для создания противоположного момента для отвинчивания НКТ используются специальные трубные задержки, устанавливающиеся ниже ключа, на соседнюю трубу, с целью создания момента сопротивления, необходимого для отвинчивания трубы. Внешний вид трубной задержки представлен на рис. 5.  Рис. 5. Внешний вид механической трубной задержки Ключи трубные ручные Ключи одношарнирные трубные К0Т48-89, КОТ89-132 Одношарнирные трубные ключи типа КОТ, представленные на рис. 6, предназначены для проведения монтажно-демонтажных промысловых работ, свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб при спуско-подъемных операциях на скважинах. Технические характеристики ручных ключей типа КОТ представлены в табл. 4.  Рис. 6. Ключ КОТ 48-89, внешний вид Таблица 4 Технические характеристики ключей типа КОТ
КТГУ (ключ трубный горизонтальный усиленный) Предназначен для свинчивания-развинчивания труб нефтяного сортамента путем захватывания их за тело или муфту автоматизированным или ручным способом. КТГУ также используется для проведения монтажно-демонтажных работ, при спуско-подъемных операциях на скважинах насосно-компрессорных труб с помощью ключа автомата АПР-2-ВБМ или механического ключа КМУ-50. Внешний вид и технические характеристики представлены в табл. 5 и на рис. 7. Таблица 5 Эксплуатационные характеристики ключей типа КТГУ
 Рис. 7. Ключ КТГУ, внешний вид Ключ трубный двухшарнирный КТДР Применяется в процессе подземного и капитального ремонта скважин для свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб как при использовании механических ключей, так и при работе вручную, для чего ключ снабжен дополнительной рукояткой. Ключи КТДР-43, КТДР-60, КТДР-73, КТДР-89 также выполнены с шаровыми фиксаторами сменной плашки и дополнительной рукояткой, что способствует быстросменно этих элементов при необходимости их замены. Внешний вид представлен на рис. 8.  Рис. 8. Внешний вид ключа КТДР Ключ КШК и КШ Круговой ключ штанговый КШК с регулируемыми зажимными плашками применяется для отвинчивания штанг при закрепленном плунжере глубинного насоса. Во время подземного ремонта скважин при заедании плунжера наглубинного насоса приходится поднимать трубы вместе со штангами. Так как муфтовые соединения труб не совпадают с соединениями штанг, то после отвинчивания очередной трубы над муфтой, установленной на элеваторе, будет находиться гладкое тело штанги, захват которого штанговым ключом невозможен. В круговом ключе, представленном на рис. 9, штанги захватываются плашками, имеющими угловые вырезы с зубьями. Одна из плашек неподвижная, прикреплена двумя штифтами к внутренней части ключа, а вторая - подвижная, прикреплена к внутреннему концу зажимного стержня.  Рис. 9. Ключ КШ, внешний вид: сверху - штанговый; снизу - штанговый круговой Ключи цепные (вулканы) Ключи цепные применяются при ручном свинчивании и развинчивании труб различного диаметра. Ключ состоит из рукоятки, двух шарнирно-соединительных шеек с зубьями с плоскими шарнирными звеньями. Для придания прочности щеки термически обрабатываются. Изготавливаются цепные ключи двух типов: КПЦ - ключ цепной нормальный, КЦО - облегченный. Также можно использовать любые другие разновидности ключей, с помощью которых можно отворачивать трубу НКТ или ТТ. Из зарубежных аналогов можно выделить ключи фирмы RIDGID. Внешний вид ключей представлен на рис. 10, а технические характеристики в табл.6. Таблица 6 Техническая характеристика ключей КЦ _
 Рис. 10. Разновидности цепных ключей фирмы RIDGID Оборудование для захвата и подъема технологического инструмента, трубы и оборудования Элеваторы При проведении спуско-подъемных операций необходимо захватывать и удерживать на весу колонну НКТ или бурильной трубы. Для этой цели используются различные захватные приспособления, крепящиеся на крюке, к ним относятся элеваторы и хомуты. По типу захвата и удержания трубные элеваторы разделяются на элеваторы: • с захватом под муфту; • с захватом под высадку трубы; • с захватом за тело трубы (элеватор-спайдер). Элеваторы первого типа наиболее распространены и предназначены для работы с муфтовыми трубами. Элеваторы второго типа применяются для работы с трубами с высадкой наружу, а третьего типа - для работы с безмуфтовыми трубами, а также в случае, когда контактная нагрузка от веса колонны превышает допустимую. Конструктивное исполнение элеватора зависит от диаметра захватываемых труб, от способа захватывания, несущей нагрузки и технологии ремонта. Этим объясняется многообразие конструкций трубных элеваторов, применяемых при подъемном ремонте скважин. Для насосно-компрессорных труб применяют втулочные с одним штропом и балочные с двумя штропами элеваторы. Первые получили наибольшее распространение в подземном ремонте. Элеватор относится к наиболее ответственным инструментам спуско-подъемных операций, его отказ может привести к травмам и серьезным авариям, ликвидация которых потребует значительных средств. В элеваторе наиболее ответственным элементом является механизм запирания (затвор), который должен обеспечить надежное закрывание захватного устройства во время спуско-подъемных операций. К элеваторам предъявляются следующие требования: • обеспечение надежной работы в условиях сильного загрязнения поверхности трубы нефтью, парафинами и солями, а также при низких температурах; • стойкость к динамическим нагрузкам от рывков и ударов, возникающих при эксплуатации, например при ловильных работах; • легкость и удобство в работе; • отсутствие выступающих частей во избежание задевания при подъеме за элементы талевой системы, одежду оператора и т. д.; • надежное запирание, предотвращающее самопроизвольное открытие в процессе СПО. Кроме того, механизм запирания должен: • обеспечивать надежную работу рукой в рукавице, причем желательно одной рукой, т. к. при этом увеличивается устойчивость оператора; • выдерживать большое количество циклов открытия-закрытия; • быть простым и надежным в работе; • обеспечивать однозначность положения закрыто-открыто; • иметь несколько степеней защиты от несанкционированного раскрытия; • положение механизма запирания должно контролироваться как визуально, так и на слух по щелчку. Одноштропные элеваторы На промыслах в подземном ремонте наибольшее распространение получили одноштропные (втулочные) элеваторы с захватом под муфту, входящие в комплект инструмента для работы с насосно-компрессорными трубами. Первыми такими элеваторами были элеваторы ЭГ конструкции Молчанова. В настоящее время выпускаются модернизированные конструкции этих элеваторов. Элеватор ЭТА Одноштропные элеваторы ЭТА с автоматическим захватом предназначаются для захвата и удержания на весу насосно-компрессорных труб с гладкими и высаженными концами при механизированном свинчивании и развинчивании труб, а также при ручной работе со спайдером. Технические характеристики элеватора приведенны в табл. 7. Внешний вид представлен на рис. 11. Элеватор состоит из корпуса 4, серьги 7, соединенных шарнирно с помощью пальцев 2 и шплинтов 3. В корпусе помещен узел захвата 8, с тыльной стороны которого располагается рукоятка 5, соединенная с корпусом при помощи направляющей втулки 6 и двух штырей 7. Левая и правая направляющие 9, прикрепленные к корпусу элеватора болтами 10, обеспечивают раскрытие и закрытие челюстей захвата. Внутренняя полость литого корпуса имеет поверхность под захват для труб. Захват для труб является сменным узлом, подбираемым в зависимости от диаметра труб. Таблица 7 Технические характеристики элеваторов ЭТА_
 Рис. 11. Внешний вид элеватора тина ЭТА Элеваторы балочного типа (двухшторопные) выпускаются нескольких марок. Двухштропные элеваторы типа ЭХЛ (Халатяна) состоят из корпуса с расточкой под трубу и боковыми проушинами под штропы. В верхней части корпуса имеется кольцевая выточка для затвора, представляющая собой разрезанное кольцо под диаметр трубы. Внешний вид элеватора представлен на рис. 12, технические характеристики приведены в табл. 8.  Рис. 12. Внешний вид элеватора типа ЭТА Затвор свободно перемещается в кольцевой выточке. На корпусе имеется горизонтальная прорезь, через которую пропущена рукоятка для управления затвором. Для предотвращения открытия элеватор снабжен предохранителем. Для предотвращения выпадения штропов отверстия в проушинах запираются шпильками.
Элеваторы штанговые ЭШН, ВМ, ЭША, ЭШ Элеваторы штанговые типа ЭШН предназначены для захвата и удержания на весу насосных штанг в процессе спуско-подъемных операций при текущем ремонте скважин. Элеватор состоит из корпуса, втулки, вкладыша и штопора. В кольцевой расточке корпуса вращается втулка, расположенная эксцентрично относительно центрального отверстия. В корпусе и втулке имеется вырез для ввода штанги. На опорном выступе элеватора закреплен сменный вкладыш, предохраняющей корпус элеватора от износа. Конструкцией элеватора предусмотрены две пары для втулки: одна - для штанг диаметром 16, 19, 22 см, а вторая - для штанг диаметром 25 мм. Корпус элеватора имеет два шипа, на которые надевается штроп. Элеватор изготовляют двух типоразмеров с одинаковыми сменными втулками, вкладышами и крепежными винтами. Элеваторы ВМ и ЭША грузоподъемностью 10 т являются аналогами элеваторов фирмы Oil Country. Внешний вид элеватора представлен на рис. 13, технические характеристики приведены в табл. 9.  Рис. 13. Внешний вид элеватора штангового
Элеватор полированных штанг ЭПШ-20 Предназначен для захвата и удержания на весу полированных глубинно-насосных штанг при ремонте нефтяных и газовых скважин. Внешний вид элеватора представлен на рис. 73, технические характеристики приведены в табл. 10.  Рис. 14. Внешний вид элеватора для полированных штанг Таблица 10 Технические характеристики элеватора полированных штанг ЭПШ-20
Элеваторы двухстворчатые Центральнозамковый элеватор ОСМ для работы с трубами с высаженными и невысаженными концами, а также с бурильными и обсадными трубами. Элеватор предназначен для работы с трубами различных типоразмеров и рассчитан на грузоподъемность 100 тонн. Две половины элеватора имеют почти одинаковый вес, обеспечивая должное равновесие для облегчения открытия и закрытия. Предохранительная защелка предотвращает случайное открытие элеватора. Потянув защелку, вы инициируете открывание элеватора. Закрытие двух половин элеватора автоматически переводит защелку в положение «закрыто», внешний вид представлен на рис. 15.  Рис. 15. Центральнозамковый элеватор, внешний вид Элеваторы для НКТ, закрывающиеся под нагрузкой Данный тип элеваторов предназначен для работы с трубами с высаженными и невысаженными концами, а также с бурильными и обсадными трубами. Трубы могут быть различных типоразмеров; грузоподъемность элеватора 100 тонн. Внешний вид представлен на рис. 16.  Рис. 16. Элеватор, закрывающийся под нагрузкой Достоинства и недостатки: • дополнительная безопасность благодаря зажиму, захватывающему всю окружность трубы на 360°; • задвижка не позволяет элеватору раскрываться даже при отсутствии нагрузки; • запирающий механизм плотно закрывает предохранительные защелки при нагрузке; • задняя рукоятка в форме клина; • для работы с трубами размером 2 3/8 и 2 7/8 дюйма; • грузоподъемность 100 тонн. Штанговые крюки Штанговые крюки грузоподъемностью от 20 до 35 тонн предназначены для удержания на весу и выполнения СПО с различными вариантами замыкающего механизма. Стандартный замыкающий механизм предполагает захват одной рукой по центру равновесия крюка. Это позволяет оператору зафиксировать крюк, открыть защелку и одним продолжительным плавным движением зацепить или отцепить ухо штропа элеватора с крюка. Внешний вид представлен на рис. 17.  Рис. 17. Штанговый крюк, внешний вид Штропы для элеваторов Штропы используются в качестве соединительного звена между крюкоблоком и элеватором, который подвешивает колонну НКТ или технологическую трубу. Конструктивно штропы разделяют на два типа: • штропы однострунные - для подвески элеваторов при бурении глубоких скважин; • штропы двухструнные - для подвески элеваторов при бурении на мелководье. К основным техническим характеристикам штроп можно отнести размеры, массу и грузоподъемность; внешний вид представлен на рис. 18.  Рис. 18. Внешний вид элеваторных штроп: а - однострунные; б - двухструнные Оборудование для удерживания подвешенной колонны на устье скважины Спайдер Спайдеры пневматические СП-50, СП-80 и СПГ-75 (далее «спайдеры») предназначены для захвата и удержания на весу колонны труб на устье скважины в процессе выполнения спуско-подъемных операций. Применяются при подземном и капитальном ремонте скважин. Управление спайдерами осуществляется как с выносного пневматического ножного блока управления, так и в ручном режиме, с помощью рычага. Внешний вид спайдера представлен на рис. 19, технические данные представлены в табл. 11. Фиксация колонны на устье скважины в спайдере осуществляется с помощью специальных плашек с насечкой, называемых сухарями.  Рис. 19. Спайдер: а - внешний вид спайдера; б - внешний вид сухарей спайдера Технические данные спайдера
Перевернутые спайдеры для спуска/подъема труб под давлением Перевернутые спайдеры изготавливаются для работы в обратном (или перевернутом) положении при спуске труб под давлением. Внешний вид представлен на рис. 20.  Рис. 20. Внешний вид перевернутого спайдера Отличительные особенности: • большой выбор моделей для НКТ различного типоразмера и веса для работы с однорядными колоннами; • взаимозаменяемые дверцы (в пределах типоразмера модели); • заменяемые вкладыши полной окружности; • пневматическое или гидравлическое управление. 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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||