Колтюбинг: транспортер гибких труб-Курсовая работа

Особенность гибких труб в том, что их можно безопасно применять на герметизированном устье скважины, то есть без ее глушения. Это позволяет исключить большинство факторов негативного воздействия на пласт и скважину, поинтервально обрабатывать действующие скважины практически любой конструкции и профиля в автоматическом режиме. Ствол скважины можно проводить по тонким пластам с полным сохранением их коллекторных свойств. На сегодняшний день хорошо освоены следующие колтюбинговые операции:

• ликвидация отложений;
• обработка призабойной зоны пласта;
• вызов притока флюида;
• перфорация эксплуатационной колонны;
• промысловые геофизические исследования;
• очистка эксплуатационных колон механическими скребками;
• шаблонирование эксплуатационной колонны;
• ловильные операции;
• ремонтно-изоляционные работы в скважинах.3

Наиболее перспективно применение гибких труб при бурении на депрессии, то есть с отрицательным перепадом давления в системе скважина-пласт (при этом дебит нефтяной скважины увеличивается в 3-5 раз, а затраты на бурение и его продолжительность снижаются в 2-3 раза). Помимо всех преимуществ, колтюбинг также имеет природоохранный эффект за счет снижения вредных выбросов (объем шлама снижается в 3,3 раза за счет меньшей потребности в буровом растворе), сокращения производственной площади (в 2 раза) и времени работ на месторождении. По данным Тюменского государственного нефтегазового университета, на очистку НКТ требуется в среднем в 4,7 раза меньше времени, на промывку песчаных пробок – в 3,6 раза, на кислотную обработку пласта – в 2,8 раза, на ремонтно-изоляционные работы – в 10,2 раза.

Особенно перспективным является применение горизонтального бурения гибкими трубами дополнительных горизонтальных стволов из колонны старой скважины при доразработке истощенных месторождений на поздней стадии, вовлечении в разработку трудноизвлекаемых запасов, восстановление бездействующих и малодебитных скважин.6

4. Транспортер для подачи гибких труб(инжектор)

Одним из наиболее ответственных узлов агрегата является транспортер. Он должен обеспечивать перемещение колонны гибких труб в заданном диапазоне без проскальзывания рабочих элементов и повреждений наружной поверхности трубы и ее геометрии. Необходимо, чтобы транспортер при перемещении КГТ и вверх, и вниз работал одинаково надежно.
К настоящему времени сложились два направления в конструировании транспортеров – с одной и двумя тяговыми цепями, снабженными плашками, взаимодействующими с колонной гибких труб. Плашки прижимаются к гибкой трубе с помощью гидравлических цилиндров.
Принципиальная схема транспортера с двумя цепями приведена на рис.2, а. На корпусе 1 слева и справа от гибкой трубы 3 расположены две двухрядные цепи 5, состоящие из пластин 14 и втулок 13. Звенья цепей соединены пальцами 15 и снабжены плашками 16. Плашки расположены между звеньями цепей (рис.2, б). Каждая плашка установлена на двух пальцах, которые друг с другом соединены "в замок", в результате чего их тыльные поверхности 18 образуют непрерывную плоскость. Каждая плашка выполнена с возможностью небольшого (порядка 3 – 5) углового перемещения относительно одного из пальцев (верхнего) цепи. Это позволяет плашкам проводить самоустановку рабочей поверхности 17 относительно гибкой трубы.1

Рис. 2. Принципиальная схема транспортера с двумя цепями (а) и поперечное сечение его узла плашек (б):2 a, b, c, f – точки подвода жидкости от вторичных регуляторов к цилиндрам прижима.
Тыльные поверхности плашек взаимодействуют с роликами 12, которые не более чем по три штуки закреплены в каретках 11. Последние прижимаются к цепи посредством гидравлических цилиндров 10. Жидкость в полости последних поступает от регуляторов давления 6, к которым попарно присоединены цилиндры, находящиеся слева и справа от гибкой трубы. К регуляторам давления рабочая жидкость гидропривода поступает от насосной станции 7. Для обеспечения постоянного соотношения усилий прижима плашек диаметры d1 – d4 гидроцилиндров 10 могут быть различными.1
Цепи с плашками перекинуты через звездочки ведущие 2, 4 и направляющие 8, 9. Для обеспечения синхронности перемещения цепей валы ведущих звездочек кинематически связаны синхронизирующими шестернями (на схеме не показаны). Каждая верхняя звездочка через редуктор соединена с гидравлическим мотором (на схеме не показаны), приводящим ее в действие. Питание гидромоторов осуществляется от насосной станции агрегата подземного ремонта, в состав которого входит описываемое устройство. Конструкция осей, на которых установлены нижние звездочки 8 и 9, предусматривает возможность их вертикального перемещения и с помощью натяжных гидроцилиндров (на схеме не показаны).1
Характерные размеры каретки, плашки и цепи следующие: расстояния между осями роликов на каретке и между осями роликов соседних кареток равно шагу цепи, а длина рабочей поверхности плашки меньше или равна шагу цепи.
Работа транспортера для перемещения колонны гибких непрерывных труб агрегата подземного ремонта скважин происходит следующим образом.
При движении трубы 3 гидроцилиндры 10 прижимают каретки 11 с роликами 12 к тыльной поверхности 18 плашек 16, а они, в свою очередь, рабочей поверхностью 17 соприкасаются с поверхностью гибкой трубы 3. Крутящий момент от гидромоторов передается редукторами к ведущим звездочкам 2 и 4, которые обеспечивают перемещение цепей 5 и соединенных с ними плашек в нужном направлении. При движении плашек 16 ролики 12 катятся по их тыльной поверхности 18. 1
Геометрические соотношения размеров плашек и кареток обеспечивают гарантированное приложение нагрузки, создаваемой гидроцилиндром, к какой-либо плашке в любом ее положении. Заданный размер рабочей части плашки исключает деформирование поверхности трубы в периоды вхождения в контакт с плашкой и выхода из него.
При наличии каких-либо дефектов гибкой трубы (например, местное смятие, вспучивание, нарушение правильной геометрии) отклоняется от своего нормального положения и плашка, контактирующая с поверхностью трубы в этой зоне.
Необходимый закон изменения тягового усилия по длине контакта плашек с трубой устанавливается регуляторами давления 6 и изменениями диаметров цилиндров 10.
Принципиальная схема транспортера с одной цепью приведена на рис. 3. В данном случае перемещение трубы осуществляется посредством одной цепи, несущей на себе шарнирно соединенные плашки (по существу используются две параллельно установленные однорядные цепи, между которыми располагаются плашки). Устройство состоит из корпуса, в верхней части которого размещен вал ведущей звездочки, а в нижней – ведомой. Вращение ведущего вала обеспечивается с помощью цепного редуктора, приводимого в действие от гидромотора. Как и в ранее рассмотренной схеме, в конструкции нижнего вала предусмотрена возможность перемещения его в вертикальном направлении, что позволяет регулировать натяжение цепи. Гидравлические цилиндры находятся на внешней стороне корпуса.1
Плашки, захватывающие трубу (рис. 4), выполнены таким образом, что ось пальцев цепей пересекается с осью гибкой трубы и перпендикулярна ей. Это обеспечивает передачу на цепи только вертикально направленных сил без эксцентриситета относительно оси каждой из них. В результате цепь передает только растягивающую нагрузку, изгибающие моменты в любых плоскостях отсутствуют. Внутри корпуса каждой плашки расположены два шарнирно закрепленных захвата, в средней части они снабжены сменными плашками, взаимодействующими с трубой, а на конце, противоположном шарниру, имеют ролики. Именно они взаимодействуют с прижимным устройством в той зоне, где должен быть обеспечен контакт плашек и трубы. На рис. 3 плашки, находящиеся в верхних положениях в зоне звездочек, показаны раскрытыми. При подходе к рабочему участку плашки закрываются и плотно охватывают гибкую трубу.1

Рис. 3. Принципиальная схема транспортера с одной цепью2:
1 –узел раскрывающихся плашек; 2 – ведущий вал со звездочками;
3 – цепная понижающая передача; 4 – гидравлические цилиндры натяжения цепей; 5 – ведомый вал со звездочками; 6 – опора транспортера; 7 – герметизатор устья; 8 – гидромотор; 9 – корпус.


Рис. 4. Поперечное сечение узла плашек, захватывающих трубу:2 1-ось вращения плашек; 2–каретка; 3, 4 - соответственно вкладыш и корпус плашки; 5 – цепь привода; 6 – стопор; 7 – ролик.


5. Производство оборудования и новые разработки

В России применяются колтюбинговые установки различного тягового класса (зависит от глубин скважин), различного исполнения (мобильные, блочные и гибридные), а также различного ценового класса (зависит от состава оборудования, производителя, требуемых параметров и т.д. Лидирует на российском рынке колтюбинга российско-белорусская группа предприятий СЗАО «Фидмаш».
Большое внимание и усовершенствования уделяются «сердцу» колтюбинговой установки – инжектору.
Выполнены такие задачи как:
• уменьшены габариты и масса
• улучшенная конструкция тяговых цепей для увеличения ресурса
• специальные подшипники RBC для увеличения ресурса
• закаленные вкладыши с канавками для улучшения сцепления
• улучшена конструкция прижимных плит для исключения ударов подшипников при входе в зону прижима
• система смазки цепей отделена от системы смазки БДТ, что дает возможность использования специальных редукторных смазочных масел для увеличения срока службы тяговых цепей.7
Что можно увидеть на представленном оборудование данной компании:


Рис.5. Инжекторы серии FM110 7 Рис.6. Инжекторы серии FM1277
Тяговое усилие 12000 кг. Тяговое усилие 27200 кг.
Толкающее усилие 6000 кг. Толкающее усилие 9000 кг.
Диаметр гибкой трубы 19,05 - 38,1. Диаметр гибкой трубы 19,05 - 50,8.
Скорость подачи трубы 0,9 - 48 м/мин. Скорость подачи трубы 0,9 - 48 м/мин.


Рис.7. Инжекторы серии FM136 7 Рис.8. Инжекторы серии FM1457
Тяговое усилие 36000 кг. Тяговое усилие 45000 кг.
Толкающее усилие 18000 кг. Толкающее усилие 20000 кг.
Диаметр гибкой трубы 38,1 - 88,9. Диаметр гибкой трубы 38,1 - 88,9.
Скорость подачи трубы 0,3 - 48 м/мин. Скорость подачи трубы 0,3 - 48 м/мин.

Конечно использование данного оборудования дает значительные плюсы работы в нефтяной отрасли, но в области бурения существенного эффекта данные установки не достигли и на это есть ряд причин:

• нагрузка на долото создается инжектором (транспортером), установленном над устьем скважины, что еще больше усугубляет процесс потери устойчивости;

• колонна гибких труб не может вращаться за счет подачи через инжектор, что вызывает возможность прихвата колонны, особенно при бурении горизонтальных участков скважины.

Перечисленные недостатки являются органическими для КГТ, однако преодолимыми если и не полно, то в объеме, который позволяет реализовать преимущества данного технического направления.

Основные направления, на которых в настоящее время сосредоточена энергия разработчиков, - создание элементов внутрискважииных компоновок и дальнейшее совершенствование буровых установок нового типа -гибридных, основанных на применении совокупности традиционных и классических технологий бурения. Лидерство отечественного производства по данной тематике прекратилось, и в настоящее время США и Канада превосходят нас в 2 - 3 раза. В нашей стране время колтюбинга, безусловно, наступит, потому что альтернативы данной технологии ремонта скважин в нефтяной, а особенно в газовой промышленности, нет. Происходящее в настоящее время освоение технологий на базе импортной техники позволит, в конечном счете, выработать требования к оборудованию, учитывающие специфические особенности ее работы на наших промыслах, а изготовление этого оборудования на имеющихся производственных мощностях не представляет труда. На что в данное время ЗАО «Фидмаш» имеет в планах производство гибридной установки М50, которая в теории наделит применение бурильных труб с резьбовыми соединениями преимуществами использования длинномерной безмуфтовой гибкой трубы.