Чертежи-Графическая часть-Курсовая работа-Установка МК20Т в рабочем положении, Схема агрегата "Скорпион" в транспортном и рабочем положениях, Патентно-информационный обзор, Транспортер колонны гибких труб, Деталировка

АГРЕГАТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОЛОНН ГИБКИХ ТРУБ

ОСНОВНЫЕ ПРИЕМУЩЕСТВА ОБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВА-НИЕМ КОЛОНН ГИБКИХ ТРУБ И ОБЛАСТЬ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Мировой опыт применения колонн гибких труб насчитывает более 35 лет. И, конечно, за это время были выявлены и неоднократно подтверждались на практике преимущества использования этой технологии проведения работ по сравнению с традиционной. К ним относятся:
а) обеспечение герметичности устья скважины на всех этапах выполнения внутрискважинных операций, начиная с подготовки комплекса ремонтного оборудования, и вплоть до его свертывания;
б) возможность осуществления работ в нефтяных и газовых скважинах без их предварительного глушения;
в) отсутствие необходимости освоения и вызова притока скважин, в ко-торых выполнялись работы с использованием колонны гибких труб;
г) безопасность проведения спускоподъемных операций, так как в данном случае не нужно осуществлять свинчивание –развинчивание резьбовых со-единений и перемещать насосно-компрессорные трубы (НКТ) на мостки;
д) значительное улучшение условий труда работников бригад подземного ремонта при выполнении всего комплекса операций;
е) сокращение времени при спуске и подъеме внутрискважинного обору-дования на проектную глубину;
ж) обеспечение возможности бурения, спуска забойных инструментов и приборов, а также выполнения операций подземного ремонта в горизонта-льных и сильно искривленных скважинах;
з) соблюдение более высоких требований в области экологии при проведе-нии всех операций по ремонту и бурению скважин, в частности, за счет меньших размеров комплексов оборудования для этих целей по сравнению с традиционными;
и) существенный экономический эффект в результате применения колонн гибких труб как при ремонте, так и при проведении буровых работ.
Все эти преимущества новой технологии реализуются при выполнении ви-дов работ, указанных в табл. 1, в которой представлены также ориентирово-чные объемы проведения каждой операции по отношению к общему объему всех работ, выполняемых за рубежом и в нашей стране.
В настоящее время специалисты различных фирм ежегодно выполняют порядка тысячи операций на скважинах с использованием колонн гибких труб.
Применять КГТ начали для осуществления наиболее простых операций при проведении ПРС – очистки колонны труб и забоев от песчаных пробок. При внедрении данной технологии использовали КГТ с наружным диамет-ром 19 мм. В настоящее время созданы буровые установки, работающие с колоннами диаметром 114,3 мм. При помощи КГТ с промежуточными зна-чениями диаметров в этом диапазоне (19 – 114,3 мм) можно осуществлять практически весь набор операций подземного ремонта скважин и бурения.
Параллельно с совершенствованием и созданием новых технологий выпо-лнения нефтепромысловых работ шло развитие и технологии изготовления гибких труб, а также нефтепромыслового оборудования и инструмента, обе-спечивающего их применение.

Характерной особенностью процесса совершенствования данной техноло-гии ведения работ и оборудования для ее реализации является то, что освое-ние этой группы оборудования идет более высокими темпами, чем в целом всей группы машин для обслуживания скважин. Сейчас можно сказать, что нефтепромысловое оборудование, реализующее традиционные технологии, подошло очень близко к пределу своего совершенства. И оборудование для реализации технологий с использованием КГТ является "прорывом", обеспе-чивающим резкое повышение эффективности процессов ремонта и бурения скважин, особенно при проведении работ на месторождениях со сложными географическими и климатическими условиями, например, в Мексиканском заливе, Канаде, Северном море, Западной Сибири, на Аляске и побережье Ледовитого океана.
Поскольку в комплекс КГТ не входят мачты или вышки, являющиеся нео-бходимой составляющей традиционного нефтепромыслового оборудования, его удобно применять на морских платформах и различных эстакадах с ограниченными размерами рабочих площадок.
Естественно, что с помощью рассматриваемого комплекса еще в опреде-ленной части не достигнуты параметры и режимы работ, которые обеспечи-вает традиционное оборудование. Однако преимущества КГТ и новые технические решения, способствующие их совершенствованию, позволяют постоянно расширять область применения данного оборудования и повышать эффективность ведения работ. Например, использование колонны гибких труб внесло радикальные положительные изменения в практику бу-рения нефтяных и газовых скважин, особенно при их заканчивании, а также в технологию выполнения каротажных исследований, работ по вскрытию пла-ста в сильно искривленных и горизонтальных скважинах.
Перспективы дальнейшего применения КГТ обусловлены, в частности, следующими факторами:
а) к настоящему времени создано оборудование, позволяющее работать с колоннами гибких труб практически всех необходимых диаметров и длин при высоких скоростях спуска и подъема;
б) обеспечена долговечность КГТ в условиях нейтральных и коррозионно-активных жидкостей.
Высокая эффективность работ, выполняемых с использованием КГТ, безу-словно повлияет на стратегию и тактику разработки месторождений в буду-щем. Прежде всего это касается эксплуатации месторождений, расположен-ных в отдаленных и труднодоступных районах, а также тех, пластовая жид-кость которых имеет аномальные свойства. Кроме того, при дальнейшем со-вершенствовании оборудования, обеспечивающего работу КГТ, можно дос-тичь высокой эффективности проведения всего комплекса работ, связанных с бурением, освоением, эксплуатацией и ремонтом горизонтальных скважин.
Можно выделить основные ключевые направления развития данных тех-нологий в России:
а) расширение класса типоразмеров установок;
б) повышение технического уровня оборудования, эксплуатационных ха-рактеристик агрегатов;
в) разработка систем автоматизированного контроля за функ-ционированием узлов агрегатов и технологическими процессами;
г) создание установок с длинномерными безмуфтовыми трубами большого диаметра для забуривания вторых стволов и проходки горизонтальных уча-стков скважин;
д) обеспечение комплектности поставок;
е) возможность сервисного обслуживания;
ж) доступная стоимость.

Установки с использованием колонны гибких труб следует создавать ком-пактными и монтировать на автомобильном шас¬си с проходимостью, обес-печивающей передвижение в условиях намывных кустов и дорог без твердо-го покрытия. Оборудование агрегата должно работать при температуре окружающей среды от –45 до +45 С и быть стойким к агрессивным средам. Необходимо, чтобы монтаж-демонтаж установки на устье скважины прово-дился без привлечения дополнительной грузоподъемной техники.
Агрегат должен обеспечивать выполнение следующих технологических операций:
а) очистку эксплуатационных колонн от гидратопарафиновых пробок пу-тем промывки горячим солевым раствором с плотностью до 1200 кг/м3 и те-мпературой до 150 С;
б) удаление песчаных пробок;
в) извлечение бурового раствора из скважины;
г) ловильные работы при капитальном ремонте скважин (КРС);
д) цементирование скважин под давлением;
е) кислотные обработки под давлением;
ж) разбуривание цемента;
з) изоляцию пластов.
Основное оборудование должно состоять из набора блоков.
Первый блок включает:
– катушку с колонной гибких труб;
– монтажное устройство;
– инжектор – устройство, транспортирующее КГТ;
– кабину управления агрегатом;
– насосную (компрессорную) станцию для очистки гибкой трубы от техно-логической жидкости.
Второй блок включает:
– емкость для технологической жидкости (8 – 10 м3), снабженную теплои-золяцией;
– нагревательное устройство для технологической жидкости. В конструк-ции следует предусматривать устройства, обеспечивающие ликвидацию от-ложений на стенках теплообменника нагревателя;
– насос объемного действия для перекачивания технологической жидкости с максимальной подачей 30 л/с и давлением до 70 МПа. Привод насоса осу-ществляется от ходового двигателя агрегата.
В состав вспомогательного оборудования, которым дол¬ж¬на укомплек-товываться установка, входят:
– уплотнительный элемент устьевой гибкой трубы;
– четырехсекционный противовыбросовый превентор;
– комплект быстроразборного манифольда для технологической жидкос-ти;
– прибор, регистрирующий нагрузку от веса колонны труб;
– комплект внутрискважинного инструмента (локаторы кон¬ца трубы, ша-рнирные отклонители, разъединитель с извлекающим устройством, центра-торы колонны, обратные клапаны, струйные насадки, ясы и акселераторы и т.п.).
В комплект оборудования входит инструмент:
– полный комплект инструмента, необходимого для выполнения техноло-гических операций и технического обслуживания агрегата;
– запасные части, которыми установка должна быть обеспечена на три го-да ее эксплуатации.
Необходимо, чтобы конструкция агрегата соответствовала требованиям техники безопасности, действующим в нефтяной и газовой промышленности:
а) система освещения установки должна быть защищена от взрывов и обе-спечивать освещенность на устье скважины, равную 26 лк;
б) уровень звукового давления на рабочих местах не должен быть выше 85 дБ;
в) площадки, расположенные на высоте более 1 м, должны иметь периль-ные ограждения высотой не менее 1 м;
г) для подъема на платформу агрегата нужны маршевые лестницы с пери-льными ограждениями шириной не менее 0,75 м;
д) выхлопную систему двигателей агрегатов следует снабжать искрогаси-телями;
е) пост управления агрегатом нужно размещать с учетом хорошей види-мости рабочих мест как у скважины, так и на других участках;
ж) расположение центра тяжести агрегата должно обеспечивать его устой-чивое положение при перемещении по дорогам с уклоном до 25 в осевом направлении и до 15 в боковом;
з) агрегат необходимо снабжать электрической панелью с выходом 220/50 В для освещения, зарядным устройством и трансформатором-выпрямителем на 24 В постоянного тока для подзарядки аккумуляторов и аварийным освещением.
Габаритные размеры агрегата в транспортном положении не должны превышать по высоте 4,5 м, а по ширине – 3,2 м.

1.5. Унификация узлов агрегатов

Принимаемая идеология унификации узлов и деталей машин обусловлива-ется серийностью их производства и числом типоразмеров.
Тираж агрегатов, работающих с колонной гибких труб, по сравнению с количеством машин массового производства относительно мал. При этом разброс параметров отдельных типоразмеров установок весьма велик. Сле-довательно, нецелесообразно унифицировать их металлоконструкции, эле-менты шасси и другие части, ремонт которых не запланирован, а срок службы соответствует сроку службы всего агрегата.
В данной ситуации важнее унифицировать узлы, сложные в кинематиче-ском отношении, составляющие, обеспечивающие быструю перенастройку при необходимости перехода во время работы с одного диаметра труб на другой, а также узлы, непосредственно не связанные с величиной параметров агрегатов, например, пульты управления, элементы оборудования кабин операторов и другие, а также сложные комплектующие изделия, прежде все-го элементы гидропривода.
При выборе комплектующих следует ориентироваться на изделия, приме-няемые для агрегатов, работающих в аналогичных условиях, к которым прежде всего относятся дорожные и строительные машины, а также транспо-ртная техника. В настоящее время для них освоена широкая гамма комплек-тующих изделий гидропривода – насосы, моторы, управляющая и регули-рующая аппаратура, элементы гидросистем. Эти изделия обладают наи-большей надежностью по сравнению с имеющимися аналогами в других от-раслях. Для них создана ремонтная база, система приобретения этих изделий достаточно хорошо отработана.
Что касается унификации уникальных узлов специализированного назна-чения, то ее следует проводить прежде всего для тех составляющих, пара-метры которых либо вообще несущественно зависят от их характеристик, либо это прослеживается лишь на определенном интервале. Эта задача дол-жна решаться при проектировании конкретных узлов типа транспортеров гибкой трубы, ее укладчиков, элементов барабанов и уплотнений устья.


2. Устройство агрегатов для работы с колонной
гибких труб

2.1. Основные типы компоновок агрегатов:
К настоящему времени сформировалось несколько определенных и отли-чающихся друг от друга направлений в проектировании и изготовлении комплексов оборудования для работы с использованием колонны гибких труб.
Операции с применением КГТ:
а) транспортные операции по доставке оборудования на место проведения работ;
б) спуск и подъем колонны гибких труб;
в) подготовка технологической жидкости, применяемой при ремонте сква-жины, – доставка жидкости, ее подогрев и т.д.;
г) собственно подземный ремонт – промывка пробок, сбивка клапана и т.д. К этой же группе операций относится и закачка жидкости в скважину;
д) операции по восстановлению свойств технологической жидкости, испо-льзованной в процессе подземного ремонта, – дегазация, очистка и подогрев. При определенной организации работ эта группа операций может не выпол-няться.
Все элементы, входящие в комплекс рассматриваемого обо¬рудования, выполняются мобильными. Отличаются они лишь количеством единиц, вхо-дящих в комплекс, типами транспортных средств, используемых для их пе-ремещения, и компоновками основных узлов на последних. Столь присталь-ное внимание к средствам транспортирования обусловлено тем, что именно они в значительной степени определяют общую компоновку машин и их ос-новные показатели.
Рассмотрим наиболее характерные и достаточно хорошо отработанные в настоящее время конструктивные решения.
Комплекс оборудования, размещенный на двух специализированных
транспортных средствах и более


Рис.3. Размещение комплекса оборудования на автомобильном шасси и прицепе:

1 – кабина водителя; 2 – барабан с колонной гибких труб; 3 – укладчик КГТ; 4 – кабина оператора; 5 – рама агрегата; 6 – направляющая дуга; 7 – транспортер; 8 – механизм установки транспортера в рабочее положе-ние; 9 – насос для нагнетания технологической жидкости

Агрегаты, смонтированные на серийных
автомобильных и тракторных шасси

Использование оригинальных либо изготавливаемых малыми сериями шасси приводит к существенному удорожанию агрегата и оправдано лишь в тех случаях, когда стандартное серийное шасси не обеспечивает заданных требований по грузоподъемности или габаритам. В то же время применение серийных образцов, хотя и приводит к удешевлению транспортной базы в 5 – 7 раз по сравнению с оригинальными конструкциями, создает ряд трудно-стей при проектировании агрегата. В первую очередь к ним относится обес-печение необходимых транспортных габаритов установки и распределения нагрузки на колеса. Кроме того, приходится планировать мощности, потре-бляемые отдельными узлами, и режимы их работы в соответствии с мо-щностью, которую можно отбирать от ходового двигателя.
Как правило, для описываемых агрегатов используют автомобильные шасси "КамАЗ" и "УралАЗ", обладающие грузоподъемностью не менее 12 т и имеющие достаточно длинную раму. Достаточно широко для монтажа не-фтепромыслового оборудования применяются автошасси "КрАЗ". Однако к их отдельным недостаткам в настоящее время прибавилась и сложность пос-тавки машин и запасных частей к ним, поскольку завод-изготовитель нахо-дится в ближнем зарубежье.
Наиболее характерными конструкциями с использованием различных ре-шений являются следующие агрегаты: КПРС, изготавливаемый заводом "Ру-дгормаш" (рис. 4), и "Скор¬пион", выпускаемый заводом "Брянский Арсенал" (рис. 5).
Агрегат КПРС имеет традиционную компоновку. Кабина оператора рас-положена за кабиной водителя, барабан с колонной гибких труб – в средней части шасси, а в кормовой его части – транспортер и устройство для монта-жа-демон¬та¬жа. В этой конструкции манипулятор для проведения монтажных работ выполнен в виде рычажного механизма, несущего транспортер.
Кабина управления агрегатом жестко закреплена на раме шасси. Ниже нее располагаются коробка отбора мощности от ходового двигателя и гидроп-ривод.
В рабочем положении агрегата на скважине рессоры задней тележки ав-тошасси разгружаются посредством двух гидравлических домкратов.
Компоновка агрегата "Скорпион" отличается от традиционной. В этой конструкции ось барабана для колонны гибких труб расположена вдоль оси автомобильного шасси, кабина оператора в транспортном положении раз-мещена за кабиной водителя, но в рабочем положении она поворачивается на кронштейне относительно вертикальной оси. При этом справа от опера-тора находится устье скважины, а перед лобовым стеклом кабины – барабан с колонной гибких труб. Для монтажа транспортера на устье скважины ис-пользуют мачту, в верхней части которой расположена направляющая для гибкой трубы. Транспортер с герметизатором устья в транспортном поло-жении располагается на мачте.
В кормовой части агрегата имеется емкость для хранения технологической жидкости с теплообменником для пода¬чи пара, а вдоль левого борта (по хо-ду автомобиля) размещены два винтовых насоса для нагнетания жидкости. Два последних узла позволяют говорить о данном агрегате как о комплексе, обеспечивающем не только перемещение колонны гибких труб, но и закачи-вание технологической жидкости.
В обоих рассмотренных агрегатах ходовой двигатель используют в качес-тве приводного при работе на скважине.