Агрегат для капитального ремонта скважин А-60 с разработкой трехуровневого устьевого герметизатора-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин

Агрегат для капитального ремонта скважин А-60 с разработкой трехуровневого устьевого герметизатора-Дипломная работа-Оборудование для капитального ремонта, обработки пласта, бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин-Текст пояснительной записки выполнен на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
Модернизация относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначена для герметизации устья скважины во время спуска и подъема под давлением колонн труб при капитальном ремонте скважин. Герметизатор содержит корпус, состоящий из верхней и нижней частей. В полости верхней части корпуса размещены несколько уплотнителей из эластомера, прижаты через поджимные элементы крепежным элементом, соединенным с верхней частью корпуса, опорных колец. При этом в рабочем положении, при спущенной в скважину трубе, поджимные элементы, снабжены уплотнительными кольцами, и уплотнители образуют в полости верхней части корпуса герметичные камеры. При этом герметизатор снабжен в верхней части корпуса манометрами и предохранительными клапанами, давление срабатывания каждого из которых не превышает величины допускаемого рабочего давления на один уплотнитель, а их количество равно количеству всех уплотнителей. Предохранительные клапаны при срабатывании соединяют каждую камеру через трубопроводы с выше расположенной камеры, причем верхний предохранительный клапан при срабатывании сообщает верхнюю камеру с атмосферой, а дополнительные трубопроводы и запорные устройства сообщают дополнительные камеры через отверстия в стенке верхней части корпуса с атмосферой. Достигается расширение эксплуатационных возможностей и увеличение общего ресурса работоспособности устьевого герметизатора.
Известна головка герметизирующая что содержит:
- корпус, выполненный в виде цилиндрического патрубка с верхним и нижним фланцами и уступом на внутренней поверхности,
- упорное кольцо, установленное на уступе,
- уплотнительный элемент из эластомера, прижатый к упорного кольца гайкой, что вкручена в верхнюю часть корпуса.
Недостатками известной головки являются ограниченные эксплуатационные возможности и малый общий ресурс работоспособности элемента уплотнителя вследствие возможности его интенсивного износа и разрушения муфтовими и замковыми соединениями во время спуска труб. Это обусловлено тем, что диаметр проходного отверстия элемента уплотнителя в начальном состоянии должен быть заведомо меньше внешнего диаметра труб, что обеспечивает при упругой деформации элемента уплотнителя плотный обхват трубы и герметизацию зоны его контакта с трубой. Но вместе с трубами через уплотнительный элемент проходят также их соединительные элементы, а именно: муфты или замки, внешний диаметр которых больше диаметра труб. Поэтому деформация растяжения элемента уплотнителя при его контакте с муфтой (замком) будет значительно больше по сравнению с аналогичной при его контакте с трубой. Так, например, для гладкой как отечественной, так и зарубежной насосно - компрессорной трубы диаметром 73 мм диаметр муфты составляет 89 мм, следовательно, площадь поперечного сечения муфты будет в 1,5 раза больше аналогичной в трубы. Такое же соотношение между площадями поперечного сечения трубы и замка наблюдается и в бурильных труб, например, в стальной трубы диаметром 127 мм диаметр замка составляет 155 мм. Следовательно , при проходе через уплотнительный элемент муфты (замка) этих труб деформация растяжения элемента уплотнителя в зоне его контакта с муфтой (замком) будет в 1,5 раза больше по сравнению с аналогичной при проходе трубы. Поэтому напряжения в материале элемента уплотнителя, при проходе через него муфты (замка), будучи по закону Гука пропорциональны деформации растяжения, будут примерно в 1,5 раза больше аналогичных, возникающих при проходе трубы, что может привести к ускоренному усталостному разрушению.
Кроме того, материал элемента уплотнителя испытывает в процессе работы и напряжения сдвига, возникающие от действия устьевого давления скважинной среды в зоне контакта элемента уплотнителя с трубой, муфтой или замком и обусловленные силой трения, величина которой будет пропорциональна давлению на устье. При этом возможна ситуация, когда при возрастании давления на устье скважины до некоторой величины уплотнительный элемент может разрушиться и стать нетрудоспособным уже в процессе спуска (подъема) первой трубы, так как сила трения на контакте металла с эластомером от влияния значительного устьевого давления будет настолько велика, что даже труба, а не только муфта (замок), при перемещении через уплотнительный элемент будет увлекать за собой его материал в зоне контакта, вырывая его кусками из тела элемента уплотнителя.
Таким образом, известное устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности в части максимально допустимых рабочих давлений на устье скважины и малый общий ресурс работоспособности.
Известно устройство для герметизации устья скважины при спуске - подъеме труб под давлением (патент РФ 2170329, МПК Е21В 33/03), содержащее:
- корпус, состоящий из верхней и нижней частей в виде цилиндрических патрубков, соединенных резьбовым соединением,
- упорное кольцо, установленное на уступе, выполненном на внутренней поверхности верхней части корпуса ,
- уплотнительный элемент из эластомера с підтискною шайбой, прижат к уплотнительному кольцу гайкой, что вкручена в верхнюю часть корпуса,
- герметизируючий элемент из эластомера, размещенный в нижней части корпуса и взаимодействует с нижним торцом верхней части корпуса,
- предохранительный клапан, связывающий полость нижней части корпуса под дополнительным герметизирующим элементом с атмосферой,
- клапан для сброса давления при замене герметизирующего элемента, связывающего полость в верхней части корпуса под уплотнительным элементом с атмосферой,
- верхний и нижний фланцы, соединенные с верхней и нижней частями корпуса.
Недостатки известного устройства аналогичны с изложенными в одноэлементной головки герметизиючої, то есть ограниченные эксплуатационные возможности и малый общий ресурс работоспособности элемента уплотнителя вследствие его износа и разрушением муфтовых и замковых соединений трубы. Достоинством известного устройства является его автономность при замене изношенного элемента уплотнителя благодаря оснащению устройства нижней частью корпуса, герметизирующим элементом, клапаном для сброса давления и пригвинчуванням частей корпуса.
Задачей модернизации является создание технического решения устьевого герметизатора, лишенного перечисленных недостатков.

Рисунок 4.1 – Конструкция герметизатора устьевого к модернизации
1 – корпус; 2 – герметизирующий элемент; 3 – кольцо; 4 – фиксирующая гайка;
5 – дополнительный корпус; 6 – уплотнение; 7 – опорная шайба;
8 – корпус клапана сбросного; 9 – предохранительный клапан; 10 – манометр;
11 – сбросной клапан; 12 – предохранительный клапан; 13 – втулка специальная
Техническим результатом решения этой задачи является расширение эксплуатационных возможностей и увеличение общего ресурса работоспособности известного устьевого герметизатора.
Для достижения этого результата в известном герметизаторі устьевом, содержащем:
- корпус, состоящий из верхней и нижней частей в виде цилиндрических патрубков, соединенных резьбовым соединением и оснащенных верхним и нижним фланцами;
- нижнее опорное кольцо, установленное на уступе, выполненном на внутренней поверхности верхней части корпуса;
- нижний уплотнитель из эластомера, размещенный в полости верхней части корпуса и прижат через поджимной элемент до нижнего опорного кольца крепежным элементом, соединенным с верхней частью корпуса;
- герметизируючий элемент из эластомера, размещенный в полости нижней части корпуса и взаимодействует с верхней частью корпуса;
- предохранительный клапан, связывающий полость нижней части корпуса под герметизируючим элементом с атмосферой;
- манометр для контроля давления в полости под герметизизуючим элементом;
- при этом в рабочем положении, при спущенной в скважину трубе, поджимной элемент, снабженный уплотнительными кольцами, и нижний уплотнитель образуют в полости верхней части корпуса нижнюю герметичную камеру, сообщающуюся с устьем скважины, а также с атмосферой через трубопровод, установленный в отверстии стенки верхней части корпуса, и запорное устройство.
Согласно модернизации:
- гереметизатор снабжен несколькими дополнительными уплотнителями из эластомера, установленными друг над другом в верхней части корпуса над нижним уплотнителем;
- оснащен дополнительными опорными кольцами и підтискними элементами, взаимодействующими между собой и с дополнительными уплотнителями, а также дополнительными трубопроводами и запорными устройствами, количество которых равно количеству дополнительных уплотнителей;
- дополнительно снабжен в верхней части корпуса манометрами и предохранительными клапанами, давление срабатывания каждого из которых не превышает величины допускаемого рабочего давления на один уплотнитель, а их количество равно количеству всех уплотнителей;
- поджимные элементы выполнены в виде дисков, снабженных внутренними кольцевыми выступами в центральной части, фиксирующими уплотнители концентрично продольной оси верхней части корпуса, и наружными кольцевыми выступами по периферии, и разделяющих полость верхней части корпуса на дополнительные камеры, количество которых равно количеству дополнительных уплотнителей, при этом в рабочем положении герметизатора, при спущенной в скважину трубе, все камеры герметичны относительно друг друга;
- причем верхний прижимной элемент верхним торцом взаимодействует с крепежным элементом, нижний прижимной элемент наружным кольцевым выступом взаимодействует с уступом, выполненным на внутренней поверхности верхней части корпуса, а каждый из дополнительных підтискних элементов краеугольным кольцевым выступом взаимодействует с верхним торцом расположенного ниже підтискного элемента;
- в стенках внешних кольцевых выступов и опорных колец выполнены сквозные отверстия;
- предохранительные клапаны при срабатывании соединяют каждую камеру через трубопроводы с выше расположенной камерой;
- при чем верхний предохранительный клапан при срабатывании соединяет верхнюю камеру с атмосферой;
- а дополнительные трубопроводы и запорные устройства соединяют дополнительные камеры через отверстия в стенке верхней части корпуса с атмосферой.
На рисунке 4.2 представлен общий вид модернизированного герметизатора устьевого в рабочем положении с трубой (не показана), спущенной в скважину. Устройство содержит корпус 1, фланец 2, выполненные в виде цилиндрических патрубков, соединенных резьбовым соединением. В верхней полости корпуса установлены друг над другом уплотнители 5.


Рисунок 4.2 – Конструкция модернизированного герметизатора устьевого
1 – корпус; 2 – фланец; 3 – манометр; 4 – подшипник; 5 – уплотнитель;
6 – кольцо опорное; 7 – прижимной элемент; 8 – муфта трубы; 9 – крышка;
10 – труба; 11 – уплотнитель нижний; 12 – шайба упорная; 13 – кольцо

Дальнейшее описание устройства и его работы предполагает, что:
а) эластомеры, из которых изготовлены уплотнители, обладают одинаковыми характеристиками прочности;
б) благодаря конструктивным исполнением модернизированного герметизатора:
- величина устьевого давления на скважине равномерно распределяется между уплотнителями, количество которых равно трем,
- величина давления в процессе работы на каждый из уплотнителей не превышает допустимого рабочего давления,
- напряжения, возникающие в материале уплотнителей, не превышают характеристик прочности эластомера, из которого они изготовлены.
Общее количество уплотнителей в модернизированном герметизаторі зависит от максимального давления на устье скважины и допускаемого рабочего давления на один уплотнитель.
Модернизированный герметизатор можно использовать при любых величинах устьевых давлений, что расширяет его эксплуатационные возможности. При этом уплотнители не будут чувствовать нагрузки сверх допустимых, что увеличивает общий ресурс работоспособности модернизированного герметизатора и способствует повышению надежности его работы.
Вывод: благодаря тому, что конструкция устьевого герметизатора позволяет изменять количество уплотнителей, в зависимости от максимального давления на устье скважины и допускаемого рабочего давления на один уплотнитель, увеличивается общий ресурс работоспособности модернизированного герметизатора, что в свою очередь уменьшит материально-финансовые затраты, связанные с ремонтом, настройкой и последующим пуском в эксплуатацию оборудования.

"Агрегат для капитального ремонта скважин А-60 с разработкой трехуровневого устьевого гермитизатора"

На (чертеже №1) изображен Технологическую схему. Комплекса для очистки забоя скважины без циркуляционной промывки. Позиция 10 на схеме Установка для капитального ремонта скважин А-60, общий вид, изображенной на следующем чертеже. Позиция 6 на схеме, это устьовий гермитизатор, модернизация которого является целью дипломного проекта.
(чертеж 2) Установка для капитального ремонта скважин А-60. Комплекс оборудования А-60 предназначен для проведения спуско - подъемных операций с насосно-компрессорными и бурильными трубами, разбуривания цементных мостов и стаканов, фрезерования при ловильних работах, нагнетания в скважину жидкостей и растворов в процессе их освоения и капитального ремонта.
(чертеж 3) Сборочный чертеж аналога герметизатора устьевого, который предназначен для герметизации устья скважины во время спуска и подъема под давлением колонн труб при капитальном ремонте скважин. Недостатками данной конструкции являются: ограниченные эксплуатационные возможности и малый общий ресурс работоспособности элемента уплотнителя вследствие его износа и разрушения муфтовими и замковыми з'єднанями труб.
(чертеж 4) Сборочный чертеж герметизатора остевых, модернизированной конструкции. Такая конструкция позволяет расширить эксплуатационные возможности и увеличение общего ресурса работоспособности. Конструкция устьевого герметизатора позволяет изменять количество уплотнителей, в зависимости от максимального давления на устье скважины и допускаемого рабочего давления на один уплотнитель. Общее количество уплотнителей в модернизированном герметизаторі зависит от максимального давления на устье скважины и допускаемого рабочего давления на один уплотнитель.
Согласно модернизации:
- гереметизатор снабжен несколькими дополнительными уплотнителями, установленными друг над другом в верхней части корпуса над нижним уплотнителем;
- оснащен дополнительными опорными кольцами и підтискними элементами, взаимодействующими между собой и с дополнительными уплотнителями, а также дополнительными трубопроводами и запорными устройствами, количество которых равно количеству дополнительных уплотнителей;
- дополнительно снабжен в верхней части корпуса манометрами и предохранительными клапанами, давление срабатывания каждого из которых не превышает величины допускаемого рабочего давления на один уплотнитель, а их количество равно количеству всех уплотнителей.
(Предохранительные клапаны на сборочном чертеже не показаны, они изображены на следующем чертеже).
(чертеж 5) Схема гидравлическая установки А-60. Позиция 20, герметизатор устьовий, позиция 18 клапан. Предохранительные клапаны при срабатывании соединяют каждую камеру через трубопроводы с выше расположенной камерой; причем верхний предохранительный клапан при срабатывании соединяет верхнюю камеру с атмосферой.
(чертеж 6) Кинематическая схема установки А-60.
(черчение 7,8,9) это деталировка основных деталей аналога герметизатора, и модернизированной конструкции герметизатора.
Следующий чертеж (чертеж 10) включает перечень операций, и инструмент необходимый для изготовления детали (крышки), модернизированного устьевого герметизатора.
Дипломный проект включает в себя разделы: Эксплуатация и ремонт оборудования; Организационно – технические мероприятия по монтажу оборудования; Охрана труда и безопасность в чрезвычайных ситуациях; Охрана окружающей среды.
Целесообразность внедрения предлагаемой модернизации подтверждено экономическими расчетами (годовой экономический эффект составит более чем 2700 гривен, на один герметизатор, в объемах предприятия где использование герметизатора необходимо на каждую установку по капитальному ремонту скважин, эффект будет значительно больший) достигается за счет увеличения межремонтного цикла герметизатора, а значит и всей установки по капитальному ремонту скважин А – 60.