Элеваторы

Элеватор предназначен для захвата колонны труб или штанг и удержания их на весу в процессе спуско-подъемных операций. В зависимости от вида захватываемой колонны при­меняют трубные (для обсадных, бурильных и насосно-комп-рессорных труб) и штанговые элеваторы. По конструкции различают элеваторы одноштропные и двухштропные.

Элеватор состоит из следующих основных деталей и узлов: корпуса, захвата, замка и предохранителя. Корпус, как основ­ная деталь, несущая нагрузку, выполняется литым или кова­ным.

Важная деталь элеватора — замок, который должен обес­печить надежное запирание захватного устройства. Это дости­гается с помощью предохранительного устройства, которым оснащается каждый замок в целях предупреждения самоот­крывания.

Конструктивное исполнение элеваторов зависит от диамет­ра захватываемых труб и штанг, от способа захватывания и от массы поднимаемых или опускаемых колонн. Этим объясняет­ся многообразие конструкций элеваторов, применяемых при ремонте скважин. Например, для обсадных и бурильных труб применяют двухштропные элеваторы, для насосно-компрессор-ных — как двухштропные, так и одноштропные. Для захвата штанг используют одноштропные элеваторы.

Элеваторы ЭТА предназначены для захвата насосно-компрессорных и бурильных труб под муфту, выпускают их двух типоразмеров грузоподъемностью 32 и 50 т для труб диа­метром от 48 до 89 мм.

Элеватор (рис. III. 6) состоит из корпуса 1, шарнирно сое­диненного с серьгой 2, сменных захватов J для труб и рукоят­ки 4, которая одновременно является и запорным, устройством. Эксплуатационные его особенности: простота и удобство обра­щения во время работы, автоматичность процесса захвата труб, наличие сменных захватов, позволяющих одним размером эле­ватора ремонтировать скважины с несколькими размерами ^тРУб. Такие элеваторы можно применять как при механизиро­ванном свинчивании — развинчивании труб, так и при ручном— в комплекте со слайдером.

Элеваторы с захватным приспособлением ^ 3 Н, выпускают их грузоподъемностью от 15 до 50 т. В комп­лект входят: два элеватора, захватное приспособление и штроп.

Захватное приспособление состоит из захвата, затвора и серьги, в которую предварительно вдевают штроп. Затвор запи-

Элеватор Э X Л грузоподъемностью в зависимости от типоразмера, равной 10—40 т, состоит из массивного кованого корпуса, затвора с рукояткой и предохранительного устройст­ва. В верхней части корпуса предусмотрена кольцевая выточ­ка, куда вкладывается затвор, на который навинчивается по­воротная рукоятка, в закрытом положении фиксируемая пре­дохранителем.

Слайдеры

по

Слайдеры предназначены для автоматизации операций захвату, удержания на весу, освобождения и центрирования колонны насосно-компрессорных или бурильных труб в процес­се спуска их в скважину. На рис. III.9 показан автоматический спайдер АСГ-80. Он состоит из корпуса, клиньевой подвески, сменных центраторов и механизма подъема клиньев.

Техническая характеристика слайдера АСГ приведена ниже.

Штропы

Штропы служат для подвески элеватора на крюк. Конст­руктивно это замкнутая стальная петля овальной формы, силь­но вытянутая по одной оси. Изготавливают их цельнокатанны^-ми или сварными в стыке контактной сваркой с последующей термообработкой. Штропы различают по назначению: буровые нормальные — ШБН; буровые укороченные — ШБУ и эксплуа-

тационные — ШЭ. Для текущего и капитального ремонта сква­жин выпускают штропы ШЭ-28-П-Б и ШЭ-50-Б грузоподъем­ностью 28 и 50 т.

Ключи

Ключи различных конструкций и типоразмеров применяют для свинчивания и развинчивания бурильных, обсадных, насос­но-компрессорных труб и штанг.

Для свинчивания и развинчивания труб в основном ис­пользуют ключи двух типов: шарнирные и цепные. Шарнирные ключи, подразделяемые на машинные и ручные, легче цепных,, удобны и просты в работе; при работе с ними поверхность труб^: в меньшей степени подвержена различным повреждениям.

Машинные ключи УМК применяют для докрепле-ния или раскрепления замкового соединения бурильных труб"-или соединения труб обсадной колонды с помощью механичес­кой тяги.

Ключи трубные двухшарнирные КТД пред­назначены для свинчивания и развинчивания насосно-компрес­сорных труб как вручную, так и >с помощью автомата АПР-2ВБ или КМУ-50.

Ключ КТД (рис. ШЛО) состоит из большой 2 и малой / челюстей и рукоятки 3, шарнирно соединенных между собой.

На оси шарнира большой челюсти и рукоятки 6 насажена пружина 4, стягивающая челюсти к центру образующих дуг, за счет чего ключ удерживается на трубе. На малой челюсти / расположен самоустанавливающийся сухарь 5 с дугообразной зубчатой поверхностью, благодаря которой сухарь всей поверх-

еностью контактирует с трубой (в отличие от других применяе­мых шарнирных ключей). Это обеспечивает более надежное •захватывание трубы, снижает давление на контактной поверх­ности, что предохраняет сухари и поверхность труб от износа

и повреждения.

Трубный ключ КТНД состоит из шарнирно соеди­ненных челюсти и рукоятки. В челюсть вставлена плоская плаш-жа, а в рукоятку — дугообразная с выпуклой рабочей поверх­ностью. На оси шарнира установлена пружина, обеспечиваю­щая удержание ключа на вертикальной трубе.

Трубный ключ КТГУ (рис. III. 11) используют при •механизированном свинчивании я развинчивании труб с по­мощью механизмов АПР-2ВБ; К.МУ-50, имеющих водило. Ключ •состоит из рукоятки 6 и створки 4, шарнирно соединенных с челюстью 1 при помощи пальца 3. Пр.и надевании ключа на трубу створка 4 поворачивается вокруг пальца 3 и под действи-•ем пружины 5 плотно прижимается сухарем 2 к трубе.

Стопорный ключ КСМ предназначен для стопоре-ния колонны труб от проворачивания при их механизирован­ном свинчивании и развинчивании. Ключ состоит из челюстей, •соединенных шарнирно с помощью пальца, двух защелок и -сухаря. При надевании ключа на трубу под воздействием пру­жины одна защелка замыкает его, а вторая — предотвращает от самооткрывания. Эксцентричная расточка внутренней по­верхности челюсти обеспечивает заклинивание сухаря между трубой и челюстью. Для работы с трубами различных диамет­ров необходимо предварительно установить сухарь, соответст­вующий диаметру труб.

Штанговые ключи КШ предназначены для свинчи-шания и развинчивания вручную насосных штанг в процессе •спуско-подъемных операций при ремонте скважин. Выполнены они из кованой заготовки с зевом под размер квадрата штанги

ш рукояткой.

Круговой штанговый ключ КШ К предусмотрен для отвинчивания штанг (внутри насосных труб) при заклини-

вании плунжера скважинного насоса. Состоит он из обода, не­подвижной и подвижной плашек, зажимного винта и ступицы,, состоящих из двух дисков.

Цепные ключи предназначены для свинчивания и раз­винчивания вручную насосно-компрессорных труб различных диаметров. При этом необходимо, чтобы цепь ключа плотно» облегала трубу и захватывала звено за усики головки рукоят­ки.

Ключ состоит из рукоятки, двух щек, шарнирно соединен­ных с помощью болта с рукояткой, и цепи. Щеки имеют по че­тыре дугообразных рабочих поверхности, предусмотренные для замены поверхности по мере ее износа.

Цепные ключи выпускают двух типов: КЦН (ключ цепной¹ нормальный) и КЦО (облегченный).

БУРИЛЬНЫЕ, ОБСАДНЫЕ, НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ И ИХ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НАСОСНЫЕ ШТАНГИ

Бурильные трубы

Колонна бурильных труб — связующее звено наземного обо­рудования с инструментом, применяемым во время ремонтно-исправительных, ловильных работ, зарезки и бурения второго-ствола и др. Она состоит из бурильных, утяжеленных буриль­ных труб, ведущей трубы и соединительных элементов (замков,. муфт и переводников).

При капитальном ремонте нефтяных, газовых и нагнета­тельных скважин используют стальные бесшовные бурильные-трубы с высаженными концами, а также трубы с высаженными-концами и коническими стабилизирующими поясками, на кон­цах этих труб предусмотрена резьба с правым и левым направ­лениями нарезки.

Трубы в двухтрубки соединены муфтами, а двухтрубки меж­ду собой — замками. На каждой трубе на расстоянии 0,4— 0,6 м от одного из ее концов выбивают клеймо, указывающее:: номер трубы; группу прочности; толщину стенки; наименование или товарный знак предприятия-изготовителя; мес^ц и год вы­пуска. Место клеймения обведено светлой краской. Для труб-с условным диаметром 60—102 мм размер клейма должен быть, равен 5—8 мм. На каждой муфте выбивают клеймо — товар­ный знак завода-изготовителя. Все клейма должны быть вдоль-образующей трубы и муфты. Рядом с клеймом устойчивой светлой краской наносят маркировку: а) условный диаметр тру­бы; б) точность изготовления (при поставке труб повышен­ной прочности); в) группу прочности стали; г) толщину стенки; Д) длину трубы. Высота букв и цифр должна быть 35—50 мм. Трубы с резьбой левого направления нарезки должны иметь Широкий поясок, нанесенный светлой краской, с надписью «Лев».

Бурильные трубы изготавливают четырех типов: 1) с выса­женными внутрь концами (ТБВК) и муфтами к ним; 2) с вы­саженными наружу концами (ТБНК) и муфтами к ним; 3) с высаженными внутрь концами и коническими стабилизирую­щими поясками; 4) с .высаженными наружу концами и кони­ческими стабилизирующими поясками.

Бурильные трубы всех типов изготавливают длиной 6; 8 и 11,5 м — при условном диаметре от 114 до 127 мм из стали групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р, Т. Муфты для труб типов 1 и 2 с условным диаметром 114 мм и менее изготавливают из •стали с более высокими механическими свойствами. Трубы и муфты должны быть термически обработаны, а резьба муфт к трубам типов 1 и 2 — оцинкована или фосфатирована. В комп­лекте допускается до 25% труб длиной 8 м и до 8% длиной 6 м.

Бурильные трубы с высаженными концами и муфтыкним. Для соединения труб между собой на вы­саженных концах нарезают резьбу, на которую навинчивают ниппельную или муфтовую части замка. Короткие трубы (дли­ной 6 м) предварительно соединяют между собой соединитель­ной муфтой.

Бурильные трубы с коническими стабили­зирующими поясками. Для снижения переменных на­пряжений в резьбовом соединении в опасном сечении по пос--леднему витку резьбы применяют бурильные трубы с коничес­кими стабилизирующими поясками.

Высокую прочность и герметичность соединения обеспечива­ет: внутренние упорные торцы, стабилизирующий уплотнитель-ный поясок и гладкий участок трубы непосредственно за навин­ченным замком, воспринимающие знакопеременные изгибаю­щие нагрузки.

Высаженная часть труб ТБВК и ТБНК на 15% длиннее •стандартных труб. Номинальный натяг по резьбе и стабилизиру­ющему пояску принят равным, в среднем 0,3—0,4 мм.

Для соединения бурильных труб в колонну предназначены замки, состоящие из двух деталей: замкового ниппеля с на­ружной крупной резьбой и замковой муфты с такой же внут­ренней резьбой. Замки для бурильных труб типов 1 и 2 изго­тавливают трех видов, отличающихся гидравлическими и проч­ностными характеристиками: ЗН—с нормальным проходным •отверстием; ЗШ — с широким проходным отверстием; ЗУ — с увеличенным проходным отверстием.

Резьба замков имеет правое или левое направление нарезки. -При капитальном ремонте скважин применяют замки первых двух видов.

Утяжеленные бурильные трубы (У Б Т), изго­тавливаемые из стали групп прочности Д и К (сталь марки •36Г2С), предназначены для повышения жесткости и увеличения

массы нижней части бурильной колонны, чем создается нагрузка на долото.

УБТ, представляющие собой толстостенные бурильные тру­бы, изготавливают двух типов: гладкие по всей длине (рис. IIL12, а) и с конусной проточкой (рис. 111.12,6) для надежно­го захвата и удержания их в клиновой подвеске. Кроме того, УБТ поставляют с внутренней замковой резьбой на обоих кон­цах и устанавливают их непосредственно над долотом (наддо-лотные трубы), и с внутренней замковой резьбой на одном кон­це и наружной — на другом (промежуточные трубы); последние располагают в бурильной колонне между наддолотной утяже­ленной трубой или турбобуром и бурильными трубами.

ВНИИБТ разработаны сбалансированные утяжеленные бу­рильные трубы УБТС1 с резьбовыми соединениями повышенной прочности.

Ведущая труба предназначена для передачи враще­ния от ротора к бурильной колонне и представляет собой тол-

стостенную трубу квадратного се­чения. Конструктивно они выпол­няются в двух вариантах: сбор­ными (составленными из трех де­талей) и цельными.

Сборные ведущие бу­рильные трубы изготавли­вают предпочтительно квадратно­го сечения. Вследствие простоты изготовления такие трубы наибо­лее распространены. Они вклю­чают собственно трубу (штангу), нижний переводник ПШН (рис. III.13, а) и верхний — ПШВ (рис. 111.13,6) для соединения ве­дущей трубы с вертлюгом. Для защиты от износа замковой резь­бы нижнего переводника, подвер­гающегося многократным свинчи­ваниям и развинчиваниям при наращивании бурильной колон­ны, на переводник ПШН навинчи­вают предохранительный пере­водник (ПП).

С целью повышения усталост-

ной прочности сборных ведущих труб в АзНИПИнефти разра­ботана конструкция с цилиндрическим блокирующим пояском ТВБ, в значительной степени разгружающим соединение от воз­действия переменных напряжений. Переводник навинчивается в горячем состоянии (400—420 °С).

За последнее время разработаны конструкции ведущих труб с коническими стабилизирующими поясками ТВК.П. Здесь пре­дусмотрена горячекатанная (или с механической обработкой) термообработанная труба с посаженными на нее горячим спо­собом замками. Замки (переводники ПВВК и ПВНК) изготав­ливают из высокопрочной стали марки 40 ХНМА.

Легкосплавные бурильные трубы (Л Б Т) из­готавливают из термообработанного сплава Д16-Т. При ис­пользовании этих труб достигается облегчение бурильной ко­лонны.

Переводники, изготавливаемые с замковой резьбой как правого, так и левого направления нарезки, применяют для соединения отдельных частей бурильной колонны или присоеди­нения к ней инструмента с различной по типу и размерам резьбой. Изготавливают их трех типов: переходные (ПП), муфтовые (ПМ) и ниппельные (ПН).

Переводники переходные предназначены для предохранения от быстрого износа замковых резьб, подвергающихся частым свинчиваниям и развинчиваниям при спусках и подъемах бу-

рильных труб, а также для соединения деталей, отличающихся типом и размером замковых резьб.

Переводники муфтовые и ниппельные применяют в случаях, когда соединяемые концы колонны или инструмента имеют оди­наковое ниппельное или муфтовое исполнение.

По конструкции, материалу и размерам эти переводники имеют много общего с бурильными замками. Наружный их ди­аметр одинаков с наружным диаметром замка или равен наи­большему наружному диаметру с одной из двух соединяемых между собой деталей замков. В последнем случае переход к меньшему по размеру замку выполняется в виде скоса под уг­лом 35° с наружной стороны на упорном уступе ниппельного конца или на упорном торце муфтового конца переводника. Во всех случаях диаметр проходного отверстия переводника соот­ветствует наименьшему диаметру циркуляционного отверстия замка. Переводники изготавливают из той же марки стали, что и замки для бурильных труб.

На наружной цилиндрической поверхности каждого перевод­ника на пояске для маркировки наносят: товарный знак пред­приятия-поставщика; обозначение типоразмера переводника; марку стали; дату выпуска (месяц, год); номер стандарта.

На переводниках с резьбами левого направления нарезки, кроме пояска для маркировки, на расстоянии 10 мм от него протачивается опознавательный поясок шириной 5 мм.

Обратный клапан, устанавливаемый на бурильной колонне, предназначен для предотвращения выброса жидкости из скважины через бурильные трубы в процессе- ее ремонта.

В соответствии с типами бурильных замков предусмотрены обратные клапаны следующих типов: КЗН — для колонны с замками с нормальным проходным отверстием; К.ЗШ— для колонны с замками с широким проходным отверстием; К.ЗУ — для колонны с замками с увеличенным проходным отверстием.

Эксплуатация бурильных труб. Все трубы и соединительные элементы перед вводом скважин в эксплуата­цию в соответствии с требованиями государственных стандар­тов, нормалей и технических условий подвергают на трубных базах внешнему визуальному осмотру, обмеру основных разме­ров /и проверке качества нарезки резьбы с помощью гладких и резьбовых калибров.

Перед навинчиванием замков на трубы сборной конструкции и закреплением резьбовых соединений для лучшего сопряжения резьбы соединяемой пары подбирают замковые муфты по фак­тическим натягу и конусности резьбы.

Замки с номинальным натягом резьбы навинчивают на кон-Цн труб с резьбой, не имеющей отклонений от номинального натяга. Для концов труб с резьбой, имеющей натяг в пределах плюсового допуска, подбирают деталь замка с трубной резь­бой, натяг которой выполнен с отклонением в пределах задан­ного минусового допуска, а замок с увеличенным натягом труб-

ружу, трубы ТБО-5 — наружную высадку с одного конца, та­кую же как и для труб ТБО-4, на другом конце — муфту, соот­ветствующую трубе ОТТГ-1.

Герметичность соединений труб ОТТГ-i, ТБО-4 и ТБО-5 обеспечивается коническими ушютнительными поверхностями, расположенными со стороны торца трубы (см. рис. III. 14). Резьбовая часть этих соединений соответствует резьбовому со­единению труб ОТТМ-1. Переход с труб ОТТМ-1 на трубы того же диаметра типа ОТТГ-1, ТБО-4 и ТБО-5 может осуществ­ляться без применения переводников. В соединении предусмот­рен контакт по внутренним упорным торцам, фиксирующий заданный натяг при закреплении соединения.

При спуске обсадных колонн применяют ряд деталей и уз­лов (элементов обсадной колонны), предназначен­ных для соединения, разъединения обсадных труб, облегчения спуска и других целей.

Переводники для перехода с замковой резьбы на резь­бу обсадных труб предназначены для соединения колонны бу­рильных и обсадных труб. Конструктивно они представляют собой сочетание муфтового замка с ниппельным концом обсад­ной трубы. Поставляют переводники как с правым, так и с ле­вым направлением нарезки резьбы на обоих концах или с пра­вой резьбой на одном и левой— на другом.

На кольцевом пояске, вытачиваемом на наружной цилинд­рической поверхности, наносят клеймением следующие знаки маркировки: товарный знак завода-изготовителя, обозначение

переводника, дату выпуска (месяц и год). На переводниках с левым направлением нарезки рядом с пояском для маркировки предусмотрен второй (опознавательный) поясок.

В нижней части обсадной колонны монтируют следующие элементы, обеспечивающие успешный спуск и цементирование колонн: направляющую пробку, башмак, упорное кольцо.

Направляющие пробки, предназначенные для пра­вильного направления спускаемой обсадной колонны по стволу скважины, изготавливают из серого чугуна. В последние годы стали применять бетонную направляющую пробку ПБН, со­стоящую из металлического корпуса и бетонного наконечника.

Преимущества ПБН — небольшая стоимость изготовления и легкость последущего его разбуривания.

Башмак, предназначенный для придания жесткости низу обсадной колонны, представляет собой толстостенный стальной патрубок. Выпускают башмаки двух типов: БП — с направляю­щей чугунной пробкой, поставляемый свинченным с направляю­щей пробкой; Б —с фаской без направляющей пробки. На башмаках клеймением наносят маркировку с указанием товар­ного знака завода-изготовителя, условного обозначения баш­мака, порядкового номера и даты выпуска.

Над башмаком колонны устанавливают патрубок, изготов­ленный из муфтовой заготовки для обсадных труб, длиной 1,5—2,0 м с резьбой на концах. Нижний конец этого патрубка свинчивают с башмаком, а на верхний навинчивают удлинен­ную муфту с обратным клапаном. В теле его предусмотрено несколько отверстий диаметром 25^:—32 мм, расположенных по винтовой линии и предназначенных для выхода бурового раст­вора из колонны.

Обратный клапан применяют для облегчения спуска колонны обсадных труб, а также в целях предотвращения вы­броса или обратного движения тампонажного раствора. Кроме того, использование его способствует частичной промывке и очищению заколонного пространства.

С учетом конкретных условий спуска и цементирования об­садных колонн создано несколько разновидностей обратных клапанов, отличающихся как конструкцией, так и принципом действия.

По конструкции различают корпусные и бескорпусные, а по виду запорного элемента тарельчатые, шаровые и с шарнирной заслонкой. По принципу действия выпускают три основные груп­пы корпусных клапанов: а) полностью исключающие перемеще­ние жидкости из заколонного пространства в колонну при ее спуске в скважину; б) обеспечивающие самозаполнение спус­каемой обсадной колонны жидкостью при определенном (зада­ваемом) перепаде давления над клапаном и в заколонном пространстве, но исключающие возможность обратной циркуля­ции жидкости; в) обеспечивающие постоянное самозаполнение обсадной колонны при спуске в скважину и позволяющие вести

промывку скважины методом обратной циркуляции (включа­ется в работу после доставки запорного элемента клапана).

Клапаны первой группы используют при креплении верти­кальных скважин, где возможны нефте-газо-водопроявления, но отсутствуют поглощения; второй группы — в наклонных сква­жинах с аналогичными условиями; третьей группы — при креп­лении вертикальных и наклонных скважин в условиях погло­щения жидкости и отсутствия проявлений пластов.

Кроме перечисленных, на промыслах применяют новые конструкции обратных клапанов — диафрагменный, дифферен­циальный и другие, которые позволяют автоматизировать про­цесс непрерывного заполнения жидкостью колонн.

Конструкции диафрагменных клапанов типа ЦКОД и ЦКО, предусмотренных для колонн диаметрами 114—426 мм, разра­ботаны во ВНИИКрнефти.

Клапаны ЦКОД относятся к корпусным третьей груп­пы. В верхней части их имеется опорная торцовая поверхность для остановки цементировочной разделительной пробки. Поэто­му не требуется установки упорного кольца. При спуске об­садной колонны клапаны ЦКОД обеспечивают постоянное са­морегулируемое заполнение ее жидкостью через отверстие в дросселе. Обсадную колонну, оборудованную таким клапаном, спускают без запорного элемента — шара.

Шар опускают под давлением жидкости в колонну после ее спуска на заданную глубину. Проходя через разрезные шайбы и диафрагму, он занимает рабочее положение. При необходи­мости шар можно установить в корпусе перед спуском колонны. В этом случае самозаполнение колонны жидкостью исключа­ется.

Обратный к лапан ЦК О, представляющий собой мо­дификацию клапана ЦКОД, предназначен для условий цемен­тирования скважины, связанных с опасностью выброса или сильного поглощения жидкости. В первом случае такой клапан спускают в скважину с предварительно помещенным в ней ша­ром и используют как обычный обратный клапан, во втором случае — его используют аналогично ЦКОД.

Упорное кольцо (кольцо «стоп»), изготовляемое из серого чугуна, предназначено для установки цементировочной пробки на заданной глубине и получения четкого сигнала об окончании продавливания тампонажного раствора.