книги / Оборудование для добычи нефти и газа

Рис. 10.55. Конструкция укладчика непрерывной трубы на барабан:

1 — реборда барабана; 2 — тра­ верса; 3 — катушка для намотки КНТ; 4 — рама; 5 — каретка ук­ ладчика трубы; 6 — двухзаходный винт

цепной передачи. Ролики каретки, направляющие гибкую трубу, соединяют­ ся гибким тросом со счет­ чиком, регистрирующим глубину ее спуска. Специ­ алисты некоторых фирм считают необходимым дуб­ лирование счетчиков, уста­ навливая один непосред­ ственно на каретке, а вто­ рой — в кабине оператора.

Узел, в который входит барабан, может быть не­ подвижно закреплен на раме агрегата или иметь вертикальную ось, позволя­ ющую ему поворачиваться с небольшими отклонени­

ями (15—20°), что приводит к снижению нагрузки на элементы агрегата при разматывании или наматывании витков трубы, на­ ходящихся у реборд барабана. Однако в этом случае усложняются конструкции и рамы, и узла барабана.

10.6.6.4. Оборудование устья скважин при работе с КНТ

Оборудование устья скважины при проведении работ с ис­ пользованием колонны непрерывных труб содержит (рис. 10.56) эксплуатационную арматуру, используемую на данной скважи­ не. Это может быть фонтанная арматура, эксплуатационная ар­ матура установки электроцентробежного насоса, арматура на-

Рис. 10.56. Оборудование устья скважины

при проведении работ с использованием колонны

непрерывных труб:

1— каретка; 2 — КНТ; 3 — направляющая; 4 — креп­ ление КНТ; 5 — инжектор; 6 — полый вал барабана; 7 — барабан с КНТ; 8 — герметизатор; 9 — секция превентора, перекрывающая; 10 — секция превен­ тора, перерезывающая; 11 — секция превентора, удер­ живающая; 12 — секция превентора, герметизирую­ щая КНТ; 13— выкид из колонны НКТ; 14— выкид затрубного пространства

гнетательной скважины, штанговая скважинная установка с эк­ сцентричной шайбой.

В первых трех случаях на фланце верхней стволовой задвиж­ ки монтируют четырехсекционный превентор, входящий в со­ став комплекса оборудования для проведения подземного ре­ монта. Превентор должен обеспечивать свободный пропуск ко­ лонны гибких труб в скважину. При возникновении аварийной ситуации он либо герметизирует полость колонны насосно-ком­ прессорных труб, в которую спущена гибкая труба, либо удер­ живает последнюю в подвешенном состоянии, либо перерезает ее, либо перекрывает поперечное сечение скважины.

Практически во всех применяемых в настоящее время комп­ лексах оборудования используют плашечные превенторы с ме­

ханическим или гидравлическим приводом. При этом конструк­ ции исполнительной части превенторов — корпуса и плашки — практически идентичны.

Предпочтительнее применять превенторы с гидравлическим приводом, поскольку ручное управление штурвалами бывает зат­ руднено при высокой эксплуатационной устьевой арматуре. Не­ редки случаи, когда верхний фланец последней для нефтяной скважины находится на высоте 1,5—2 м, а газовой — на высоте 3—4 м.

На верхнем фланце превентора монтируют герметизатор. Он служит для обеспечения герметичности полости колонны насосно-компрессорных или эксплуатационных труб при рабо­ те с КНТ в штатной ситуации.

Обычно герметизатор колонны гибких труб содержит уплот­ нительный элемент, через который пропущена труба. Степень обжатия ее уплотнительным элементом определяется давлени­ ем рабочей жидкости гидропривода, подаваемой в его цилиндр. В процессе работы в зависимости от положения штока цилинд­ ра гидропривода уплотнительный элемент может обеспечивать или гарантированный зазор, или плотное прижатие к поверхно­ сти трубы. В некоторых конструкциях в результате силы трения, возникающей на поверхности контакта трубы с уплотнитель­ ным элементом, труба может удерживаться на весу.

Непосредственно на устье скважины и над ним устанавли­ вают оборудование, обеспечивающее выполнение работ с ко­ лонной непрерывных труб при соблюдении правил безопасности. К этим устройствам относятся превентор, герметизатор устья скважины, транспортер с направляющей дугой и его основание.

Назначение превентора — это обеспечение безопасности в процессе ведения работ при возникновении нештатных ситуа­ ций. Под последними подразумевают аварийную потерю рабо­ тоспособности основных устройств агрегата — транспортера и герметизатора, а также внезапные проявления скважины — выб­ росы и фонтанирование.

Превентор должен включать секции, которые позволяют удер­ живать колонну непрерывных труб, перерезать ее, обеспечивать герметизацию полости скважины по всему ее поперечному сече­ нию и при обжатии непрерывной трубы плашками. Для этого применяют четырехсекционные превенторы, включающие сек­

ции с клиновыми захватами трубы, обжимающими последнюю, и секцию со срезающими и глухими плашками.

При малой вероятности использования превентора, можно при­ менять конструкцию с ручным приводом плашек. Однако исполь­ зование комбинированных приводов — ручного и гидравличес­ кого — позволяет повысить скорость управления превентором.

Под превентором устанавливают тройник, обеспечивающий закачку технологической жидкости в кольцевое пространство между колоннами КНТ и НКТ (или эксплуатационной колон­ ной). Этот же тройник используют для отвода отработанной жидкости.

Основное назначение герметизатора — это изоляция внут­ ренней полости скважины и колонны лифтовых труб от внеш­ ней среды. При этом в изолируемых полостях могут находиться под давлением 16—20 МПа продукция скважины (нефть, газ, вода), технологическая жидкость, используемая при обработке скважины (соляной раствор, жидкость на нефтяной основе, ра­ створы кислот), а также твердые включения (песок, окалина, частицы парафина). В процессе работы комплекса оборудова­ ния при выполнении технологических операций в скважине и спуске или подъеме трубы КНТ могут перемещается со скорос­ тью от 0,01 до 1 м/с. В любом случае герметизатор должен ис­ ключать утечки в зазоре между его корпусом и поверхностью непрерывных труб.

Кроме того, герметизатор устья служит для пропуска в по­ лость скважины инструментов и приборов, наружный диаметр которых может превышать наружный диаметр непрерывной трубы в 1,2—1,5 раза.

Важным требованием является надежная работа уплотнитель­ ного элемента, в частности, обеспечение его работоспособности как при штатном режиме функционирования агрегата, так и при отказе или остановке каких-либо систем, например, при вне­ запной остановке приводного двигателя и последующей паузе при его запуске (или ремонте).

С учетом всех перечисленных требований герметизатор вы­ полняют в виде контактного уплотнения с использованием уп­ лотнительного элемента из эластомера. Материалом для изго­ товления герметизатора служит маслобензоизносостойкая рези­ на или полиуретан. Уплотнение осуществляют с принудитель­

ным поджимом к уплотняемой поверхности, для чего использу­ ют гидравлический привод, которым управляют из кабины опе­ ратора агрегата.

Один из вариантов схемы герметизатора приведен на рис. 10.57 [68]. Он включает корпус 7, в нижней части которого располо­ жен уплотнительный элемент 6. Выше него находится привод­ ной гидроцилиндр 4 диаметром D, полый шток 3 которого пере­ мещается поршнем 2.

Рис. 10.57. Схема герметизатора устья

сосевым расположением приводного цилиндра

Колонна нерерывных труб 1 проходит через полый шток 3, центрируется направляющей втулкой 5 и взаимодействует с уплотнительным элементом. Для установки нового и извлечения изношенного уплотнительного элемента в нижней части корпу­ са предусмотрен затвор 8, поло­ жение которого относительно корпуса фиксируется посред­ ством упорной резьбы или бай­ онетного соединения. Для креп­ ления герметизатора на превен­ торе имеется фланец 9.

Описанная конструкция гер­ метизатора наиболее проста и надежна, но имеет недостатки — значительные осевые габариты и масса.

При необходимости повышения герметизирующей способно­ сти уплотнительного элемента в процессе его работы в полости А увеличивают давление рабочей жидкости гидропривода, а для разгрузки уплотнительного элемента последнее или уменьшают в полости А, или увеличивают в полости В. При этом уплотни­ тельный элемент может быть полностью разгружен, и между ним и наружной поверхностью гибкой трубы образуется зазор.

В процессе работы в кольцевом пространстве С между гиб­ кой трубой и полым штоком накапливается технологическая жидкость, проникающая туда из полости скважины. При пере­ мещении колонны гибких труб вниз необходимо следить за тем, чтобы эта жидкость постоянно там находилась, обеспечивая смаз­ ку поверхности трубы, взаимодействующей с уплотнением. Не­ выполнение этого условия приведет к тому, что уплотнитель­ ный элемент начнет «гореть» и интенсивно изнашиваться.

Приводной гидроцилиндр должен иметь определенный запас хода, который в процессе работы позволяет сжимать изношен­ ный уплотнительный элемент, обеспечивая сохранение работос­ пособности всего узла в целом. Этот запас хода дает возмож­ ность также выталкивать из корпуса изношенный уплотнитель­ ный элемент при его замене, что облегчает и ускоряет проведе­ ние ремонтных работ в промысловых условиях.

Меньшей массой и меньшими осевыми габаритами обладают герметизаторы с радиальным расположением приводных цилин­ дров (рис. 10.58). При использовании подобной схемы усилие прижима уплотнительного элемента обеспечивается нескольки­ ми поршнями (плунжерами), размещенными в боковой поверх­ ности корпуса. Недостатком подобной конструкции является то, что равномерное прижатие уплотнительного элемента к поверх­ ности гибкой трубы начинает обеспечиваться при сравнительно высоких давлениях (порядка 5—6 МПа). Это обусловлено тем, что уплотнительный элемент, расположенный в замкнутом объеме корпуса, только в этих случаях ведет себя подобно жидкости. При меньших давлениях он работает как упругое тело, подчиня­ ющееся закону Гука. Поэтому при высоких давлениях уплотня­ емой среды в полости скважины обеспечивается равномерное изнашивание по всей длине уплотнительного элемента, а при малых — неравномерное, в основном в средней его части.

10.6.6.5. Объемный гидропривод исполнительных органов агрегатов для работы с КНТ

Все исполнительные органы агрегатов для работы с КНТ снаб­ жены объемным гидроприводом. Его применение позволяет наи­ лучшим образом разместить все навесное оборудование на авто­ мобильном шасси и организовать его необходимое энергоснаб­ жение.

Гидравлический привод агрегата состоит из:

—насосной установки;

—гидропривода монтажного оборудования;

—гидропривода лебедки;

—гидропривода транспортера;

—гидропривода регулирования скорости транспортера;

—гидропривода механизма прижима плашек транспортера;

—гидропривода механизма натяжения цепей транспортера;

—гидроцилиндра привода уплотнительного элемента;

—гидропривода управления механизмами транспортера и уп­ лотнительного элемента;

—гидропривода датчика нагрузки;

—гидропривода винтовых насосов.

Насосная установка состоит из группы объемных насосов, приводимых в действие через раздаточный редуктор и коробку отбора мощности автомобильного шасси, на котором смонтиро­ ван агрегат. Насосы расположены на силовом агрегате автомо­ бильного шасси. В рабочем положении агрегата насосы перека­ чивают жидкость из бака и направляют ее либо к соответствую­ щим исполнительным органам, либо обратно в бак (т.е. работа­ ют вхолостую).

Для принудительного охлаждения бака и масла в нем служит вентилятор, приводимый в действие гидромотором, управление которым осуществляется распределителем с электроприводом. Первичный прибор — датчик термометра установлен во всасы­ вающем коллекторе силовых насосов и фиксирует температуру рабочей жидкости гидропривода, поступающей на их прием. Включение (выключение) привода вентилятора осуществляется из кабины оператора, в зависимости от показаний термометра и погодных условий.

Для приведения агрегата в рабочее состояние при его развер­ тывании на скважине и, наоборот, в транспортное положение при сворачивании служит комплекс исполнительных гидроци­ линдров, которые используются в качестве домкратов, для выд­ вижения кабины водителя; для обеспечения привод талевой си­ стемы, для выдвижения мачты.

Для исключения самопроизвольного перемещения штоков домкратов в случае аварийного разрушения трубопроводов или иных внештатных ситуаций гидроцилиндры снабжены гидрав­ лическими замками. Скорость движения их поршней вверх ре­ гулируют дроссели, параллельно которым установлены обрат­ ные клапаны. С их помощью осуществляется перемещение што­ ков цилиндров вниз при установке агрегата в рабочее положе­ ние и быстрое вверх при его свертывании.

Лебедка обеспечивает наматывание и разматывание гибкой трубы в процессе выполнения спускоподъемных операций. Для привода барабана лебедки (рис. 10.59) [68] используется гидро­ мотор М2, который через планетарный редуктор вращает вал барабана. Для принудительного перемещения укладчика трубы применяется гидромотор М3, а выключение муфты сцепления механизма, синхронизирующего вращение барабана и механиз­ ма укладки, осуществляется цилиндром Ц22. Оба гидромотора М2 и М3 имеют реверсивное исполнение.

Частота вращения барабана лебедки изменяется с помощью на­ стройки регулятора расхода РП1. Для «подтормаживания» барабана при сматывании с него непрерывной трубы (с целью обеспечения постоянного натяжения трубы, намотанной на барабан) служит пре­ дохранительный клапан КП7. Он включен последовательно с дрос­ селем ДР9 (с установленным параллельно ему обратным клапаном) и распределителем Р15. Вращение барабана в направлении наматы­ вания трубы обеспечивается распределителем РЗ. При работе в ре­ жиме разматывания трубы включается распределитель Р15 (напря­ жение подается на его нижнюю обмотку). Его вал при приложении крутящего момента в результате натяжения разматываемой трубы начинает вращаться только тогда, когда давление достигает величи­ ны, на которую отрегулирован предохранительный клапан КП7.

Для исключения самопроизвольного вращения вала барабана служит гидравлический замок ЗМ5. В противном случае труба, намотанная на барабан, из-за наличия упругих деформаций стре-

7 10

Рис. 10.59. Гидропривод лебедки барабана для намотки непрерывной трубы

мится самопроизвольно размотаться, что приводит к смещению регулярной укладки витков и повреждению трубы при наматы­ вании и разматывании.

Для принудительного перемещения трубоукладчика и изме­ нения направления его перемещения предназначен распредели­ тель Р4 с электромагнитным управлением. Дроссели ДР10 и ДР11 служат для регулирования скорости перемещения трубоуклад­ чика, а клапан ЧК, соединенный с цилиндром Ц22, обеспечива­ ет отключение муфты сцепления.

Питание исполнительных органов гидропривода лебедки осу­ ществляется насосом НА2.

Привод цепей транспортера для перемещения гибкой трубы при ее спуске или подъеме из скважины (рис. 10.60) обеспечива-

Рис. 10.60. Гидропривод транспортера

ется двумя реверсивными гидромоторами М4 и М5, для иден­ тичного вращения которых имеется синхронизирующая шесте­ ренчатая передача.

Для предотвращения самопроизвольного перемещения цепей транспортера вниз служит тормозной клапан КТ. Включение и изменение направления вращения гидромоторов осуществляет­ ся двумя параллельно включенными распределителями Рб и Р7 с электрогидравлическим управлением, которое принято для по­ вышения надежности их работы в условиях низких температур окружающего воздуха.

Для соединения шлангов гидросистемы транспортера с тру­ бопроводами гидросистемы агрегата использованы гидравличес­ кие разъемы РГ2, РГЗ, РГ10, РГ11.

Питание исполнительных органов гидропривода транспорте­ ра осуществляется насосами НАЗ и НА4 через систему регули­ рования скорости транспортера.