Тема 5 оборудование и инструмент для ремонта скважин

5.1. Классификация видов ремонтов и операций, проводимых в скважинах

Подземный ремонт скважин подразделяется на текущий и капитальный (рис. 5.1.).

Рис. 5.1. Классификация операций подземного ремонта:

1 - транспортные операции; 2 - подготовительные операции; 3 - спуско-подъемные операции; 4-тартание и др.; 5 - депарафинизация; 6- чистка пробок: 7 — закачка теплоносителя; 8 — закачка кислоты; 9 - закачка специальной жидкости; 10 -заливка цемента; И - цементирование ствола; 12 - разбуривание

К текущему относятся работы, связанные с ремонтом извлекаемого подземного оборудования: колонны штанг, труб, насоса и т. д. Капитальный ремонт скважин включает сложные работы, связанные с ремонтом обсадной колонны и воздействием на пласт. Все операции, составляющие процесс подземного капитального ремонта скважин, выполняются при помощи подъемников, вышек или мачт, специализированного оборудования для очистки труб, промывки скважин, обработки призабойной зоны пласта, инструментов для выполнения ручных операций, а также средств механизации.

Все процессы подземного ремонта обязательно включают в себя транспортные, спуско-подъемные и заключительные операции. В балансе времени примерно 80% приходится на указанные операции и 20% на остальные. Таким образом, совершенно разные по назначению нефтепромысловые процессы имеют много общего по составляющим операциям.

5.2. Талевая система

Мачты подъемных установок двухсекционные, телескопические, с открытой передней гранью изготовлены из трубного проката. В рабочее положение сложенная мачта устанавливается гидравлическими домкратами, выдвижение верхней секции производится вспомогательной лебедкой агрегата через систему тросов. Мачта устанавливается с наклоном 4...6°. Устойчивость мачты обеспечивается двумя силовыми оттяжками, нижние концы которых закреплены на бампере, и четырьмя ветровыми оттяжками, закрепленными на якорях, расположенных по углам квадрата со стороной 28м. Для уменьшения натяжения каната, наматываемого на барабан лебедки подъемника, которым осуществляются спуско-подъемные операции при ремонте скважин, применяется талевая система, представляющая собой обыкновенный полиспаст. Уменьшение натяжения каната достигается, таким образом, за счет уменьшения скорости спуска или подъема груза.

Талевая система состоит из неподвижной части - кронблока, устанавливаемого на вышке или мачте, и подвижной части - талевого блока. Шкивы кронблока и тальблока попеременно огибает талевый канат, один конец которого направляется к барабану лебедки, на котором он закрепляется, а другой конец, называемый «мертвым», прикрепляется к верхней серьге талевого блока либо к рамному брусу вышки или боковой стенке станины лебедки.

Кронблок эксплуатационный является неподвижной частью талевой системы. Кронблоки типа КБН предназначены для работы в районах с умеренным климатом, типа КБ - с умеренным и холодным климатами. Последние изготавливаются двух видов:

• исполнение I - для передвижных подъемных установок и стационарных эксплуатационных мачт;

• исполнение II - с подкронблочной рамой для стационарных эксплуатационных вышек.

В зависимости от грузоподъемности кронблоки выпускаются с различным числом канатных шкивов, устанавливаемых на подшипниках качения. Конструктивно кронблоки всех грузоподъемностей не отличаются друг от друга. Шкивы у всех кронблоков расположены на одной неподвижной оси, покоящейся на опорах и закрепленной стопорными болтами. Канатные шкивы, посажен­ные на ось на двух роликоподшипниках, отделяются друг от друга стопорными кольцами. Во избежание перемещения шкивов ось кронблока имеет с одной стороны бурт, а с другой - навинченную на резьбу круглую гайку со стопорной шайбой.

Рис. 5.2. Кронблок: 1 - траверса; 2 - шкив; 3 - бурт; 4 - ось; 5 - кожух; 6 - рама

Смазка к роликоподшипникам поступает через продольное сверление внутри оси, которое связано радиальными сверлениями с полостью подшипников. Выходы продольного канала на концах оси закрываются шестигранными резьбовыми пробками. Шкивы снабжены крышками, предотвращающими вытекание смазки и попадание грязи в подшипники.

Шкивы кронблоков закрыты быстросъемными ограждением и кожухом. Ограждение кронблока предотвращает соскальзывание талевого каната со шкивов.

Талевый блок является подвижной частью талевой системы. Талевые блоки всех типоразмеров представляют собой канатные шкивы, насаженные на роликоподшипниках на ось, неподвижно установленную в двух щеках, закрепленных гайкой. Канатные шкивы на оси отделены друг от друга распорными кольцами. Конструктивно талевые блоки отличаются друг от друга только числом канатных шкивов.

Рис. 5.3. Талевый блок:

1 - щека; 2 - боковой кожух; 3 - ось шкивов; 4 - подшипник; 5 - шкив; 6 - серьга

Подшипники смазываются индивидуально через продольное и радиальное отверстия в оси. На торцах оси выходы продольного канала закрыты пробками. По аналогии с кронблоками канатные шкивы талевого блока имеют боковые крышки, предохраняющие от попадания грязи и вытекания смазки. К нижней части щек подвешена серьга для соединения с крюком, в верхней части щеки соединены траверсой, служащей для транспортировки талевого блока. Канатные шкивы закрыты откидными съемными кожухами с прорезями и имеют ограничители, предохраняющие от соскакивания талевого каната.

Конструкция талевых блоков позволяет использовать их и в крюкоблоках, применяемых на подъемных установках. В этом случае серьга снимается и щеки талевого блока соединяются не­посредственно с подвеской крюка.

Крюк подъемный эксплуатационный относится к подвижной части талевой системы, предназначен для подвешивания на нем штропов, трубных или штанговых элеваторов, вертлюгов и других приспособлений при монтаже и демонтаже наземного оборудования.

Крюки типа КН предназначены для работы в районах с умеренным климатом, а типа КР - с умеренным и холодным климатами. Крюки изготавливаются двух типов: однорогие (исполнение а) грузоподъемностью до 20т и трехрогие (исполнение б) грузоподъемностью 32т и более (рис. 5.4.).

Крюк состоит из рога, подвески и серьги.

Рог кованый включает сменное седло с защелкой для фиксирования при спуско-подьемных операциях. Вогнутая цилиндрическая поверхность седла соответствует размерам сопрягаемых с ним штропа элеватора или серьги вертлюга.

Подвеска, соединяющая рог крюка с серьгой, состоит из литого стального корпуса, амортизирующей пружины, ствола, установленного на упорном подшипнике. Конструкция подвески допускает свободное вращение рога крюка со стволом как под нагрузкой, так и без нагрузки. Амортизационная пружина и упорный подшипник помещены внутри корпуса и закрыты крышкой для предохранения от атмосферных осадков и загрязнения.

На боковые рога крюка подвешиваются удлиненные штропы для захвата элеватора балочного типа через проушины. С помощью серьги крюк подвешивается к талевой системе. В крюкоблоке удлиненные щеки талевого блока крепятся непосредственно в карманы корпуса крюка с помощью пальцев.

Рис. 5.4. Подъемный крюк:

1 - серьга; 2 - корпус с карманами; 3 - пружина; 4 - ствол с проушинами; 5 - крюк; 6 - защелка; 7 — боковые рога со скобами

Оснастка талевой системы - это последовательная навивка каната на шкивы кронблока и талевого блока, исключающая трение ветвей друг о друга. Оснастка определяется числом шкивов, находящихся в работе (рис. 5.5.).

Если «мертвый» конец каната закрепляется на низ вышки, то поднимаемый груз распределяется на 2z струн каната, если же «мертвый» конец закрепляется на подвижный блок, то груз распределяется на 2z+1 струн, где z - число подвижных шкивов талевого блока.

Рис. 5.5. Оснастка талевой системы:

а - однострунная; б - двухструнная; в - трехструнная;

г - четырехструнная; д - шестиструнная

Расчет талевой системы рассмотрим исходя из ее положения с подвешенным грузом в состоянии покоя. Примем следующие обозначения: Q - нагрузка на крюк с учетом веса подвижной части талевой системы; Р_х - натяжение ходового конца каната, набегающего на барабан лебедки; Р₁, Р₂, Р₃,..,Р_n - натяжения в отдельных струнах талевого каната; Р_м - натяжение «мертвого» конца каната; η- КПД канатного шкива; - коэффициент сопротивления шкива; п - число струн подвижных шкивов.

При подъеме или спуске груза (инструмента) нагрузка распределяется между отдельными струнами неравномерно вследствие трения в системе и жесткости каната. При подъеме максимальное натяжение будет в ходовом конце каната, а минимальное - в «мертвом».

Натяжение ходового конца каната определяется по формуле:

(5.1)

Натяжение «мертвого» конца каната определяется по формуле:

(5.2)

Натяжения в других струнах определяются следующим образом:

(5.3)

где k: = 1, 2, 3, ..., п.

Общий коэффициент полезного действия талевой системы определяется по формуле:

(5.4)

При спуске груза натяжение в струнах каната талевой системы перераспределяется в порядке, обратном подъему. При расчетах талевой системы обычно принимается КПД, равный 97%.

Для оснастки талевой системы применяются стальные канаты диаметром 16,5...22,5 мм с пределом прочности на растяжение 1400... 1900МПа.

Канаты, применяемые при подземном ремонте, свиваются на канатовьющих машинах из светлой или оцинкованной проволоки высокой прочности. Проволоки свиваются в пряди, а пряди свиваются в канат вокруг органического или металлического сердечника.

Канаты типа ЛК-О (рис. 5.6.) выполняются с линейным касанием проволок в прядях и с проволоками одинакового диаметра, а канаты типа ТК (рис. 5.7.) - с точечным касанием отдельных проволок между слоями прядей; проволоки могут быть одинакового и разного диаметра.

Рис. 5.6. Канат типа ЛК-О

Рис. 5.7. Канат типа ТК

По роду свивки канаты подразделяются на обыкновенные и нераскручивающиеся, по направлению свивки верхнего слоя проволок - на канаты правой и левой свивки, а по виду свивки - на канаты крестовой, односторонней и комбинированной свивки. Если пряди в отвесном канате идут слева вверх направо, то они имеют правую свивку, а если идут справа вверх налево - левую свивку.

Расчет каната ведется на сложное сопротивление, учитывающее совместное действие растяжения и изгиба. При этом вначале выбирается канат по разрывному усилию, исходя из усилия в ходовом конце каната.

Р_р = Р_хК, (5.5)

где К - коэффициент запаса прочности, который принимается равным 4...5.

Напряжение от растяжения определяется по формуле:

(5.6)

где δ - диаметр проволоки в канате, м;

i - количество проволок в канате.

Напряжение изгиба определяется по формуле:

(5.7)

где Е- модуль упругости материала проволоки, равный 2,1х10¹¹Па;

D - диаметр шкива кронблока.

Суммарное напряжение σ_сум от растяжения и изгиба определяется по формуле:

σ_сум= σ_р+ σ_из (5.8)

Запас прочности К определяется из соотношения:

(5.9)

где σ_в - предел прочности материала проволоки при растяжении, МПа.