ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО РЕМОНТА СКВАЖИН
Все подземные и капитальные ремонты скважин, а также операции по обработке призабойных зон сопровождаются спуском в скважину и подъемом из нее труб, штанг, различных инструментов. Поэтому над устьем скважины на время проведения ремонтных работ должны быть установлены подъемное сооружение (вышки или мачты) соответствующей высоты и подъемный механизм (механизированные лебедки, смонтированные на тракторах или автомобилях).
На нефтяных и газовых промыслах широко распространены подъемные агрегаты для подземного ремонта скважин, в которых вышка и лебедка размещены на одной транспортной базе — тракторе или автомобиле.
Схема оснащения вышки или мачты для проведения спу-ско-подъемных операций с трубами, штангами и различными инструментами приведена на рис. 108. Аналогично оснащаются и передвижные агрегаты, имеющие собственную мачту или вышку.
Вышка оснащается обычным полиспастом или талевой системой с крюком, на котором при помощи специальных приспособлений подвешивается поднимаемый груз (трубы, штанги). Неподвижные ролики полиспаста, собранные в один узел, называемый кронблоком, устанавливаются на верхней площадке вышки. Обычно все ролики кронблока свободно насажены на один вал, укрепленный на массивной раме. В кронблоке может быть от трех до пяти роликов в зависимости от требуемой грузоподъемности талевой системы.
Подвижные ролики талевой системы также собраны в один узел, называемый талевым блоком. Здесь также все ролики свободно насажены на одном валу.
Талевый блок висит на стальном канате, который поочередно пропускается через ролики кронблока и талевого блока и обратно в том же порядке. Неподвижный конец каната закреплен у основания вышки, а подвижный конец прикреплен к барабану лебедки.
Во избежание опрокидывания вышки при подъеме или спуске колоны труб подвижный конец каната перед закреплением его у барабана лебедки в большинстве случаев пропускается через оттяжной ролик, укрепленный у основания вышки, как это показано на рис. 108.
Таким образом, талевый блок, крюк и подвешенные на нем трубы висят на нескольких канатах (струнах). Число струн составляет от 2 до 8; в соответствии с этим нагрузка на рабочий конец каната и на лебедку в 2—8 раз меньше веса груза на крюке.
При вращении барабана лебедки канат навивается на барабан и происходит подъем труб. Спуск производится под действием веса труб.
При работе с легкими инструментами (желонки при чистке пробок, укороченные колонны насосных штанг и т. п.) канат от барабана лебедки перекидывают через один ролик на крон-блоке непосредственно к подвешиваемому инструменту или крюку. В этом случае система работает без применения талей.
Рис. 108. Оборудование устья скважины для подземного ремонта:
/ — тракторный подъемник; 2 — стальной канат; 3 — оттяжной ролик; 4 — насосно-компрессорные трубы; 5 — элеватор; 6 — штропы; 7 — крюк; 8 — талевый блок; 9 — вышка; 10 — кронблок; // — мостики; 12 — упор для трактора
При работах, связанных с вращением колонны труб (например, при разбуривании цемента), над устьем скважины, как и при бурении, устанавливают ротор.
Эксплуатационные вышки обычно изготовляют из отработанных бурильных и насосно-компрессорных труб высотой 24 и 28 м, грузоподъемностью 50 и 75 т. Нижнее основание имеет размеры 8X8 м, верхняя площадка — 2X2 м.
Мачты имеют высоту 15 и 22 м с соответствующей грузоподъемностью 15 и 25 т. Мачта устанавливается над устьем скважины с небольшим углом наклона и укрепляется оттяжками.
Стационарные вышки и мачты используются только при ремонтах скважин, все остальное время они бездействуют. В общем балансе времени эксплуатируемых скважин подземные ремонты занимают в среднем 2—3%; следовательно, подъемные сооружения используются только около 6—10 дней в году. Поэтому с целью более рационального использования подъемных сооружений и механизмов применяют передвижные мачты, а также подъемники, несущие собственную мачту.
Передвижные мачты устанавливают на тележках и транспортируют от скважины к скважине трактором. Они изготовляются из обсадных труб двуногими, телескопическими.
В подъемниках, несущих собственную мачту, транспортной базой служат трактора и автомобили. Такие подъемники имеют грузоподъемность от 16 до 80 т.
Для спуска в скважину труб и штанг и подъема их из скважины применяется комплект инструмента, состоящий из трубных и штанговых элеваторов и ключей, а также различные приспособления, ускоряющие проведение работ и обеспечивающие их безопасность.
Трубные элеваторы служат для захвата трубы под муфту и удержания колонны труб навесу при спуске и подъеме их. Трубный элеватор представляет собой массивный литой или кованый хомут с отверстием посредине под трубу и с боковыми проушинами под штропы. Диаметр отверстия в элеваторе соответствует наружному диаметру поднимаемых или спускаемых труб. Часть одной стенки элеватора раскрывается для ввода в него трубы. После того как труба будет заведена в элеватор, стенка при помощи рычага закрывается.
При подъеме труба опирается заплечиками муфты на торцовую поверхность элеватора. На боковые проушины элеватора надеваются массивные стальные штропы, подвешиваемые к подъемному крюку.
Спуск и подъем насосных штанг также производится с помощью легких стальных хомутов, называемых штанговыми элеваторами.
Для свинчивания и развинчивания труб применяют цепные и шарнирные ключи, а для этих же операций со штангами — штанговые ключи.
§ 2. СПУСКО-ПОДЪЕМНЫЕ ОПЕРАЦИИ И ИХ МЕХАНИЗАЦИЯ
Любой ремонт в скважине сопровождается подъемом и спуском труб или штанг. Такие работы называют спуско-п одъемны ми операциям и.
В зависимости от характера подземного ремонта спуско-подъемные операции занимают от 40 до 80% всего затрачиваемого на ремонт времени, т. е. практически они определяют общую продолжительность подземного ремонта.
Трубы из скважины поднимают после снятия устьевой арматуры. При ремонте же насосной скважины сначала отсоединяют верхнюю штангу (сальниковый шток) от станка-качалки и отводят в сторону головку балансира.
При ручном свинчивании и развинчивании трубы поднимают в такой последовательности. Всю колонну спущенных в скважину труб подвешивают на крюке при помощи элеватора, который поддерживает колонну труб за муфту. После того как трубы подняты на некоторую высоту и муфта второй трубы показалась, над устьем скважины, под эту муфту под-кладывают второй элеватор, который удерживает трубы от падения в скважину при отвинчивании первой трубы. Отвинченную трубу кладут на мостки перед вышкой, после чего процесс подъема труб возобновляется и операции по отвинчиванию труб повторяются. Спускают трубы в скважину в обратном порядке.
При ремонте скважин, эксплуатируемых штанговыми насосными установками, кроме насосно-компрессорных труб спускают и поднимают и насосные штанги. Эти работы выполняют так же, как и при спуске и подъеме труб, но с применением штанговых элеваторов и штанговых ключей.
При спуско-подъемных работах наиболее трудоемкими операциями являются перенос элеваторов с мостков к устью скважины, а также свинчивание и развинчивание труб и штанг.
Для облегчения основных трудоемких работ при спуско-подъемных операциях широко применяют автоматы Молчанова (АПР) (по фамилии их изобретателя).
Автомат АПР с применением комплекса специальных инструментов позволяет осуществлять следующие операции:
1) автоматический захват и удержание колонны труб в специальном клиновом захвате или спайдере; при работе с одним значительно облегченным элеватором последний постоянно висит на крюке;
2) механическое свинчивание и развинчивание труб;
3) автоматическое ограничение усилия свинчивания;
4) автоматическое центрирование колонны труб в скважине.
Комплекс механизмов АПР состоит из следующих узлов и деталей: автомата для свинчивания и развинчивания труб, соединенного в одно целое со спайдером; одноштропного облегченного элеватора; трубного ключа; стопорного ключа; подкладной вилки; центратора, который служит для отжатия трубы до совпадения ее оси с осью скважины.
Автомат АПР (рис. 109) состоит из вращателя 3 с установленным на нем водилом 4 для вращения трубного ключа, который укреплен на отвинчиваемой или завинчиваемой трубе, и слайдера 9, удерживающего на весу колонну труб. Подъем и опускание плашек спайдера автоматизированы; они осуществляются движением трубы вверх или вниз.
При движении вверх труба, увлекая за собой плашки, несколько приподнимает их, а под действием груза подвеска
Рис. 109. Автомат АПР: а — автомат с центратором; б — разрез автомата
с плашками поднимается и устанавливается в нерабочее положение. При спуске трубы элеватор садится на подвеску и она вместе с плашками опускается. Когда плашки касаются трубы, она захватывается ими и заклинивается, а между нижней плоскостью элеватора и верхней плоскостью подвески образуется зазор, что позволяет свободно снять элеватор с трубы.
Вращение водилу передается от электродвигателя 7 через червячную пару 6 и 2. Червячное колесо 2 свободно вращается на корпусе автомата / в кожухе 5. Между автоматом и электродвигателем предусмотрена муфта 8 ограничения момента вращения, отрегулированная на определенное усилие при свинчивании труб. Корпус автомата связан болтами с центратором 10.
Автомат управляется при помощи реверсивного трехполюсного заполненного маслом пускателя, устанавливаемого на массивной стойке. Пускатель соединяется кабелем через штепсель с электродвигателем и с промысловой силовой электросетью.
Для механизации процессов свинчивания и развинчивания насосных штанг применяют штанговые ключи АШК и МШК (автоматические и механические ключи), принцип действия которых аналогичен автоматам АПР.
Для облегчения труда рабочих при проведении отдельных операций по подземному ремонту скважины используют различные приспособления малой механизации; направляющие воронки для труб и штанг, лотки или салазки для оттаскивания труб на мостки, вилки для подтаскивания труб, перенос- -ные столики для ручного инструмента и т. п.