10.6.5. Оборудование для ремонта скважин под давлением

Необходимость подземного ремонта и освоения скважины или просто спуска в нее колонны труб, когда она способна фонтани­ровать, обусловило создание оборудования для спуска в скважи­ну или подъема из нее колонны труб, или для ее ремонта под давлением.

Для осуществления такого процесса возникла необходимость в создании, во-первых, устройств для герметизации устья, спо­собных при этом пропускать без утечек газа или жидкости спус­каемые или поднимаемые трубы, и, во-вторых, устройства для спуска и для подъема колонн труб.

Попытки создания подобного оборудования начались еще в двадцатых годах, однако многие годы они заканчивались неудач­но, и лишь в последние 15—20 лет такое оборудование было в достаточной степени конструктивно отработано для широкого использования. Столь длительный процесс отработки и совер­шенствования этого оборудования объясняется его сложностью.

Ускорению его отработки и выпуска способствовала начав­шаяся разработка нефтегазовых месторождений на морском и океанском шельфе, где выполнение целого ряда внутрискважинных операций осуществимо только под давлением при на­дежно герметизированном устье скважины.

Главными требованиями к оборудованию для ремонта сква­жин под давлением, кроме обеспечения спуска или подъема ко­лонн труб, являются обеспечение его высокой надежности и полное исключение утечек нефти или жидкости.

Комплексы спуско-подъемного оборудования для ремонта скважин под давлением представляют собой обычно группу аг­регатов, самоходных или буксируемых на прицепе, монтируе­мых или связываемых в единую систему в зоне скважины на время выполнения на ней работ.

Оборудование это полностью гидрофицировано на основе гидростатического привода. Именно гидрофикация этого вида техники позволила после многих лет работ создать высокона­дежные агрегаты для работы под давлением и выполнять под давлением практически все необходимые операции без глуше­ния фонтанирующей скважины, что способствует увеличению ее продуктивности [36, 55, 56].

Общий вид расположения основного оборудования, разме­щенного в зоне обслуживаемой скважины, показан на рис. 10.40.

Как видно, в данном случае основная часть оборудования-превенторы и подъемник — монтируются на устье скважины, что обеспечивает соосность всей системы ей стволом скважины. Такой способ монтажа используется и на морских скважинах.

Транспортирование агрегатированного оборудования на суше обычно выполняется с помощью специальных транспортных платформ — полуприцепов с крановым устройством для погруз­ки—разгрузки этого оборудования.

Известно несколько схем устройств для спуска — подъема труб под давлением (рис. 10.41). Общим для всех схем является создание усилий, передаваемых колонне труб с помощью клиньевых спайдерных устройств как вверх, так и вниз.

Рис. 10.40. Схема расположения оборудования для ремонта скважины под давлением:

1— транспортная база; 2 — верхняя площадка; 3 — трубный ключ; 4 — подвеска трубного ключа; 5 — цилиндровый подъемник; 6 — силовой агрегат; 7— вышка; 8— группа превенторов; 9— несущая система; 10 — технологическое оборудование; 11— управление

В последние годы подавляющая часть подъемников этого на­значения выполняется с гидроприводом.

Типичным исполнением гидроприводного подъемника явля­ется конструкция (рис. 10.42), монтируемая на устье скважины. Главные узлы такого подъемника — спайдеры, вращатель (труб­ный ключ), подъемник, герметизаторы.

Работы в скважине под давлением выполняются как через колонну насосно-компрессорных труб, так и с подъемом ее. В первом случае конструкция устья скважины обычная, во втором подвеска колонны Н КТ в трубной головке должна быть муф­товой с герметизацией затрубного пространства.

Рис. 10.41. Принципиальные, схемы подъемников для спуска труб под давлением:

а — гидроприводный: 1,2 — подвижный и неподвижный клиньевые зах­ваты; 3 — подвижная траверса; 4— неподвижная траверса; 5— цилинд­ры; 6 — штоки цилиндров; б — гидроприводный с соосным расположе­нием цилиндров: 1, 2 — подвижный и неподвижный клиньевые захваты; 5 — цилиндры; 7— полый шток; 8 — основание; в — комбинированный: 1— захват труб; 2— стационарный захват; 3 — подвижная траверса; 5 — корпус цилиндра с осью; 6 — шток; 9 — приводный цилиндр; 10 — ось; 11, 12 — неподвижные шкивы: 13, Н — ходовые концы канатов талевых систем; 15, 16— «мертвые» концы канатов; А — поршневая полость; Б — штоковая полость

Подъемник в агрегате для ремонта скважин под давлением конструктивно выполняется в зависимости от типа труб (нама­тываемых или обычных). При работе с колонной из ненаматы-ваемых труб их поднимают и спускают с перехватом колонны клиньями подвижных и неподвижных слайдеров. Подъемник приводится в действие гидроприводом, работающим обычно от ДВС. Подача очередных труб к подъемнику при спуске колонны в скважину осуществляется с помощью агрегатированного с ним крана с гидроприводной лебедкой, а их свинчивание — развин­чивание с помощью гидроприводного трубного ключа, также агрегатированного с подъемником.

Рис. 10.42. Конструктивная схема гидроподъемника:

1— фланец устья скважины; 2— колонна НКТ; 3— катушка-переводник; 4- опорный фланец подъемника, 5— уплотнение герметизатора; б— цилиндр; 7 — нажимное кольцо неподвижного спайдера; 8— клинья неподвижного спайдс-ра; 9— цилиндры привода неподвижного спайдера; 10— траверса неподвижная; 11 — рабочая площадка; 12 — нажимное кольцо подвижного спайдера; 13 — клинья подвижного спайдера; 14 — цилиндры привода подвижного спайдера;15— траверса подвижная; 16— вращающийся корпус; 17— шестерня вращаю­щихся клиньев; 18— гидромотор; 19, 22— распределители; 23— насос; 24— бак

Силовой привод обычно устанавливается в стороне от подъем­ника (см. рис. 10.40).

Агрегаты для подземного ремонта скважин под давлением выполняются таким образом, чтобы при укомплектовании их на время ремонта соответствующим технологическим оборудова­нием, например роторами, промывочными насосами, можно было бы выполнять весь комплекс работ, необходимых для данной скважины.

Принципиальные схемы основных механизмов агрегата ана­логичны ранее рассмотренным.

Схемы и конструкция силовых цилиндров подъемника, его узлов и деталей, т.е. собственно цилиндров, штоков, поршней, штоковых уплотнений аналогичны деталям того же назначения, используемым, например, в гидроприводных штанговых скважинных установках. Схемы и конструкция элементов (непод­вижных и подвижных) слайдеров: корпусов, клиньев, сменных плашек, их гидроприводов — аналогичны слайдерам для под­земного ремонта. Схемы и конструкции трубных ключей анало­гичны гидроприводным ключам рассмотренных типов.

Конструкция герметизатора (рис. 10.43) также аналогична применяемым для различных целей устьевым скважинным гер­метизаторам.

Компоновка превенторов на устье скважины, позволяющая выполнять спуско-подъемные операции (рис. 10.44), осуществ­ляется следующим образом. На корпусе трубной головки мон­тируется превентор 1 с глухими плашками, выше — аварийный 2 с трубными плашками, а над ним два превентора 3 и 6, соеди­ненные стояком 4 и управляемые гидроприводными кранами 5 и 9. Подъемник при наличии превенторов размещен над ними, а в нижней части подъемника монтируется герметизатор 8 на крестовине 7.

Принципиальная схема и конструкция превенторов анало­гичны обычным, применяемым при бурении скважин.

Рис. 10.43. Герметизатор: Рис. 10.44. Схема компоновки

оборудования для герметизации устья

1,2,3— фиксатор; 4— упорное коль­цо;

5— винт; 6— втулка; 7, 8— уплот­нение;

9— герметизатор; 10 — корпус

Силовой привод агрегатов также типичен для гидрооборудо­вания на основе объемного привода. Мощности привода агрега­та составляют от 150 до 400 кВт, подача силовых насосов — от 400 до 1500 л/мин. Агрегаты имеют различную грузоподъемность-от 100 до 1700 кН.

При спуске или подъёме колонн труб необходима четкая син­хронизация взаимодействия собственно подъемника, слайдеров, превенторов, механического трубного ключа, вспомогательных подъемников, что достигается за счет гидропривода. Однако схема их гидропривода становится при этом сравнительно сложной (рис. 10.45). Принципиальная схема силового привода агрегата аналогична схемам приводов других назначений.

Элементы схем: вспомогательные маслонасосы, распредели­тели, клапаны, регулирующие устройства, трубопроводы, филь­тры, баки, КИП используются от стандартизированного объем­ного гидропривода.

Рис. 10.45. Принципиальные схемы гидропривода агрегата для работ под давлением:

а — схема управления четырьмя цилиндрами подъемника; б — схема управления одноцилиндровой установкой: 1— клапан запирающий; 2, 3 — клапаны сливные; 4 — трехпозиционный четырехходовой распределитель; 5 — регулятор слива; 6 — двухпозицнонный распределитель; 7,8 — цилиндры; 9 — распределитель-раздели­тель; 10, 11 —цилиндры; 12, 13 — управляемые обратные клапаны; 14 — распреде­литель двухпозиционный, двухходовой; 15, 16 — распределитель двухпозиционный четырехходовой; 17, 18, 19 — контрольные манометры; 20, 21 — перепуск­ной клапан; в — схема управления слайдерами и системой герметизации устья: 1, 2, 3— слайдеры; 4, 5, 6— двухпозиционные распределители; 7, 8 — краны управ­ления; 9, 10— распределители; 11, 12, 13— гидроцилиндры; 14, 15, 16— распре­делители; 17— клапан редукционный; 18, 19— манометры

Таким образом, по существу все основное оборудование, со­ставляющее агрегаты для текущего ремонта скважин под давле­нием с герметизированным устьем, построено на гидроприводе, машинах и механизмах, используемых в нефтегазопромысловом и буровом оборудовании. Эта особенность конструктивных его решений путем компоновки из апробированных, широко при­меняемых, надежных элементов и предопределила успех осуще­ствления сложной и важной для отрасли технологии ремонта скважин под давлением.