Рис. 10.1. План размещения оборудования у скважины при подземном ремонте
Для подготовки площадки применяют агрегаты 2ПАРС и АЗА-3. Агрегат 2ПАРС служит для планировки площадки под установку агрегата подземного ремонта, нарезания щелей в грунте для установки якорей оттяжек, для подготовки подъездных путей и для погрузочно-разгрузочных работ. На тракторе этого агрегата смонтированы бульдозерный отвал, бар для нарезания щелей в грунте и гидравлический кран. Глубина прорезаемой щели 1,6 м, ширина ее 0,14 м Кран имеет грузоподъемность 0,5 т, наибольший вылет стрелы крана 3,6 м и высоту подъема крюка 6,5 м. Угол поворота стрелы крана 200°.
Агрегат АЗА-3 при подготовке площадок скважин к ремонту служит для механизированной установки якорей оттяжек. Он имеет для этого ротор-вращатель для забуривания в грунте отверстий под якоря или для установки винтовых якорей. Глубина погружения винтовых якорей 3 м при их диаметре 350–500 мм [15].
10.2. Агрегаты для текущего ремонта скважин
Текущие ремонты скважин и внутрискважинные работы в настоящее время выполняются с помощью специализированных агрегатов.
Агрегаты для текущего ремонта скважин можно разбить на две группы: агрегаты для ремонта при открытом устье скважин, т.е. скважин, фонтанирование которых во время ремонта невозможно из-за истощенности энергии пласта или из-за наличия клапанов-отсекателей, и агрегаты для ремонта скважин под давлением, когда устье скважины герметизировано из-за возможности фонтанирования.
Аналогично и агрегаты для внутрискважинных работ также составляют две группы оборудования, к первой относятся рассчитанные на обычные условия, а ко второй – для работ под давлением.
178
Рис. 10.2. Схема агрегата для подземного ремонта скважины:
1 – установочная оттяжка; 2 – оттяжка мачты агрегата; 3 – винтовой опорный домкрат; 4 – талевая система и крюк; 5 – вспомогательный подъемный кран; 6 – гидравлический домкрат мачты; 7 – пост управления; 8 – лебедка; 9 – коробка перемены передач
Текущий ремонт скважин, связанный со сменой спущенного в скважину оборудования, т.е. фонтанных и газлифтных подъемников, насосов штанговых или бесштанговых, с работами по удалению парафина, состоит, прежде всего, из спускоподъемных операций. Именно этим объясняется то, что агрегаты для подземного ремонта скважин представляют собой по существу агрегаты для подъема и спуска колонн труб, штанг, токонесущего кабеля. Именно эти агрегаты составляют основу парка агрегатов для подземного ремонта.
Чистка пробок, депарафинизация, как правило, выполняются другими специализированными агрегатами.
Самым массовым по частоте применения является спуско-подъемный агрегат для работы с открытым устьем скважин.
179
Спуско-подъемные операции под давлением выполняются реже, поэтому и агрегатов такого назначения меньше. Однако это объясняется и тем, что из-за сложности выполнения этих операций под давлением скважины глушатся и ремонтируются как обычные. При наличии же агрегатов, позволяющих выполнять спуско-подъемные операции под давлением, сложного и с нежелательными последствиями процесса глушения можно избежать. Этим и объясняются необходимость в выполнении работ под давлением и потребность в соответствующих спуско-подъемных агрегатах.
Спуско-подъемные агрегаты для текущего ремонта скважин при открытом устье. Этот вид оборудования представляет собой комплекс из агрегатированных на транспортной базе подъемника, вышки, устройств для аккумулирования труб, штанг, кабеля, средств механизации спуско-подъемных операций и инструмента. Такой комплекс, как правило самоходный, в отечественной промышленности получил название «агрегат для текущего ремонта скважин».
Спуско-подъемные агрегаты отличаются друг от друга в зависимости от типа труб и штанг, для подъема и спуска которых они предназначены. Агрегаты для спуска и подъема колонны сплошных труб и штанг принципиально отличаются от обычных.
Для спуска-подъема обычных труб и штанг используются агрегаты с подъемниками двух типов: лебедочные и безлебедочные. Последние вместо лебедки имеют подъемный цилиндр, соединенный с подъемным крюком.
Производительность труда бригад, выполняющих подземный ремонт скважин, коэффициент использования агрегатов, простои скважин в ожидании ремонта, как уже указывалось, находятся в прямой зависимости от соответствия степени транспортабельности агрегатов дорожно-климатическим условиям района их эксплуатации.
На рис. 10.3, а показан агрегат для подземного ремонта глубоких скважин. На рис. 10.3, б представлен агрегат, транспортабельность которого значительно выше, что объясняется много меньшей массой агрегатированного оборудования и размещением его на транспортной базе более высокой проходимости. Но и в этом случае масса агрегатированного оборудования слишком велика для того, чтобы ее можно было разместить на транспортерах особо высокой проходимости для переброски агрегата в более тяжелых условиях, в частности при отсутствии дорог, например вертолетом или машинами на воздушной подушке. Несмотря на это агрегаты такого типа и весовых характеристик наиболее часто применяют на отечественных промыслах.
Для обеспечения большей транспортной маневренности и улучшения транспортабельности агрегаты иногда монтируются на гусеничных тракторах общего назначения (рис. 10.3, в). Однако проходимость таких агрегатов, несмотря на гусеничную базу, мало чем отличается от проходимости агрегатов на колесном ходу, а иногда и хуже их, так как гусеничный трактор используемого типа сохраняет хорошую проходимость, лишь когда несет на себе небольшую нагрузку, значительно меньшую массы агрегатированного на нем оборудования.
Масса же оборудования для текущего ремонта скважин в агрегатах средних грузоподъемностей составляет от 10 до 15 т, что исключает их высокую транспортабельность в условиях бездорожья даже в средней полосе нашей страны, особенно в периоды осенней и весенней распутицы, при глубине снежного покрова более 0,5–0,6 м.
Колесные стандартные автомобили грузоподъемностью более 7 т также не обладают достаточной для подобных условий проходимостью.
180
Рис. 10.3. Общие виды агрегатов для текущего ремонта скважин:
а– на колесной нестандартной транспортной базе; б – на базе стандартного автомобиля;
в– на базе стандартного гусеничного трактора общего назначения
Для транспортирования агрегатов подземного ремонта при отсутствии глубокого снега, распутиц, при наличии плотной сети промышленных дорог применяются или стандартные автомобили больших грузоподъемностей, или колесные транспортные базы также большой грузоподъемности, собранные из стандартных узлов – мостов, баллонов, трансмиссий, коробок передач, двигателей, объединенных специальной несущей рамой. Такие колесные базы в зависимости от необходимой грузоподъемности имеют по три, четыре, шесть мостов, из которых два (три) – ведущие.
В таких условиях, характерных обычно для районов с относительно теплым климатом, целесообразно выполнять спуско-подъемные операции труб и штанг не
181
однотрубками, а свечами, состоящими из двух труб, или штангами. Такая технология спуско-подъемных операций выполняется с установкой труб в вертикальное положение
иподвешиванием штанг в верхней части вышки в специальные аккумулирующие устройства, часто называемые люстрами. В этом случае агрегат компонуется (рис. 10.4) вышкой большой высоты (27–30 м), ферменной, выдвижной конструкции, поднимаемой
иукладываемой обычно гидроподъемниками. Для работы верхового рабочего вышка оборудована полатями – его рабочим местом, связанным с устройствами, фиксирующими положение поднятых труб.
Кпреимуществам агрегатов этого типа относится существенное сокращение трудоемкости операций, значительное ускорение спуска – подъема, облегчение операций по размещению труб и штанг, увеличение ресурса труб и штанг. Недостатки – резкое увеличение массы агрегатируемого оборудования. В условиях севера и вообще при низких температурах условия работы верхового рабочего резко ухудшаются. Усложняются также работы по депарафинизации труб, штанг. Работа верхового делает необходимым использование не только штанг, но и труб примерно равных длин.
Рис. 10.4. Схемы компоновки агрегатов для текущего ремонта скважин с размещением труб и штанг: а – в горизонтальном положении; б – в вертикальном положении
Поэтому для подземного ремонта скважин применяются в основном агрегаты, имеющие вышку, высота которой рассчитана на подъем одной трубы, и штанги, которые укладываются на специальные стеллажи в положение, близкое к горизонтальному (рис. 10.4, а). Агрегаты с вышками, выполненными не из фермы, а из трубы, как правило, имеют небольшую грузоподъемность. Кинематическая схема агрегата подземного ремонта, характерная для этого вида оборудования, сравнительно
182
насыщена машинами и механизмами. Управление агрегатами и привод ряда их узлов обычно гидрофицированы.
Агрегаты для подземного ремонта скважин проектируются в основном институтом Азинмаш, создавшим целый ряд агрегатов. Конструкция агрегатов на колесном и гусеничном ходу регламентируется стандартами, главным параметром является грузоподъемность. По стандартам грузоподъемности определяются параметрическим рядом. Освоено производство ряда агрегатов для подземного ремонта скважин, грузоподъемностью от 16 до 50 т на колесном и гусеничном ходу. Наиболее распространен агрегат, характеристика которого следующая: грузоподъемность – 32 т, высота вышки – 18 м, скорости подъема крюка: первая – 0,34, вторая – 0,72, третья – 1,45 м/с, оснастка – четыре струны, привод подъемника – дизель ходовой, транспортная база КрАЗ-255Б. Агрегат оснащен автоматом для труб, механическим штанговым ключом, комплектом инструмента. Масса агрегата около 20 т.
Рис. 10.5. Агрегат АКМ-28
За счет принципиально новых решений кинематической схемы и узлов масса АКМ-28 (рис. 10.5) при равной грузоподъемности, большем уровне механизации и более высоком темпе выполнения спуско-подъемных операций, чем у агрегатов обычного типа, составляет около 5 т, т.е. примерно втрое меньше массы обычных агрегатов (без транспортной базы), что позволило разместить его оборудование на автомобиле «Урал-275» с особо высокой проходимостью. Таким образом, доказаны
183
возможность резкого уменьшения массы агрегатируемого оборудования и принципиальная возможность рентабельного транспортирования вертолетами и машинами на воздушной подушке.
Появление гибких насосно-компрессорных труб и штанг, рассчитанных на транспортировку, складирование, спуск и подъем наматыванием их на барабаны, сделали необходимым создание специального оборудования, в том числе спускоподъемных агрегатов для спуска-подъема таких штанг и труб путем их намотки или сматывания.
Гибкая штанга или труба, намотанная на барабан, при спуске сматывается с него и попадает в транспортер, подающий ее в выправленном состоянии в скважину. Поднимается труба транспортером, выдающим ее вверх в направляющие, обеспечивающие подачу ее на барабан. Транспортер приводится в действие гидроприводом, обеспечивающим необходимое тяговое усилие, соответствующее грузоподъемности агрегата.
Барабан вращается синхронно с транспортером, однако усилие на валу барабана не передается участку трубы или штанги в зоне транспортера.
Комплекс из наматываемых труб или штанг и спуско-подъемного агрегата позволяет в несколько раз ускорить спуско-подъемные операции и почти полностью ликвидировать ручной труд. При этом подъем и спуск по существу полностью автоматизированы. Как видно, комплексная механизация и автоматизация спуска и подъема наматываемых труб и штанг намного проще, чем обычных. Проще и дешевле и колонны труб и штанг из наматываемых стержней, чем колонны, собираемые из труб и штанг на резьбовых соединениях.
Однако большие габариты барабана, приводящие к ухудшению транспортабельности агрегата, нерешенность вопросов стыковки оборвавшихся труб и штанг с сохранением прочности зоны стыка и ряд других также пока не решенных вопросов сдерживают внедрение таких труб и штанг и спуско-подъемных агрегатов для работы с ними [7, 15].
10.3. Спуско-подъемные агрегаты для ремонта скважин под давлением
Необходимость подземного ремонта и освоения скважины или просто спуска в нее колонны труб, когда она способна фонтанировать, обусловила 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, вопервых, 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.
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.
Общий вид расположения основного оборудования, размещенного в зоне обслуживаемой скважины, показан на рис. 10.6.
184