Установка для ремонта скважин

Уральская Государственная Горно-Геологическая Академия

 

Кафедра ГМК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установка для ремонта скважин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:        студент группы ГМК 95-2 Утробин А.Н.

Проверил:                                                  Порожский К.П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2000г.

1. Анализ возможных функций, выполняемых  машиной.

 

Современная техника разработки нефтегазовых месторождений и эксплуатации скважин не обеспечивает долговечности самой скважины и спущенного в неё оборудования в течение всего срока службы месторождения. За время эксплуатации, как сама скважина, так и её эксплуатационное оборудование неоднократно отказывают. Поэтому разработка нефтегазового месторождения сопровождается целым рядом операций, поддерживающим в рабочем состоянии весь эксплуатационный фонд скважин.

Для этого по мере «старения» промысла становится необходимо с нарастающей частотой выполнять работы, называемые подземным ремонтом скважин, для восстановления изношенного или поврежденного ствола скважины, её фильтра, а иногда и устьевой части, т.е. колонной головки. К этому процессу также относятся работы по изоляции подошвенных вод пласта и его прифильтровой зоны, работы, связанные с переходом на эксплуатацию нового горизонта, по забуриванию новых стволов и прочие. Обеспечение работоспособности оборудования, спущенного в скважину для её эксплуатации, относится к текущему ремонту скважины. Он, независимо от его назначения, состоит из транспортных, подготовительно-заключительных, спускоподъемных, технологических операций. Целью транспортных операций является доставка комплекса средств выполнения ремонта к скважине и от неё. Цель подготовительных операций – подготовка скважины и приустьевой зоны к выполнению СПО, для подъема из скважины оборудования и его спуска, а также подготовка к выполнению технологических операций.

 

1.1. Перечень и краткое описание  функции.

 

Агрегат А-50 предназначен для спускоподъемных операций с бурильными и насосно-компрессорными трубами, для разбуривания цементных мостов и стаканов, фрезерования и рейберования, для ловильных работ, для нагнетания в скважину жидкостей, свабирования и освоения скважин. Таким образом, агрегат может использоваться и при ремонте скважин и при их освоение. Агрегат имеет двухбарабанную лебедку, компрессорную установку, промывочный насос, смонтированный на отдельной транспортной базе и соединённый с агрегатом карданным валом, а также ротор с гидравлическим приводом и встроенным в него автоматическим спайдером и механическим трубным ключом. Он рассчитан на СПО с укладкой труб на мостки. В качестве транспортной базы использован стандартный автомобиль КрАЗ-257.

Агрегат оснащен пневматической и гидравлической системами. С помощью пневмопривода осуществляется управление шинно-пневматическими муфтами. Гидроподъемники вышки и гидромотор ротора, которым комплектуется агрегат, действуют от гидропривода. Ротор приводится в действие от гидромотора. Агрегат комплектуется телескопической мачтой, устанавливаемой в рабочем положение под углом 60 к вертикале, и расчаливается 6 канатами, из которых 2 соединены с бампером автомобиля, а 4 с «мертвяками». Таким образом, для монтажа агрегата на скважине необходима предварительная установка якорей.

Структурная схема А-50.

КБ         .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

связь	органы	функция
1	Коробка Отбора мощности - Раздаточный Редуктор	Передача Мкр различной мощности для включения в работу всех остальных органов
2	РР – Гидравлическая Система	Для приведения в действие гидросистемы
3	РР – Компрессорная Установка	Для привода пневмосистемы
4	РР – Буровой насос	Для приведения в действие БН
5	ГС - ГидроДомкрат	Для выведения мачты из транспортного положения в рабочее
6	ГС - ГидроРотор	Для передачи Мкр колонне труб, а также для свинчивания-развинчивания
7	КУ - ПневмоУправление	Для управления лебедкой при СПО
8	КУ - Лебёдка	Для приведения в действие пневмотормозов лебедки
9	БН – Сальник-Вертлюг	Для передачи сжатого бурового раствора на забой
10	Л – Кран-Блок	Для проведения СПО
11	РР - Л	Для привода лебедки

1.2. Определение параметров процесса.

 

Главным параметром в выборе агрегатов для ремонта скважин является грузоподъемность (Q), которая определяется максимальным весом бурового инструмента или обсадной колонны (Ммах), с учётом усилий на расхождение (Ррас), ликвидацию прихватов (кпр), и нормативного запаса по максимальной грузоподъемности (кзп).

Заданные параметры для буровой лебедки: грузоподъемность; скорость движения талевой системы; длина свечи; глубина опускания приборов; максимальный вес приборов.

Для редуктора входными параметрами являются крутящий момент на входном валу (крутящий момент двигателя Мдв), частота вращения быстроходного вала (nдв), передаточное отношение iр.

 

2. Описание возможных вариантов  конструктивного выполнения. Конструктивная классификация.

 

Конструктивное исполнение может быть различно. Весь спектр механизмов представлен в морфологической карте, куда вошли уже существующие механизмы (см. тaбл.2.l). Как следует из морфологической карты, теоретически возможно большое количество вариантов сочетания отдельных механизмов. На практике число этих вариантов не более 2-х десятков, имеющих различную степень распространенности. Органы, вошедшие в морфологическую карту, являются определяющими для типа СПК.

Таблица 2.1

Морфологическая карта (функциональная классификация)

Ин-декс	Функции	Альтернативные варианты решения
		1	2	3	4	5
1	Захват труб для подъема, спуска	Подхва-тываю-щие	Резьбо-вые	Зажим-ные гравита-ционные	Зажим-ные принуди-тельные	Про-чие
2	Извлечение, подача	Лебедка	Меха-низм подачи	Линей-ный двига-тель	Комби-нирован-ный
3	Удержание трубы на устье	Подхва-тывающего действия	Зажим-ные гравита-ционные	Зажим-ные принуди-тельные	Прочие
4	Разъедине-ние соединен.	Центрально-прохо-дной	боковой	Непроходной, торцевой	Прочие
5	Перемеще-ние	Толка-тель	Подъем-ник	Манипу-лятор	Прочие
6	Размещение секций	Несистематизированное вертика-льное	Несистематизированное горизон-тальное	Система-тизиро-ванное вертика-льное	Система-тизиро-ванное горизон-тальное	Комбиниро-ван-ный
	Монтаж, демонтаж	Вышко-монтаж-ное оборудо-вание	Специа-льные механи-змы	Обору-дование СПК	Не требует-ся	Про-чие
	Очеред-ность выполнения функций	Последователь-ность	Совме-щенное	Непре-рыв. С перехват.	Непре-рывное

 

3. Принцип выбора варианта конструктивного  решения.

 

Следует отметить, что сочетание механизмов зависит от назначения установки и условий работы.

Установка для ремонта скважин по условиям работы и требуемым характеристикам приближается к геологоразведочным установкам на твердые полезные ископаемые.

Но для полноты представления следует рассмотреть все распространенные типы СПК независимо от области применения.

Органы, входящие в СПК, в различной степени оказывают влияние на его тип. Для выделения основных типов СПК можно пренебречь частью органов. В качестве основных следует выделить: механизм подъема, вращатель, способ и механизм укладки труб. Исполнение механизма захвата и механизма свинчивания и развинчивания не столь существенно.

По виду механизма подъема, как наиболее важного элемента всей системы, можно выделить 2 группы СПК. Это СПК со специальным механизмом подъема (лебедка, талевая система, грузоподъемные приспособления), и СПК с механизмом совмещающим функцию подачи и подъема.

Систематизируя применяемые в различных установках сочетания механизмов, выделены следующие характерные схемы СПК.

1. Лебедочный подъем.
1. Роторный вращатель, вертикальная систематизированная установка труб манипулятором, механизм свинчивания с разрезным корпусом, захват для подъема подхватывающего действия.
2. Шпиндельный вращатель, вертикальная несистематизированная укладка толкателем, проходной механизм свинчивания, захват элеватором труб подхватывающего действия.
3. Подвижный вращатель, горизонтальная несистематизированная укладка поворотным захватом (вращателем), свинчивание вращателем, зажим принудительного действия.
4. Роторный вращатель, горизонтальная несистематизированная укладка труб.
2. Подъем механизмом подачи.
1. Подвижный вращатель, вертикальная системная укладка в кассету, торцевой труборазворот, захват резьбового типа.
2. Подвижный вращатель, горизонтальная несистематизированная укладка труб поворотным захватом, свинчивание вращателем, захват подхватывающего действия.
3. Подвижной вращатель вертикальная систематизированная укладка манипулятором, труборазворот с разрезным корпусом, зажим принудительного действия.

2.4. Подвижной вращатель, горизонтальная систематизированная укладка манипулятором, торцевой труборазворот, резьбовой захват.

Условия эксплуатации установки для ремонта скважин требует компактности, хорошей транспортабельности и монтажеспособности.

Этим условиям наиболее полно отвечает установка с подвижным вращателем. Это дает следующие преимущества:

- возможность совмещения функций: бурения, свинчивания и развинчивания, захвата труб, что дает возможность  отказаться от специальных механизмов для выполнения этих операций.

- сокращение числа вспомогательных  операций при выполнении спуско-подъема  и бурении;

- увеличение степени механизации  спускоподъемных операций;

- упрощается проблема автоматизации  по сравнению с другими конструктивными схемами;

- возможность совмещения операций  и, как следствие, сокращение затрат  времени на СПО;

- возможность передачи вращения  колонне труб, при необходимости, без дополнительной подготовки;

- отпадает необходимость демонтажа  ротора для герметизации устья скважины;

- упрощаются операции по подаче  промывочных агентов в скважину.

 

4. Расчет элементов конструкции. Виды расчетов.

 

При выполнении спускоподъемных операций с помощью агрегатов иногда возникает необходимость в расчетной проверке или определении режима спускоподъемных операций.

При подъеме каждой трубы или свечи наибольший диаметр навивки каната на барабан в конце подъема крюка, при котором возникает максимальный момент на барабане, определяется длиной поднимаемой трубы, числом струн оснастки талевой системы, размером барабана лебедки и диаметром талевого каната. Величена максимального диаметра навивки каната на барабан лебедки определяется как:

Dмакс=

,

где Do – диаметр бочки барабана лебедки, см; d – диаметр талевого каната, см; В – длина бочки барабана (полезная длина), см; l – длина поднимаемой трубы, м; m – число струн талевой системы.

Скорость подъема крюка в конце подъема трубы определяется по формуле:

V=

,

где n – частота вращения барабана лебедки, об/мин.

Необходимый крутящий момент на валу лебедки для подъема труб или штанг (Нм) определяется как

Мб=

,

где Qк – нагрузка на талевую систему, Н;

Qк=PкLкg+Qпg,

hт – кпд талевой системы; Рк – линейная плотность труб, кг; Lк – длина поднимаемой колонны труб, м; Qп – масса подвижной части талевой системы, кг.

Длины поднимаемой колонны Lк или число поднимаемых труб Ак на каждой скорости подъема определяются по формулам:

Lк=

,

Ак=

,

где Рт или Рш – масса одной трубы или штанги, кг.