Конструкции агрегатов для работы с КНТ

Агрегатами для работы с колоннами непрерывных труб назы­ваются наборы оборудования, позволяющие выполнять все тех­нологические операции при подземном ремонте скважин с при­менением КНТ. К ним относятся:

— транспортные операции по доставке оборудования на мес­то проведения работ;

— спуск и подъем колонны непрерывных труб;

— подготовка технологической жидкости, применяемой при ремонте скважины, — доставка жидкости, ее подогрев и т.д.;

— собственно подземный ремонт — промывка пробок, сбив­ка клапана и т.д. К этой же группе операций относится и закач­ка жидкости в скважину;

— операции по восстановлению свойств технологической жид­кости, использованной в процессе подземного ремонта, — дега­зация, очистка и подогрев. При определенной организации ра­бот эта группа операций может не выполняться.

Некоторые агрегаты, например, выпускаемые заводом «Рудгормаш», фирмой «ОКБ БН-Коннас», «Бореи», позволяют осу­ществлять только спуско-подъемные операции с колонной не­прерывных труб. Поэтому при использовании их во время под­земного ремонта скважин необходимо дополнительно иметь на­сосный агрегат для закачки технологической жидкости, пере­движные парогенераторные установки для подачи тепла в ем­кость для хранения, нагрева и дегазации жидкости.

Все элементы, входящие в комплекс рассматриваемого обо­рудования, выполняются мобильными. Отличаются они лишь количеством единиц, входящих в комплекс, типами транспорт­ных средств, используемых для их перемещения, и компоновка­ми основных узлов на последних. Пристальное внимание к сред­ствам транспортирования обусловлено тем, что они в значитель­ной степени определяют общую компоновку машин и их основ­ные показатели.

Рассмотрим наиболее характерные и достаточно хорошо от­работанные в настоящее время конструктивные решения.

Наиболее типичным из комплексов, размещенных на двух транспортных средствах, является оборудование фирмы Dreco. Оно представляет собой два агрегата, один из которых осуществляет операции с трубой, второй обеспечивает подачу техно­логической жидкости.

Агрегат, обеспечивающий работу с КНТ (рис. 10.46), смонти­рован на специализированном шасси с формулой «10x10». Оно включает два передних и три задних моста, которые все являют­ся ведущими. В конструкции используют серийно изготавлива­емые мосты, установленные на раму, специально спроектиро­ванную для данного агрегата. Для перемещения последнего и привода его механизмов во время работы служит дизельный дви­гатель, расположенный за кабиной водителя. Крутящий момент от двигателя передается карданным валом к раздаточной короб­ке, находящейся в средней части рамы, а от нее — к группе передних и задних мостов. Над двигателем смонтирована каби­на управления агрегатом, которая может перемещаться верти­кально по специальным направляющим на высоту около I м.

 

Рис. 10.46. Агрегат для работы с колонной гибких труб фирмы Dreco:

1 — кабина водителя; 2 — силовой агрегат; 3 — кабина оператора; 4 — барабан с КГТ; 5 — катушки с гибкими шлангами; 6 — направляющая дуга; 7 — транспортер; 8 — монтажное устройство; 9 — задняя тележка шасси; 10 — раздаточная коробка шасси; 11 — передняя тележка шасси

 

В средней части рамы агрегата находится барабан с колонной гибких труб, на нем смонтирован укладчик трубы. В кормовой части агрегата установлен гидроприводной манипулятор, предус­мотрено место для перевозки транспортера, превентора и инстру­ментов. Рядом с ними располагается катушка с гибкими трубопро­водами, служащими для соединения транспортера с агрегатом.

Последний в рабочем положении на скважине опирается на четыре гидравлических домкрата. Для обслуживания оборудова­ния агрегат имеет удобные лестницы и трапы, позволяющие бе­зопасно перемещаться и работать на нем.

Агрегат, обеспечивающий нагрев и закачивание технологи­ческой жидкости, смонтирован на специализированном авто­шасси с формулой «6x4», конструкция кабины управления ана­логична применяемой в агрегате для работы с колонной непре­рывных труб. Кабина для обслуживающего персонала здесь от­сутствует, а управление узлами агрегата осуществляется со спе­циального пульта, расположенного в средней части установки. На агрегате имеется печь для нагрева технологической жидкости, насос для закачивания ее в колонну непрерывных труб, емкость для хранения, топливные баки и контрольно-измерительная ап­паратура.

Нагретая жидкость подается от насоса к агрегату с КНТ по металлическому трубопроводу, снабженному быстроразборными соединениями.

Кабины управления транспортными базами не только опи­санного оборудования, но и всех других импортных агрегатов хорошо спроектированы. Они удобны при управлении машина­ми в дорожных условиях и обеспечивают достаточный обзор в рабочем положении при установке их на скважинах.

Основным недостатком рассматриваемого комплекса являет­ся ограниченная проходимость, обусловленная, прежде всего, малым диаметром колес шасси.

Для полноты обзора конструкций агрегатов следует отметить, что существуют различные варианты размещения комплекса оборудования на транспортном средстве и его прицепе. Они интересны тем, что кабина оператора располагается в кормовой части за барабаном. При этом оператор имеет хороший обзор устьевого оборудования, однако наблюдение за процессом на­мотки трубы на барабан затруднено.

Использование оригинальных либо изготавливаемых малы­ми сериями шасси приводит к существенному удорожанию аг­регата и оправдано лишь в тех случаях, когда стандартное се­рийное шасси не обеспечивает заданных требований по грузо­подъемности или габаритам. В то же время применение серий­ных образцов, хотя и приводит к удешевлению транспортной базы в 5—7 раз по сравнению с оригинальными конструкциями, создает ряд трудностей при проектировании агрегата. В первую очередь к ним относится обеспечение необходимых транспорт­ных габаритов установки и распределения нагрузки на колеса. Кроме того, приходится планировать мощности, потребляемые отдельными узлами, и режимы их работы в соответствии с мощ­ностью, которую можно отбирать от ходового двигателя.

Как правило, для описываемых агрегатов используют авто­мобильные шасси «КамАЗ» и «УралАЗ», обладающие грузоподъ­емностью не менее 12 т и имеющие достаточно длинную раму. Достаточно широко для монтажа нефтепромыслового оборудо­вания применяются автошасси «КрАЗ». Однако к их отдельным недостаткам в настоящее время прибавилась и сложность по­ставки машин и запасных частей к ним, поскольку завод-изго­товитель находится в ближнем зарубежье.

Наиболее характерными конструкциями с использованием различных решений являются следующие агрегаты: КПРС, из­готавливаемый заводом «Рудгормаш» (рис. 10.47), и «Скорпи­он», выпускаемый заводом «Брянский Арсенал» (рис. 10.48).

 

Рис. 10.47. Агрегат КПРС, изготавливаемый заводом «Рудгормаш*, в транспортном положении:

1 — кабина оператора; 2 — укладчик гибкой трубы; 3— барабан с КГТ; 4 — механизм установки транспортера в рабочее положение; 5— направляю­щая луга; 6 — транспортер; 7 — автомобильное шасси; 8- рама агрегата

Рис. 10.48. Агрегат «Скорпион» в транспортном положении:

1 — герметизатор устья; 2 — транспортер; 3— монтажное устройство; 4 — барабан; 5— укладчик КГТ; 6— направляющая дуга; 7— колонна гибких труб; 8 — кабина оператора п транспортном положении; 9— автомобиль­ное шасси; 10— раздаточный редуктор насосов гидропривода; 11— вин­товые насосы для подачи технологической жидкости; 12— рама агрегата

 

Агрегат КПРС имеет традиционную компоновку. Кабина опе­ратора расположена за кабиной водителя, барабан с колонной непрерывных труб — в средней части шасси, а в кормовой его части — транспортер и устройство для монтажа-демонтажа. В этой конструкции манипулятор для проведения монтажных работ выполнен в виде рычажного механизма, несущего транс­портер.

Кабина управления агрегатом жестко закреплена на раме шасси. Ниже нее располагаются коробка отбора мощности от ходового двигателя и гидропривод.

В рабочем положении агрегата на скважине рессоры задней тележки автошасси разгружаются посредством двух гидравли­ческих домкратов.

Компоновка агрегата «Скорпион» отличается от традицион­ной. В этой конструкции ось барабана для колонны гибких труб расположена вдоль оси автомобильного шасси, кабина операто­ра в транспортном положении размещена за кабиной водителя, но в рабочем положении она поворачивается на кронштейне относительно вертикальной оси. При этом справа от оператора находится устье скважины, а перед лобовым стеклом кабины — барабан с колонной непрерывных труб. Для монтажа транспор­тера на устье скважины используют мачту, в верхней части ко­торой расположена направляющая для непрерывной трубы. Транспортер с герметизатором устья в транспортном положе­нии располагается на мачте.

В кормовой части агрегата имеется емкость для хранения тех­нологической жидкости с теплообменником для подачи пара, а вдоль левого борта (по ходу автомобиля) размещены два винто­вых насоса для нагнетания жидкости. Два последних узла позво­ляют говорить о данном агрегате как о комплексе, обеспечиваю­щем не только перемещение колонны непрерывных труб, но и закачивание технологической жидкости.

В обоих рассмотренных агрегатах ходовой двигатель исполь­зуют в качестве приводного при работе на скважине.

На рис. 10.49 показаны различные компоновки агрегатов, смонтированных на автомобильных шасси.

Монтаж оборудования агрегата на прицепе (типа трейлера) позволяет значительно сократить долю стоимости транспортной базы в общей стоимости агрегата, значительно упростить его компоновку, обеспечить необходимые параметры при меньших весовых и габаритных ограничениях. Подобные решения приме­няют такие фирмы, как Dowell, Newsco Well Service Ltd., «ОКБ БН-КОННАС» (рис. 10.50) [68]. В этом случае привод агрегата осуществляют от двигателя, расположенного на трейлере.

Над устьем скважины устанавливают устройство, обеспечи­вающее принудительное перемещение колонны гибких труб вверх или вниз. В отечественной технической литературе это устрой­ство называют транспортером, а в англоязычной — инжектором или инжекционной головкой.

В агрегатах для работы с колонной гибких труб реализуют обычно два направления оформления узлов крепления транс­портера в рабочем положении.

Первое решение предусматривает использование специаль­ной опоры — пространственной металлоконструкции, которая удерживает транспортер и опирается на грунт четырьмя опор­ными плитами (рис. 10.51, 10.52). Как правило, эту опору снаб­жают растяжками, которые крепят к установленным в грунте якорям.

Рис. 10.49. Компоновки агрегатов на автомобильных шасси:

Местоположение кабины оператора: а — за кабиной водителя, б — на корме агрегата, в — между барабаном для КНТ и транспортером; 1 — кабина водителя; 2— кабина оператора; 3 — барабан с КНТ; 4— уклад­чик трубы; 5 — транспортер; 6 — механизм установки транспортера в рабочее положение

Рис. 10.50. Компоновка агрегата на полуприцепе в рабочем положении на скважине:

1 — автомобиль-буксировщик; 2— кабина оператора; 3 — барабан с КГТ; 4 — укладчик КГТ; 5 — колонна гибких труб; 6 — направляющая дуга; 7 — транспортер; 8 — герметизатор устья; 9 — превентор; 10 — опора транспортера; 11 —оборудование устья скважины; 12 — устье скважины; 13 — насосная установка; 14 — рама агрегата

 

В ряде конструкций агрегатов транспортер дополнительно удерживается в верхней части посредством монтажного устрой­ства, обеспечивающего его установку. И дополнительное креп­ление в верхней части, и растяжки служат для восприятия гори­зонтальных составляющих усилий при перемещении трубы в периоды спуска или подъема.

Опора транспортера должна иметь достаточную высоту, что­бы обеспечить установку этого узла над фонтанной арматурой, превентором и уплотнительным элементом устья.

Преимущество подобной системы заключается в практичес­ки полной разгрузке устья скважины от поперечных усилий, возникающих при операциях монтажа-демонтажа оборудования и действии агрегата. Это особенно важно при работе с «высоки­ми» устьями, на которых даже незначительные поперечные уси­лия приводят к появлению больших изгибающих моментов, воз­действующих на элементы устьевого оборудования.

Использование опоры транспортера позволяет разгрузить ус­тье от вертикальных сил, обусловленных собственным весом оборудования, и нагрузки от веса колонны гибких труб, спу­щенных в скважину.

Рис. 10.51. Агрегат «Скорпион» в рабочем положении на скважине:

1 — кабина водителя; 2 — бак гидросистемы агрегата; 3 — барабан с КГТ; 4 — укладчик КНТ; 5 — колонна гибких труб; 6 — направляющая дуга; 7 — монтажное устройство; 8 — транспортер; 9 — опора транспортера; 10— герметизатор устья; 11 — арматура устья скважины; 12— рама агре­гата; 13— емкость для технологической жидкости; 14— кабина операто­ра в рабочем положении (показаны только ее опоры)

 

К недостаткам следует отнести необходимость хотя и в про­стом, но дополнительном узле — опоре, которую нужно соби­рать и устанавливать на устье скважины перед монтажом транс­портера.

Второе решение предусматривает монтаж транспортера не­посредственно на герметизатор устья (рис. 10.52). В данной кон­струкции агрегата монтаж-демонтаж осуществляют с помощью манипулятора, к которому жестко присоединен транспортер. При работе агрегата штоки гидроцилиндров, перемещающих элементы манипулятора, фиксируются, что обеспечивает жесткую связь транспортера с установкой.

Преимуществом данного технического решения является комплексное использование манипулятора, а недостатком — неизбежность возникновения поперечных сил, воздействующих на устье как при монтаже-демонтаже, так и при работе агрега­та.

Рис. 10.52. Агрегат КПРС, изготавливаемый заводом «Рудгормаш», в рабочем положении на скважине:

1 — кабина оператора; 2 — барабан с КНТ; 3 — укладчик КНТ; 4 — колонна непрерывных труб; 5 — механизм установки транспортера в ра­бочее положение; 6 — направляющая дуга; 7— транспортер; 8 — герме­тизатор устья; 9— превентор; 10 — фонтанная арматура; 11 — устье сква­жины; 12 — автомобильное шасси; 13 — рама агрегата

 

Последнее обусловлено неизбежной просадкой домкратов, на которые опирается рама агрегата, и низкой жесткостью са­мого манипулятора. Кроме того, на устье скважины передают­ся усилия веса транспортера и колонны труб. На газовых сква­жинах работа с подобным оборудованием из-за возможности разрушения фонтанной арматуры запрещена Госгортехнадзо­ром РФ.

Одним из наиболее ответственных узлов агрегата является транспортер или инжектор. Он должен обеспечивать перемещение колонны непрерывных труб в заданном диапазоне без проскаль­зывания рабочих элементов и повреждений наружной поверхно­сти трубы и ее геометрии. Необходимо, чтобы транспортер при перемещении КНТ и вверх, и вниз работал одинаково надежно.

К настоящему времени сложились два направления в конст­руировании транспортеров — с одной и двумя тяговыми цепя­ми, снабженными плашками, взаимодействующими с колонной гибких труб. Плашки прижимаются к гибкой трубе с помощью гидравлических цилиндров.

Принципиальная схема транспортера с двумя цепями приве­дена на рис. 10.53, а. На корпусе 1 слева и справа от гибкой трубы 3 расположены две двухрядные цепи 5, состоящие из пла­стин 14 и втулок 13. Звенья цепей соединены пальцами 15 и снабжены плашками 16. Плашки расположены между звеньями цепей (рис. 10.53, б). Каждая плашка установлена на двух паль­цах, которые друг с другом соединены «в замок», в результате чего их тыльные поверхности 18 образуют непрерывную плос­кость. Каждая плашка выполнена с возможностью небольшого (порядка 3—5°) углового перемещения относительно одного из пальцев (верхнего) цепи. Это позволяет плашкам проводить са­моустановку рабочей поверхности 17относительно гибкой трубы.

Рис. 10.53. Принципиальная схема транспорта с двумя цепями

 

Тыльные поверхности плашек взаимодействуют с роликами 12, которые не более чем по три штуки закреплены в каретках 11. Последние прижимаются к цепи посредством гидравлических цилиндров 10. Жидкость в полости последних поступает от ре­гуляторов давления 6, к которым попарно присоединены ци­линдры, находящиеся слева и справа от гибкой трубы. К регуля­торам давления рабочая жидкость гидропривода поступает от насосной станции 7. Для обеспечения постоянного соотноше­ния усилий прижима плашек диаметры d₁—d₄ гидроцилиндров 10 могут быть различными.

Цепи с плашками перекинуты через звездочки ведущие 2, 4 и направляющие 8, 9. Для обеспечения синхронности перемеще­ния цепей валы ведущих звездочек кинематически связаны син­хронизирующими шестернями (на схеме не показаны). Каждая верхняя звездочка через редуктор соединена с гидравлическим мотором (на схеме не показаны), приводящим ее в действие. Питание гидромоторов осуществляется от насосной станции аг­регата подземного ремонта, в состав которого входит описывае­мое устройство. Конструкция осей, на которых установлены нижние звездочки 8 и 9, предусматривает возможность их вер­тикального перемещения с помощью натяжных гидроцилинд­ров (на схеме не показаны).

Характерные размеры каретки, плашки и цепи следующие: расстояния между осями роликов на каретке и между осями ро­ликов соседних кареток равно шагу цепи, а длина рабочей по­верхности плашки меньше или равна шагу цепи.

Работа транспортера для перемещения колонны непрерыв­ных труб агрегата подземного ремонта скважин происходит сле­дующим образом.

При движении трубы 3 гидроцилиндры 10 прижимают карет­ки 11 с роликами 12 к тыльной поверхности 18 плашек 16, а они, в свою очередь, рабочей поверхностью 17 соприкасаются с поверхностью гибкой трубы 3. Крутящий момент от гидромото­ров передается редукторами к ведущим звездочкам 2 и 4, кото­рые обеспечивают перемещение цепей 5 и соединенных с ними плашек в нужном направлении. При движении плашек 16 роли­ки 12 катятся по их тыльной поверхности 18.

Геометрические соотношения размеров плашек и кареток обеспечивают гарантированное приложение нагрузки, создаваемой гидроцилиндром, к какой-либо плашке в любом ее положе­нии. Заданный размер рабочей части плашки исключает дефор­мирование поверхности трубы в периоды вхождения в контакт с плашкой и выхода из него.

При наличии каких-либо дефектов гибкой трубы (например, местное смятие, вспучивание, нарушение правильной геомет­рии) отклоняется от своего нормального положения и плашка, контактирующая с поверхностью трубы в этой зоне.

Необходимый закон изменения тягового усилия по длине контакта плашек с трубой устанавливается регуляторами давле­ния 6 и изменениями диаметров цилиндров 10.

Колонна непрерывных труб или ее часть, не находящаяся в скважине, располагается на барабане, конструкция которого имеет вид цилиндрической бочки, как правило, подкрепленной изнутри ребрами и снабженной по бокам ребордами или ради-ально расположенными стержнями. Если используют последние, то между ними чаще всего натягивают металлическую сетку, исключающую попадание между витками посторонних предме­тов. Барабан вращается на валу, установленном на подшипни­ках качения. Для фиксации «мертвого» конца непрерывных труб, намотанных на барабан, его бочка имеет зажимы. Диаметр после­дней в зависимости от диаметра трубы изменяется от 1,6 до 2 м, а ширина составляет в среднем 1,8—2,5 м. «Мертвый» конец тру­бы соединяется через задвижку, а в ряде случаев и через обрат­ный клапан с каналом, просверленным в валу барабана. У выхо­да из отверстия на торце вала размещают вертлюг, обеспечиваю­щий подачу технологической жидкости от насосов в полость вала и далее в колонну непрерывных труб.

Необходимость установки задвижки обусловлена требовани­ями безопасности — в случае потери герметичности вертлюга или трубопроводов манифольда она обеспечивает герметичность внутренней полости колонны непрерывных труб, находящихся в скважине, и исключает неконтролируемое истечение жидко­сти в окружающее пространство. Наиболее предпочтительной, является конструкция узла с задвижкой, а не с обратным кла­паном, поскольку с ее помощью при возникновении аварийной ситуации можно оперативно управлять процессом и уменье шать гидравлические потери при течении технологической жидкости.

Узел крепления «мертвого» конца трубы, соединительные эле­менты и задвижку располагают во внутренней полости бочки барабана. В некоторых конструкциях там же размещают и при­вод барабана — гидромотор и редуктор.

Конструкция барабана, которую в том или ином виде приме­няют для большинства агрегатов, приведена на рис. 10.54 [68].

Рис. 10.54. Конструкция барабана для хранения колонны непрерывных труб:

1 — траверса; 2 — катушка для намотки КНТ; 3 — механизм укладчика; 4 — подвижная каретка укладчика; 5 — стопор катушки; 6 — рама; 7 — фиксатор; 8— привод катушки; 9— трансмиссия; 10— крышка опоры подшипника; 11 — привод механизма укладчика

 

В комплект барабана для непреывной трубы входит и ее ук­ладчик — устройство для обеспечения ровной укладки витков трубы при ее разматывании и наматывании (рис. 10.55). В насто­ящее время общепринято монтировать укладчик в виде двухза-ходного винта, перемещающего каретку по направляющим. Че­рез нее пропускается непрерывная труба, наматываемая на бара­бан. Винт приводится в действие от вала барабана посредством цепной передачи.

Рис. 10.55. Конструкция укладчика непрерывной трубы на барабан:

1 — реборда барабана; 2 — тра­верса; 3 — катушка для намотки КНТ; 4— рама; 5— каретка ук­ладчика трубы; 6 — двухзаходный винт

 

Ролики каретки, направляющие гибкую трубу, соединяют­ся гибким тросом со счет­чиком, регистрирующим глубину ее спуска. Специ­алисты некоторых фирм считают необходимым дуб­лирование счетчиков, уста­навливая один непосред­ственно на каретке, а вто­рой — в кабине оператора. Узел, в который входит барабан, может быть не­подвижно закреплен на раме агрегата или иметь вертикальную ось, позволя­ющую ему поворачиваться с небольшими отклонени­ями (15—20°), что приводит к снижению нагрузки на элементы агрегата при разматывании или наматывании витков трубы, на­ходящихся у реборд барабана. Однако в этом случае усложняются конструкции и рамы, и узла барабана.

10.6.6.4. Оборудование устья скважин при работе с КНТ

 

Оборудование устья скважины при проведении работ с ис­пользованием колонны непрерывных труб содержит (рис. 10.56) эксплуатационную арматуру, используемую на данной скважи­не. Это может быть фонтанная арматура, эксплуатационная ар­матура установки электроцентробежного насоса, арматура на гнетательной скважины, штанговая скважинная установка с эк­сцентричной шайбой.

Рис. 10.56. Оборудование устья скважины при проведении работ с использованием колонны непрерывных труб:

1 — каретка; 2 — КНТ; 3 — напра&пяющая; 4 — креп­ление КНТ; 5— инжектор; б— полый вал барабана; 7 — барабан с КНТ; 8 — герметизатор; 9 — секция превентора, перекрывающая; 10 — секция превентора, перерезывающая; 11 — секция превентора, удер­живающая; 12— секция превентора, герметизирую­щая КНТ; 13 — выкид из колонны НКТ; 14 — выкид затрубного пространства

 

В первых трех случаях на фланце верхней стволовой задвиж­ки монтируют четырехсекционный превентор, входящий в со­став комплекса оборудования для проведения подземного ре­монта. Превентор должен обеспечивать свободный пропуск ко­лонны гибких труб в скважину. При возникновении аварийной ситуации он либо герметизирует полость колонны насосно-ком-прессорных труб, в которую спущена гибкая труба, либо удер­живает последнюю в подвешенном состоянии, либо перерезает ее, либо перекрывает поперечное сечение скважины.

Практически во всех применяемых в настоящее время комп­лексах оборудования используют плашечные превенторы с механическим или гидравлическим приводом. При этом конструк­ции исполнительной части превенторов — корпуса и плашки — практически идентичны.

Предпочтительнее применять превенторы с гидравлическим приводом, поскольку ручное управление штурвалами бывает зат­руднено при высокой эксплуатационной устьевой арматуре. Не­редки случаи, когда верхний фланец последней для нефтяной скважины находится на высоте 1,5—2 м, а газовой — на высоте 3-4 м.

На верхнем фланце превентора монтируют герметизатор. Он служит для обеспечения герметичности полости колонны насосно-компрессорных или эксплуатационных труб при рабо­те с КНТ в штатной ситуации.

Обычно герметизатор колонны гибких труб содержит уплот-нительный элемент, через который пропущена труба. Степень обжатия ее уплотнительным элементом определяется давлени­ем рабочей жидкости гидропривода, подаваемой в его цилиндр. В процессе работы в зависимости от положения штока цилинд­ра гидропривода уплотнительный элемент может обеспечивать или гарантированный зазор, или плотное прижатие к поверхно­сти трубы. В некоторых конструкциях в результате силы трения, возникающей на поверхности контакта трубы с уплотнитель­ным элементом, труба может удерживаться на весу.

Непосредственно на устье скважины и над ним устанавли­вают оборудование, обеспечивающее выполнение работ с ко­лонной непрерывных труб при соблюдении правил безопасности. К этим устройствам относятся превентор, герметизатор устья скважины, транспортер с направляющей дугой и его основание.

Назначение превентора — это обеспечение безопасности в процессе ведения работ при возникновении нештатных ситуа­ций. Под последними подразумевают аварийную потерю рабо­тоспособности основных устройств агрегата — транспортера и герметизатора, а также внезапные проявления скважины — выб­росы и фонтанирование.

Превентор должен включать секции, которые позволяют удер­живать колонну непрерывных труб, перерезать ее, обеспечивать герметизацию полости скважины по всему ее поперечному сече­нию и при обжатии непрерывной трубы плашками. Для этого применяют четырехсекционные превенторы, включающие секции с клиновыми захватами трубы, обжимающими последнюю, и секцию со срезающими и глухими плашками.

При малой вероятности использования превентора, можно при­менять конструкцию с ручным приводом плашек. Однако исполь­зование комбинированных приводов — ручного и гидравличес­кого — позволяет повысить скорость управления превентором.

Под превентором устанавливают тройник, обеспечивающий закачку технологической жидкости в кольцевое пространство между колоннамм КНТ и НКТ (или эксплуатационной колон­ной). Этот же тройник используют для отвода отработанной жидкости.

Основное назначение герметизатора — это изоляция внут­ренней полости скважины и колонны лифтовых труб от внеш­ней среды. При этом в изолируемых полостях могут находиться под давлением 16—20 МПа продукция скважины (нефть, газ, вода), технологическая жидкость, используемая при обработке скважины (соляной раствор, жидкость на нефтяной основе, ра­створы кислот), а также твердые включения (песок, окалина, частицы парафина). В процессе работы комплекса оборудова­ния при выполнении технологических операций в скважине и спуске или подъеме трубы КНТ могут перемещается со скорос­тью от 0,01 до 1 м/с. В любом случае герметизатор должен ис­ключать утечки в зазоре между его корпусом и поверхностью непрерывных труб.

Кроме того, герметизатор устья служит для пропуска в по­лость скважины инструментов и приборов, наружный диаметр которых может превышать наружный диаметр непрерывной трубы в 1,2—1,5 раза.

Важным требованием является надежная работа уплотнитель­ного элемента, в частности, обеспечение его работоспособности как при штатном режиме функционирования агрегата, так и при отказе или остановке каких-либо систем, например, при вне­запной остановке приводного двигателя и последующей паузе при его запуске (или ремонте).

С учетом всех перечисленных требований герметизатор вы­полняют в виде контактного уплотнения с использованием уп­лотнительного элемента из эластомера. Материалом для изго­товления герметизатора служит маслобензоизносостойкая рези­на или полиуретан. Уплотнение осуществляют с принудительным поджимом к уплотняемой поверхности, для чего использу­ют гидравлический привод, которым управляют из кабины опе­ратора агрегата.

Рис. 10.57. Схема герметизатора устья с осевым расположением приводного цилиндра

 

Один из вариантов схемы герметизатора приведен на рис. 10.57 [68]. Он включает корпус 7, в нижней части которого располо­жен уплотнительный элемент 6. Выше него находится привод­ной гидроцилиндр 4 диаметром D полый шток 3 которого пере­мещается поршнем 2.

Колонна нерерывных труб 1 проходит через полый шток 3, центрируется направляющей втулкой 5 и взаимодействует с уплотнительным элементом. Для установки нового и извлечения изношенного уплотнительного элемента в нижней части корпу­са предусмотрен затвор 8, поло­жение которого относительно корпуса фиксируется посред­ством упорной резьбы или байонетного соединения. Для креп­ления герметизатора на превен-торе имеется фланец 9.

Описанная конструкция гер­метизатора наиболее проста и надежна, но имеет недостатки — значительные осевые габариты и масса.

При необходимости повышения герметизирующей способно­сти уплотнительного элемента в процессе его работы в полости А увеличивают давление рабочей жидкости гидропривода, а для разгрузки уплотнительного элемента последнее или уменьшают в полости А, или увеличивают в полости В. При этом уплотни­тельный элемент может быть полностью разгружен, и между ним и наружной поверхностью гибкой трубы образуется зазор.

В процессе работы в кольцевом пространство С между гиб­кои грубой и полым штоком накапливается технологическая жидкость. проникающая туда из полости скважины. При пере­мещении колонны гибких труб вниз необходимо следить зa тем, чтобы эта жидкость постоянно там находилась, обеспечивая смазку поверхности трубы, взаимодействующей с уплотнением. Не­выполнение этого условия приведет к тому, что уплотнительный элемент начнет гореть и и интенсивно изнашиваться.

Приводной гидроцилиндр должен иметь определенный запас хода, который в процессе рабты позволяет сжимать, изношен-ный уплотнительный элемент, обеспечивая сохранение работоспособности всего узла в целом..Этот запac хода дает возможность, также выталкивать из корпуса изношенный уплотнительный элемент при его замене, это облегчает и ускоряет проведе­ние ремонтных работ в промысловых условиях.

Меньшей массой и меньшими осевыми габаритами обладают герметизаторы с радиальным расположением приводных цилин­дров (рис. 10.58). При использовании подобной схемы усилие прижима уплотнительного элемента обеспечивается нескольки­ми поршнями (плунжерами), размещенными в боковой поверх­ности корпуса. Недостатком подобной конструкции является то, что равномерное прижатие уплотнительного элемента к поверхности гибкой трубы начинает обеспечиваться при сравнительно высоких давлениях (порядка 5 —6 МПа) Это обусловлено тем, что уплотнительный элемент, расположенный в замкнутом объеме корпуса, только в этих случаях ведет себя подобно жидкости. При меньших давлениях он работает как упругое тело, подчиня­ющееся закону Гука. Поэтому при высоких давлениях уплотня­емой среды в полости скважины обеспечивается равномерное изнашивание по всей длине уплотнительного элемента, а при малых — неравномерное, в основном в средней его части.

Рис. 10.58. Схема герметизатора устья с радиальным расположением приводных цилиндров

1 - корпус герметизатора устья, 2 - цилиндр, 3 – плунжер, 4 - колонна труб