Агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к устройствам для выполнения подземного ремонта скважин с использованием колонны гибких труб, и может быть использовано при разработке оборудования для выполнения внутрискважинных работ - промывка скважин, удаление гидратных и парафиновых пробок и т.п. Агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб содержит смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан с центральным валом для намотки гибкой трубы, размещенный на опорах и укладчик витков стальных труб на барабане. В раме транспортной базы выполнена полость, предпочтительно, закрытая со стороны грунта, а барабан установлен таким образом, что часть его периферийной зоны, обращенная к раме транспортной базы, размещена в указанной полости, предпочтительно, в плоскости, проходящей параллельно раме транспортной базы через оси вращения колес. Расстояние от оси вращения барабана до верхней плоскости рамы транспортного средства как минимум в два, предпочтительно два и более, раза превышает расстояние от нижней точки обода барабана, находящегося в упомянутой нише, до верхней плоскости рамы транспортного средства. Опоры для вала барабана для намотки гибкой трубы выполнены с возможностью изменения высоты расположения указанного вала барабана от рамы транспортной базы, причем изменение высоты расположения вала происходит по мере сматывания /наматывания трубы с барабана/на барабан, предпочтительно, дискретно, после сматывания/наматывания очередного слоя трубы, при этом барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор, преимущественно, при помощи его вала. В варианте исполнения, опоры барабана выполнены телескопическими, состоящими, как минимум, из двух частей, подвижной и неподвижной. Неподвижные части упомянутых опор жестко закреплены на транспортной раме. Барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор при помощи конической передачи, ведущие шестерни которой установлены на концах его вала. Устройство для изменения высоты опор выполнено в виде редуктора, предпочтительно, многоступенчатого, установленного на подвижной части опоры. Выходной вал указанного редуктора выполнен в виде винта, взаимодействующего с гайкой пары «винт-гайка», причем гайка указанной пары жестко установлена в неподвижной части опоры. Осевой ход L винта за один его оборот равен диаметру трубы d_mp, а число оборотов винта для сматывания/наматывания одного слоя трубы определено из соотношения:

где: n_в - число оборотов винта; n_б - число оборотов барабана для сматывания/наматывания одного слоя трубы; d_mp - диаметр трубы; S_б - ширина барабана в месте навивки труб. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к устройствам для выполнения подземного ремонта скважин с использованием колонны гибких труб, и может быть использовано при разработке оборудования для выполнения внутрискважинных работ - промывки скважин, удаления гидратных и парафиновых пробок и т.п.

Известна конструкция агрегата подземного ремонта с использованием колонны гибких труб, содержащего транспортную базу, на раме которой установлена кабина управления, трансмиссия, барабан для намотки гибкой трубы, трубоукладчик, эжектор, обеспечивающий принудительное перемещение гибкой трубы, механизмы перевода эжектора и кабины управления в рабочее положение, герметизатор устья (а.с. СССР № 1439197, Е21В 19/00, 19/22, 1988).

Недостатком этой конструкции является низкая долговечность гибкой колонны труб, обусловленная с одной стороны двукратным циклом изгиба трубы при ее спуске и извлечении из скважины. Первый цикл изгиба трубы имеет место при ее сматывании с барабана - труба из согнутого положения распрямляется. Второй цикл изгиба - при входе в эжектор, где труба из прямолинейной формы повторно изгибается, перед тем как попасть в эжектор. Помимо этого, взаимное расположение кабины оператора, барабана и устьевого оборудования исключает одновременный контроль за их функционированием.

Известен агрегат подземного ремонта скважин с использованием непрерывной колонны гибких труб, содержащий транспортную базу, на раме которой установлена кабина управления, трансмиссия, барабан для намотки гибкой трубы, эжектор, обеспечивающий принудительное перемещение гибкой трубы, механизмы перевода эжектора и кабины управления в рабочее положение, герметизатор устья, при этом ось вращения барабана для намотки колонны гибких труб параллельна оси транспортной базы, которая при рабочем положении агрегата проходит через ось скважины (Патент РФ №2154146, МПК Е21В 19/22).

Указанное устройство работает следующим образом.

Ось вращения барабана для намотки колонны гибких труб параллельна оси транспортной базы, которая при рабочем положении агрегата проходит через ось скважины. В вертикальной плоскости труба изгибается при выходе/входе в эжектор, а во взаимно перпендикулярной ей вертикальной плоскости - при намотке на барабан. В результате зона максимальных пластических деформаций, а соответственно и напряжений, при первом изгибе не совпадает с зоной максимальных пластических деформаций при намотке на барабан.

Недостатком данного технического решения является то, что при разматывании трубы с барабана происходит изменение угла подачи трубы с барабана в эжектор, обусловленное уменьшением диаметра бухты трубы на барабане, что обуславливает дополнительные напряжения изгиба, и, в конечном итоге, приводит к снижению долговечности трубы.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства, применение которого позволит увеличить долговечность гибкой колонны труб, основной причиной выхода из строя которой является малоцикловая усталость, обусловленная многократным деформированием трубы с образованием пластических деформаций.

Указанная задача решается за счет того, что в предложенном агрегате для спуска и подъема непрерывных стальных труб, содержащем смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан с центральным валом для намотки гибкой трубы, размещенный на опорах, укладчик витков стальных труб на барабане, согласно изобретению, в раме транспортной базы выполнена полость, предпочтительно, закрытая со стороны грунта, а барабан установлен таким образом, что часть его периферийной зоны, обращенная к раме транспортной базы, размещена в указанной полости, предпочтительно, в плоскости, проходящей параллельно раме транспортной базы через оси вращения колес, при этом расстояние от оси вращения барабана до верхней плоскости рамы транспортного средства как минимум в два, предпочтительно два и более, раза превышает расстояние от нижней точки обода барабана, находящегося в упомянутой нише, до верхней плоскости рамы транспортного средства, при этом опоры для вала барабана для намотки гибкой трубы выполнены с возможностью изменения высоты расположения указанного вала барабана от рамы транспортной базы, причем изменение высоты расположения вала происходит по мере сматывания/наматывания трубы с барабана/на барабан, предпочтительно, дискретно, после сматывания/наматывания очередного слоя трубы, при этом барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор, преимущественно, при помощи его вала.

Агрегат по п.1, отличающийся тем, что опоры барабана выполнены телескопическими, состоящими, как минимум, из двух частей, подвижной и неподвижной, при этом неподвижные части упомянутых опор жестко закреплены на транспортной раме, а барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор при помощи конической передачи, ведущие шестерни которой установлены на концах его вала, при этом устройство для изменения высоты опор выполнено в виде редуктора, предпочтительно, многоступенчатого, установленного на подвижной части опоры, при этом выходной вал указанного редуктора выполнен в виде винта, взаимодействующего с гайкой пары «винт-гайка», причем гайка указанной пары жестко установлена в неподвижной части опоры, при этом осевой ход L винта за один его оборот равен диаметру трубы d_mp, а число оборотов винта для сматывания/наматывания одного слоя трубы определено из соотношения:

,

где: n_в - число оборотов винта;

n_б - число оборотов барабана для сматывания/наматывания одного слоя трубы;

d_mp - диаметр трубы;

S_б - ширина барабана в месте навивки труб.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Схема агрегата подземного ремонта приведена на чертежах, где на фиг.1 приведен общий вид агрегата в рабочем положении, вид сбоку; на фиг.2 - общий вид агрегата в транспортном положении, вид сверху; на фиг.3 - вид А, барабан в увеличенном масштабе, вид сбоку, на фиг.4 - барабан в увеличенном масштабе, вид сбоку.

Агрегат подземного ремонта скважин с использованием непрерывной колонны гибких труб (агрегат) содержит транспортную базу 1, на раме 2 которой установлена кабина управления 3, сцепное устройство 4, барабан 5 с центральным валом 6 для намотки гибкой трубы 7, размещенный на опорах 8. На раме 2 располагается эжектор 9, обеспечивающий перемещение гибкой трубы 7 и герметизатор устья 10.

Опоры 8 для вала 6 барабана 5 для намотки гибкой трубы 7 выполнены с возможностью изменения высоты расположения указанного вала барабана от рамы 2 транспортной базы 1, причем изменение высоты расположения вала 6 происходит по мере сматывания/наматывания трубы 7 с барабана 5/на барабан 5, предпочтительно, дискретно, после сматывания/наматывания очередного слоя трубы. Барабан 5 кинематически связан с устройством 11 для изменения высоты опор 8, преимущественно, при помощи его вала.

Опоры 8 барабана 5 выполнены телескопическими, состоящими, как минимум, из двух частей, подвижной 12 и неподвижной 13, при этом неподвижные части упомянутых опор жестко закреплены на транспортной раме. Барабан 5 кинематически связан с устройством 11 для изменения высоты опор 8 при помощи конической передачи 14, ведущие шестерни которой установлены на концах его вала 6. Устройство для изменения высоты опор 8 выполнено в виде редуктора 11, предпочтительно, многоступенчатого, установленного на подвижной части 12 опоры 8. Выходной вал указанного редуктора 11 при помощи конической передачи 15 связан с винтами 16, взаимодействующими с ответными гайками 17 соответствующей пары «винт-гайка». Осевой ход L винта 16 за один его оборот равен диаметру трубы d_mp, а число оборотов каждого винта для сматывания/наматывания одного слоя трубы определено из соотношения:

,

где: n_в - число оборотов винта;

n_б - число оборотов барабана для сматывания/наматывания одного слоя трубы;

d_mp - диаметр трубы;

S_б - ширина барабана в месте навивки труб.

Гайка 17 указанной пары жестко установлена в неподвижной 13 части опоры 8. На раме 2 установлены аутригеры 18. Устьевое оборудование обозначено поз.19. Для установки эжектора 9 в рабочее положение используются аутригеры 20. В раме 2 выполнена полость 21 для барабана 5.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Агрегат размещается в непосредственной близости от устьевого оборудования 19 за счет его транспортировки при помощи сцепного устройства 4.

Оператор управляет работой агрегата из кабины оператора 3. Затем включается механизм подъема эжектора 9, который обеспечивает его подъем на высоту, определяемую высотой устья скважины и устьевого оборудования 19, смонтированного на нем.

После подъема эжектора 9 окончательно корректируется положение агрегата относительно устья скважины и выдвигаются аутригеры 18 агрегата и аутригеры 20 эжектора 9.

В процессе работы агрегата гибкая труба 7 с барабана 5 через укладчик направляется на направляющую эжектора 9 и подается последним через герметизатор устья 10 в полость скважины через устьевое оборудование 19 для дальнейшего применения.

За счет увеличения диаметра барабана 5 уменьшается радиус гиба трубы 7 и, соответственно, снижаются напряжения, возникающие в стенках трубы при ее укладке на барабан/сматывании с барабана.

При вращении барабана 5, при помощи конической передачи 14, шестерни которой установлены на выходном валу 6 барабана и входном валу редуктора 11, вращение передается на выходной вал редуктора 11, на котором установлена ведущая шестерня конической передачи 15. С ведущей шестерни 15 вращение передается на ведомую шестерню конической передачи, установленную на каждом винте 16. Винт 16 начинает вращаться в ответной гайке 17, и, за счет того, что гайка неподвижно установлена в неподвижной части 13 опоры 8, винт получает осевое перемещение и поднимается вверх или вниз вместе с барабаном 5, сохраняя при этом постоянным угол схода трубы 7 с барабана 5 и угол входа трубы 5 в герметизатор устья 10.

За счет сохранения постоянным угла схода/подачи трубы 7 с/на барабана 5 и угла входа/выхода трубы 5 в/из герметизатор/а устья 10, а также увеличении диаметра барабана и радиусов гиба трубы, значительно снижаются напряжения, возникающие при неоднократных изгибаниях трубы 7, что способствует увеличению срока службы трубы.

Использование предложенного технического решения позволит увеличить долговечность гибкой колонны труб, основной причиной выхода из строя которой является малоцикловая усталость, обусловленная многократным деформированием трубы с образованием пластических деформаций.

1. Агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб, содержащий смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан с центральным валом для намотки гибкой трубы, размещенный на опорах, укладчик витков стальных труб на барабане, отличающийся тем, что в раме транспортной базы выполнена полость, предпочтительно, закрытая со стороны грунта, а барабан установлен таким образом, что часть его периферийной зоны, обращенная к раме транспортной базы, размещена в указанной полости, предпочтительно, в плоскости, проходящей параллельно раме транспортной базы через оси вращения колес, при этом расстояние от оси вращения барабана до верхней плоскости рамы транспортного средства как минимум в два, предпочтительно два и более, раза превышает расстояние от нижней точки обода барабана, находящегося в упомянутой нише, до верхней плоскости рамы транспортного средства, при этом опоры для вала барабана для намотки гибкой трубы выполнены с возможностью изменения высоты расположения указанного вала барабана от рамы транспортной базы, причем изменение высоты расположения вала происходит по мере сматывания/наматывания трубы с барабана/на барабан, предпочтительно, дискретно, после сматывания/наматывания очередного слоя трубы, при этом барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор, преимущественно, при помощи его вала.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что опоры барабана выполнены телескопическими, состоящими, как минимум, из двух частей, подвижной и неподвижной, при этом неподвижные части упомянутых опор жестко закреплены на транспортной раме, а барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор при помощи конической передачи, ведущие шестерни которой установлены на концах его вала, при этом устройство для изменения высоты опор выполнено в виде редуктора, предпочтительно многоступенчатого, установленного на подвижной части опоры, при этом выходной вал указанного редуктора выполнен в виде винта, взаимодействующего с гайкой пары «винт-гайка», причем гайка указанной пары жестко установлена в неподвижной части опоры, при этом осевой ход L винта за один его оборот равен диаметру трубы d_mp, а число оборотов винта для сматывания/наматывания одного слоя трубы определено из соотношения:
,
где: n_в - число оборотов винта;
n_б - число оборотов барабана для сматывания/наматывания одного слоя трубы;
d_mp - диаметр трубы;
S_б - ширина барабана в месте навивки труб.