Агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб

 

Изобретение относится к области эксплуатации и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и предназначено для спуска и подъема непрерывных стальных труб, наматываемых на барабан. На монтажной базе транспортного средства смонтированы подъемное устройство с механизмом подачи, барабан и укладчик витков стальных труб на барабане. Барабан снабжен блоками прижимных валиков, которые охватывают барабан с таким расчетом, чтобы в одном положении имелась возможность взаимодействия с витками трубы, а в другом можно было бы извлечь и заменить барабан. Подъемное устройство выполнено в виде вращающегося стояка и каретки с выдвижной рамой. В одном варианте механизм подачи установлен на выдвижной раме, а в другом - на дополнительной съемной секции, которая крепится на выдвижной раме. Агрегат обеспечивает подъем механизма подачи на высоту до 6 м. 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации и подземного ремонта нефтяных и газовых скважин и предназначено для спуска и подъема непрерывных стальных труб, наматываемых на барабан.

Непрерывные стальные трубы используются для подвески погружного оборудования различных насосов для откачки жидкости из скважины, стайных аппаратов и насадок для промывки песчаных, гидратных и парафиновых пробок, а также для исследования скважин.

Известен агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб, содержащий смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан и укладчик стальных труб на барабане [1].

Известный агрегат имеет ряд весьма существенных недостатков. Так, например, спуск и подъем трубы производится с ее натяжением между барабаном и механизмом подачи, что приводит к ослаблению витков трубы на барабане из-за ее упругости и при малейшем несоответствии скоростей ее движения на барабане и в механизме подачи. При работе с натяжением трубы имеет место дополнительная ее деформация, что значительно сокращает ее ресурс, усложняется возможность автоматизации спускоподьемных операций. Подъемное устройство имеет низкую надежность и не позволяет обслуживать нефтяные и газовые скважины с высотой арматуры 4 м и более.

Известен также принятый за прототип агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб, содержащий смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан и укладчик стальных труб на барабане [2].

Этому известному агрегату присущи те же недостатки, что и аналогу.

Изобретение направлено на решение задачи по устранению отмеченных выше недостатков.

Сущность изобретения заключается в том, что агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб, содержащий смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан и укладчик витков стальных труб на барабане, снабжен блоками прижимных валиков, смонтированных на раме барабана с возможностью его охвата для взаимодействия с витками стальных труб и разведения для замены барабана. Подъемное устройство может быть выполнено в виде вращающегося под действием приводного узла стояка с направляющими балками, каретки с направляющими коробами и роликами, установленной с возможностью вертикального перемещения по направляющим балкам под действием гидроцилиндра, размещенного внутри вращающегося стояка, соединенного с ним и связанного канатом через полистпастный блок с кареткой, и выдвижной рамы, установленной в направляющих коробах каретки с возможностью перемещения под действием привода, при этом механизм подачи шарнирно связан своей рамой с выдвижной рамой для изменения своего положения в продольной плоскости.

Привод перемещения выдвижной рамы может быть выполнен в виде гидроцилиндров.

Приводной узел вращающегося стояка в конкретном случае выполнен в виде двухштокового гидроцилиндра с роликами на концах штоков, шкива, посаженного на вал стояка, и каната, охватывающего шкив и ролики, и закрепленного своими концами на корпусе гидроцилиндра, а серединой - на шкиве.

Для обеспечения быстрой замены барабана его вал установлен в двух опорах своей рамы, каждая из которых выполнена в виде двух опорных роликов.

Снабжение агрегата средством регулирования скорости вращения барабана в зависимости от высоты расположения дуги стальной трубы между барабаном и механизмом подачи упрощает возможность автоматизации спускоподьемных операций. В конкретном случае это средство может быть выполнено в виде оснащенного роликом для взаимодействия со стальной трубой дросселя, регулирующего подачу масла в привод барабана.

На фиг. 1 изображен общий вид агрегата в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении; на фиг. 3 - вращающийся стояк с кареткой, продольный разрез; на фиг. 4 - сечение по А-А на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение по Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - общий вид подъемного устройства с дополнительной съемной секцией в транспортном положении; на фиг. 7 - то же, в рабочем положении; на фиг. 8 - кинематическая схема блоков прижимных валиков; на фиг. 9 - кинематическая схема приводного узла вращающегося стояка; на фиг.10 - кинематическая схема дополнительной съемной секции; на фиг. 11 - вид сзади на агрегат.

Агрегат содержит транспортное средство 1 с монтажной базой 2, на которой смонтированы барабан 3 с непрерывной стальной трубой 4, подъемное устройство 5 с механизмом подачи 6. Имеется кабина 7 оператора и насосная установка 8. На раме барабана 3 смонтированы блоки 9 прижимных валиков, взаимодействующие с гидроцилиндрами 10, что обеспечивает возможность охвата барабана 3 для взаимодействия с витками стальной трубы 4 и разведения для замены барабана 3. Каждый блок 9 имеет по два валика 11 с целью уменьшения удельного давления на трубу 4. Валики 11 вращаются на коромыслах 12. Вал барабана 3 установлен в двух опорах 13 своей рамы, каждая из которых выполнена в виде двух опорных роликов 14, чем обеспечивается возможность замены барабана 3 с трубой 4 или без нее.

При этом значительно снижается трудоемкость монтажных работ, например, при выходе трубы 4 из строя. Имеется укладчик 15 витков стальных труб на барабане 3. Положение укладчика 15 регулируется с помощью двух гидроцилиндров 16. Подъемное устройство 5 выполнено в виде вращающегося стояка 17 с направляющими балками 18. На стояке 17 установлена каретка 19 с направляющими коробами 20 и роликами 21. Одна пара роликов 21 объединена коромыслом 22, обеспечивающим равномерную нагрузку на ролики 21 при движении по направляющим балкам 18 во время вертикального перемещения каретки 19. В направляющих коробах 20 установлена выдвижная рама 23 с возможностью перемещения под действием привода, например гидроцилиндра 24. Механизм подачи 6 шарнирно связан своей рамой 25 с выдвижной рамой 23 для изменения своего положения в продольной плоскости. Рама 25 поворачивается в продольной плоскости с помощью двух гидроцилиндров 26.

Вращение стояка 17 подъемного устройства 5 осуществляется под действием приводного узла, который может быть выполнен в виде шкива 27, посаженного на вал 28 с подшипником 29, взаимодействующего со стояком 17 через стержень 30 и вращающуюся опору 31. Вращение шкива 27 осуществляется с помощью двухштокового гидроцилиндра 32 с роликами на концах штоков посредством каната 33, охватывающего шкив 27 и ролики. При этом канат 33 закреплен своими концами на корпусе гидроцилиндра 32, а серединой - на шкиве 27.

Перемещение каретки 19 с механизмом подачи 6 производится под действием гидроцилиндра 34, размещенного внутри стояка 17. Гидроцилиндр 34 своим корпусом шарнирно прикреплен к валу 28, что позволяет ему вращаться вместе с валом 28, а поскольку вал 28 связан со стояком 17 через стержень 30, то следовательно, гидроцилиндр 34 и стояк 17 будут вращаться синхронно. Гидроцилиндр 34 связан с кареткой 19 канатом 35 через полистпастный блок 36. Стояк 17 опирается на стационарную опору 37 и вращается на шариках 38 и подшипнике 39. Механизм подачи 6 снабжен сдвоенной дугой 40, служащей для заправки трубы 4 в механизм подачи 6. Сдвоенная дуга 40 служит также для предохранения трубы 4 от повреждений при случайном натяжении и является опорой для трубы 4 при транспортировки агрегата с заправленной трубой 4 в механизм подачи 6. Для улучшения обзорности во время спускоподъемных операций кабина 7 оператора выполнена с возможностью ее подъема на соответствующую высоту. У агрегата имеется средство регулирования скорости вращения барабана 3 в зависимости от высоты расположения дуги стальной трубы между барабаном 3 и механизмом подачи 6, которое может быть выполнено в виде оснащенного роликом для взаимодействия со стальной трубой 4 дросселя 41, регулирующего подачу масла в привод барабана 3. Дроссель 41 может быть прикреплен к укладчику 15. Агрегат оборудован выдвижными опорными стойками 42, обеспечивающими его устойчивость во время монтажа-демонтажа и работы на скважине 43. Опорные стойки 42 служат также для установки агрегата в горизонтальное положение, в частности в поперечном направлении. Дополнительная съемная секция 44 устанавливается на выдвижной раме 23, а механизм подачи 6 в этом случае устанавливается своей рамой 25 на дополнительной съемной секции 44 с возможностью вертикального перемещения и изменения своего положения в продольной плоскости. Для этого на раме 45 дополнительной съемной секции 44 установлена каретка 46, которая имеет возможность перемещения под действием привода, включающего гидроцилиндры 47, полиспасты 48 и канаты 49. Рама 25 механизма подачи 6 жестко связана с кареткой 46, на которой в свою очередь установлены плунжеры 50, которые позволяют изменять положение рамы 25 в продольной плоскости, что необходимо для совмещения вертикальной оси механизма подачи 6 с осью скважины 43. Для визуального контроля горизонтального положения агрегата в поперечном направлении предусмотрен маятник 51, который в транспортном положении фиксируется болтом 52.

Агрегат работает следующим образом. После установки агрегата на определенном расстоянии от скважины 43, он переводится из транспортного положения в рабочее. Для этого устанавливаются опорные стойки 42. Механизм подачи 6 поднимается вместе с заправленной в него трубой 4 и поворачивается в сторону скважины 43, при этом производится медленная подача трубы 4 в сторону механизма подачи 6 с соответствующим подъемом укладчика 15 витков трубы 4 на барабане. По мере подъема и поворота механизма подачи 6 труба 4 должна в свободном состоянии следовать за ним при медленном вращении барабана 3. Блоки 9 прижимных валиков, взаимодействуя с витками непрерывной стальной трубы 4, препятствуют их ослаблению. Во время поворота механизма подачи 6 его цепи и колодки зажима трубы 4 должны быть расслаблены. Центровка механизма подачи 6 в горизонтальной плоскости осуществляется поворотом подъемного устройства 5 и движением выдвижной рамы 23. Вертикальная ось механизма подачи 6 устанавливается поворотом рамы 25 и при помощи опорных стоек 42. Труба 4 заправляется в механизм подачи 6 с помощью гибкой тяги. После центровки механизма подачи 6 и посадки его на оборудование устья скважины 43 агрегат готов к работе по спуску непрерывной стальной трубы. Демонтаж агрегата осуществляется в обратной последовательности. Конструкция агрегата предусматривает возможность циркуляции агента по трубе 4 в процессе ее спуска или подъема. Предусмотрена также возможность установки превентора, который может входить в состав агрегата, на оборудование устья скважины 43 подъемным устройством 5.

Использование изобретения существенно расширяет возможности агрегатов для спуска и подъема непрерывных стальных труб, повышает их надежность и эффективность.

Формула изобретения

1. Агрегат для спуска и подъема непрерывных стальных труб, содержащий смонтированные на монтажной базе транспортного средства подъемное устройство с механизмом подачи, барабан и укладчик витков стальных труб на барабане, отличающийся тем, что он снабжен блоками прижимных валиков, смонтированных на раме барабана с возможностью его охвата для взаимодействия с витками стальных труб и разведения для замены барабана.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что подъемное устройство выполнено в виде вращающегося под воздействием приводного узла стояка с направляющими балками, каретки с направляющими коробками и роликами, установленной с возможностью вертикального перемещения по направляющим балкам под действием гидроцилиндра, размещенного внутри вращающегося стояка, соединенного с ним и связанного канатом через полиспастный блок с кареткой, и выдвижной рамы, установленной в направляющих коробах каретки с возможностью перемещения под действием привода, при этом механизм подачи шарнирно связан своей рамой с выдвижной рамой для изменения своего положения в продольной плоскости.

3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что подъемное устройство выполнено в виде вращающегося под действием приводного узла стояка с направляющими балками, каретки с направляющими коробами и роликами, установленной с возможностью вертикального перемещения по направляющим балкам под действием гидроцилиндра, размещенного внутри вращающегося стояка, соединенного с ним и связанного канатом через полистпастный блок с кареткой, выдвижной рамы, установленной в направляющих коробах каретки с возможностью перемещения под действием привода, и дополнительной съемной секции, закрепленной на выдвижной раме, при этом механизм подачи установлен своей рамой на дополнительной съемной секции с возможностью вертикального перемещения и изменения своего положения в продольной плоскости.

4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вал барабана установлен в двух опорах своей рамы, каждая из которых выполнена в виде двух опорных роликов.

5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен средством регулирования скорости вращения барабана в зависимости от высоты расположения дуги стальной трубы между барабаном и механизмом подачи.

6. Агрегат по п.2 или 3, отличающийся тем, что привод перемещения выдвижной рамы выполнен в виде гидроцилиндров.

7. Агрегат по п.2 или 3, отличающийся тем, что приводной узел вращающегося стояка выполнен в виде двухштокового гидроцилиндра с роликами на концах штоков, шкива, посаженного на вал стояка, и каната, охватывающего шкив и ролики, и закрепленного своими концами на корпусе гидроцилиндра, а серединой - на шкиве.

8. Агрегат по п.5, отличающийся тем, что средство регулирования скорости вращения барабана выполнено в виде оснащенного роликом для взаимодействия со стальной трубой дросселя, регулирующего подачу масла в привод барабана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11