агрегат с непрерывной колонной гибких труб для ремонта скважин, оборудованных штанговыми насосами

Формула изобретения

Агрегат с непрерывной колонной гибких труб для ремонта скважин, оборудованных штанговыми насосами, содержащий транспортную базу, на раме которой установлена кабина управления, трансмиссия, барабан для намотки гибкой трубы, эжектор, обеспечивающий принудительную подачу и извлечение гибкой трубы в скважину, оборудованную штанговым скважинным насосом, на устье которой установлена эксцентричная планшайба, механизм перевода эжектора и кабины управления в рабочее положение, герметизатор устья, отличающийся тем, что герметизатор устья снабжен криволинейным полым элементом и дополнительным уплотнительным узлом, расположенным в нижней его части и шарнирно соединенным с планшайбой скважины, причем внутренняя полость криволинейного полого элемента соединена с лубрикатором, а криволинейный полый элемент выполнен с радиусом кривизны, удовлетворяющим условию

R = > r E/s,

где R - радиус кривизны гибкой трубы, м;

r - наружный радиус гибкой трубы в поперечном сечении, м;

Е - модуль упругости материала гибкой трубы, Па;

s - предел упругости материала гибкой трубы, Па.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к устройствам для выполнения подземного ремонта скважин с использованием колонны гибких труб, и служит для выполнения внутрискважинных работ - промывки, удаления гидратных и парафиновых пробок в скважинах, оборудованных штанговым насосом.

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 [1].

Недостатком этой конструкции является невозможность использования ее на скважинах, оборудованных штанговыми насосами, поскольку монтажу эжектора над устьем скважины препятствует расположенное на ней устье с устьевым уплотнением, канатной подвеской и балансиром станка-качалки.

Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством, является обеспечение выполнения операций подземного ремонта скважин, оборудованных штанговыми насосами, без подъема колонны насосно-компрессорных труб (НКТ). Необходимость выполнения подобных работ может возникнуть при образовании гидратных или водяных пробок в стволе скважины и внутренней полости колонны НКТ. При этом извлечение колонны НКТ невозможно без предварительного разрушения образовавшейся пробки, которая в свою очередь не может быть удалена без извлечения внутрискважинного оборудования (в том числе колонны НКТ). Предлагаемое устройство должно обеспечить возможность проведения промывки скважины, создание циркуляции промывочной жидкости в кольцевом пространстве между эксплуатационной колонной и НКТ при одновременной работе штангового скважинного насоса.

Указанная задача решается за счет выполнения герметизатора устья в виде криволинейного полого элемента, снабженного дополнительным уплотнительным узлом в нижней его части и шарнирно соединенного с планшайбой скважины, при этом внутренняя полость криволинейного полого элемента соединена с лубрикатором.

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

Сравнение заявленного 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 фиг. 1, где показан его общий вид сбоку в рабочем положении на скважине (кабина машиниста агрегата условно показана в транспортном положении), на фиг. 2 показан агрегат в рабочем положении, вид сверху.

Агрегат устроен следующим образом: на раме 1 транспортной базы 2 установлена рама агрегата 3, в средней части которой установлен барабан 4 для колонны гибких труб 5. Для укладки трубы на барабан при наматывании и сматывании служит укладчик 6.

За кабиной водителя транспортной базы 2 располагается бак масляной системы 7, а рядом с ним ( в транспортном положении) находится кабина оператора 8. В рабочем положении кабина оператора 8 находится сбоку агрегата, установленная на поворотной консоли.

В кормовой части агрегата расположен эжектор 9. Под эжектором 9 располагается герметизатор устья 10 гибкой трубы 5. Эжектор 9 и герметизатор 10 - располагаются над устьем скважины 11 с устьевым оборудованием, включающим эксцентричную планшайбу 12 с уплотнителем 13 устьевого штока 14 и шарнир 15.

Герметизатор устья 10 снабжен криволинейным полым элементом 16 (изогнутой трубой), установленной ниже него. Внизу криволинейного элемента 16 установлен дополнительный уплотнительный узел 17. Герметизатор вместе с криволинейным элементом 16 и дополнительным уплотнительным узлом 17 шарниром 15 соединен с эксцентричной планшайбой 12, установленной на устье скважины 11. Внутренняя полость криволинейного полого элемента 16 соединена с лубрикатором 18, обеспечивающим подачу смазывающей жидкости. (В качестве лубрикатора применяется стандартное устройство для подачи смазки к узлам трения, широко используемое в станочном оборудовании. Поэтому в настоящем описании оно подробно не рассматривается).

В рабочем положении эжектор 8 опирается на устье скважины 11, передавая на ее усилие через криволинейный элемент 16, корпус дополнительного уплотнительного узла 17 и шарнир 15, смонтированный на эксцентричной планшайбе 12.

Устьевой шток 14 колонны штанг, приводящих в действие скважинный насос, соединен траверсой 19 с канатной подвеской 20. Последняя, в свою очередь, связана с головкой балансира 21 станка-качалки 22. (На схеме показана только часть переднего плеча балансирного станка-качалки.)

Механизм установки эжектора 9 в рабочее положение выполнен в виде гидравлического подъемника, состоящего из стоек 23, шарнирно соединенных с рамой 3 агрегата. Стойки 23 служат направляющими для подвижной площадки 24, на которой смонтирован эжектор 9. Перемещение площадки 24 относительно стоек 23 осуществляется гидравлическими цилиндрами, которые на рисунке условно не показаны.

Рама 3 агрегата снабжена четырьмя аутригерами 25.

Для нагнетания технологической жидкости в колонну гибких труб в процессе проведения операций подземного ремонта агрегат оборудован насосом (винтовым или многоступенчатым центробежным). Они расположены вдоль борта транспортной базы и имеют гидропривод. Питание исполнительных органов гидропривода обеспечивается блоком насосов, приводимым в действие от коробки отбора мощности ходового двигателя транспортной базы агрегата.

Работа агрегата осуществляется следующим образом.

После разворачивания агрегата из транспортного положения стойки 18 поднимаются гидроподъемниками в наклонное положение (см. фиг. 1), а площадка 24 устанавливается на высоте, обусловленной конкретными размерами и высотой устья 11 обслуживаемой скважины. Эжектор 9 вместе с герметизатором устья 10 и криволинейным элементом 16 с дополнительным уплотнительным узлом устанавливается на шарнире 15 оборудования устья скважины. Кабина машиниста 8, укрепленная на консоли, поворачивается на 90^o (см. фиг. 2). При этом из кабины хорошо видны и барабан 4 с укладчиком 6, и зона устья скважины с эжектором 9 и герметизатором 10 устья.

В процессе работы агрегата гибкая труба 5 с барабана 4 через укладчик 6 направляется в эжектор 9 и подается им в герметизатор 10. При подъеме трубы укладчик 6 обеспечивает равномерную намотку трубы 5 на барабан 4.

При спуске гибкая труба 5, выходящая из эжектора 9 через герметизатор 10. направляется в изогнутую трубу 16, дополнительный уплотнительный узел 17 и попадает в полость скважины 12. В процессе перемещения по изогнутой трубе 16 происходит упругое деформирование гибкой трубы 5. Это обеспечивается соответствующим подбором соотношения радиуса кривизны R гибкой трубы.

Для обеспечения упругого деформирования гибкой трубы 5 радиус ее кривизны должен удовлетворять условию:

R = > r E/s,

где R - радиус кривизны гибкой трубы 5 (равен радиусу кривизны изогнутой трубы 16);

r - наружный радиус гибкой трубы в поперечном сечении;

E - модуль упругости материала гибкой трубы;

s - предел упругости материала гибкой трубы.

Пример. При использовании в качестве материала гибкой трубы малоуглеродистой стали типа "сталь 10" радиус кривизны составляет 12 - 13 м.

Для уменьшения сил трения, возникающих при перемещении гибкой трубы внутри изогнутой трубы, ее внутренняя полость заполнена смазкой, которая подается лубрикатором 18. Истечению смазки из полости гибкой трубы препятствует герметизация устья 10 и дополнительное уплотнение 17.

При выходе гибкой трубы из дополнительного уплотнения 17 ее ось приобретает прямолинейную форму в силу упругих свойств материала, из которого она изготовлена. Труба 5 спускается в кольцевое пространство между эксплуатационной колонной и колонной НКТ. Спуск гибкой трубы сопровождается прокачиванием через нее технологической жидкости, обеспечивающей промывку полости скважины и прогрев НКТ. После промывки ледяной (гидратной) пробки и прогрева колонны НКТ производится запуск привода штангового скважинного насоса (балансирный станок-качалка 22). При этом головка балансира 21 начинает качаться и перемещать канатную подвеску 20 вместе с устьевым штоком 14. В результате штанговый скважинный насос начинает откачку пластовой жидкости, которая поднимается по внутренней полости НКТ.

Конструкция предлагаемого устройства позволяет эксплуатировать скважину штанговым насосом и одновременно производить промывку кольцевого пространства технологической жидкостью до тех пор, пока скважина не выйдет на стационарный режим. Далее, не прекращая работы скважинного насоса, производится подъем колонны гибких труб, демонтируется эжектор, и агрегат подземного ремонта удаляется из скважины.

Источник информации

1. А.с. СССР N 1439197, кл. E 21 B 22/00, 1988.