малогабаритная автоматическая непрерывная гидравлическая установка для спуска труб в скважину под давлением

Формула изобретения

1. Малогабаритная автоматическая непрерывная гидравлическая установка спуска-подъема труб в скважине под давлением, включающая блок превенторов, переходную катушку, герметизатор, гидродомкратный блок и гидросистему, отличающаяся тем, что гидродомкратный блок выполнен из двух соосно скрепленных друг с другом гидроцилиндров с полыми двухштоковыми поршнями, во внутренних полостях которых встроены устройства гидромеханического зажима трубы, каждое из которых состоит из цилиндрической втулки с окнами, в которых установлены зажимные сухари с надетой на них эластичной втулкой, выполненной с возможностью преобразования собственной деформации под действием избыточного давления рабочей жидкости в перемещения сухарей в радиальном направлении для захвата трубы и перевода зажимных сухарей в исходное положение при снятии избыточного давления рабочей жидкости.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в гидродомкратном блоке установлены конечные переключатели потоков рабочей жидкости для обеспечения поочередной ее подачи с избыточным давлением в штоковые полости гидроцилиндров в порядке, обеспечивающем одновременное перемещение двухштоковых поршней в противоположных направлениях с захватом трубы устройством гидромеханического зажима трубы двухштокового поршня, совершающего рабочий ход в направлении спускоподъемной операции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей и геологоразведочной отраслям промышленности и предназначено для проведения спускоподъемных операций (СТО) в скважине под давлением при проведении работ по ликвидации открытых газонефтяных фонтанов, а также по текущему и капитальному ремонту скважин без их глушения.

Известна конструкция установки для спуска труб СТ-100, предназначенная для спуска (подъема) насосно-компрессорных, обсадных и бурильных труб в скважину, находящуюся под давлением (1). Установка состоит из силового гидроцилиндра с двумя оппозитно расположенными поршнями и полыми штоками, на концах которых установлены верхняя подвижная и нижняя неподвижная шлипсовые катушки для захвата спускаемой (поднимаемой) трубы. Силовой гидроцилиндр установлен в раме, которая монтируется на фланец герметизирующей головки.

Спуск (подъем) трубы в скважину производится за счет перемещения штока силового гидроцилиндра, совершающего попеременно движения вверх-вниз под действием давления рабочей жидкости гидросистемы установки. Сменные клиновые сухари шлипсовых катушек позволяют производить СПО с трубами различного диаметра.

Однако приведенная конструкция установки обладает следующими недостатками:

- спуск (подъем) трубы происходит циклически, при прямом рабочем ходе штока, а при обратном холостом ходе труба остается неподвижной, т.е. только половина времени работы установки является производительной;

- клиновые сухари шлипсовых катушек под действием пружин находятся в постоянно заклиненном контакте с трубой.

При движении верхней шлипсовой катушки вниз (рабочий ход) вместе с ней перемещается и заклиненная труба, которая под действием сил трения, возникающих в местах ее контакта с сухарями нижней шлипсовой катушки, перемещает их по наклонным пазам в корпусе в направлении движения, скользя по зубчатым насечкам сухарей. После исполнения рабочего хода шлипсовая катушка совершает обратный холостой ход, при котором нижние сухари заклинивают трубу, а верхние скользят по трубе, прижимаясь к ней под действием усилия пружины. Таким образом спускаемая в скважину колонна труб при движении находится в постоянном контакте с зубчатой насечкой сухарей шлипсовых катушек, что приводит к неоправданному износу контактирующих поверхностей, а также засорению промежутков между зубьями сухарей, соскребаемыми со стенок трубы посторонними включениями и, как следствие, уменьшению сил сцепления сухарей с трубой с последующим самопроизвольным падением колонны труб под действием собственного веса;

- установка имеет высокие технические характеристики по габаритным размерам, грузоподъемности, величине рабочего хода штока гидроцилиндра мощности силового гидропривода, т.к. предназначена для проведения СПО с муфтовыми трубами большого диаметра, что делает ее невыгодной для работы с безмуфтовыми трубами меньших диаметров, широко применяющихся при ремонте скважин, ввиду неоправданно высоких энергетических и материальных затрат.

Целью изобретения является обеспечение эффективного высокопроизводительного непрерывного выполнения СПО безмуфтовых труб постоянного сечения различных диаметров как в автоматическом режиме, так и с ручным управлением.

Поставленная задача достигается тем, что в малогабаритной автоматической непрерывной гидравлической установке спуска-подъма труб в скважину под давлением (в дальнейшем по тексту - установка), состоящей из комплекса силовых агрегатов и вспомогательных приспособлений, гидродомкратный блок, осуществляющий непосредственно СПО, выполнен из двух соосно скрепленных друг с другом гидроцилиндров с полыми двухштоковыми поршнями, во внутренних полостях которых встроены устройства гидромеханического зажима трубы. Конечные переключатели штоков рабочей жидкости, установленные в гидродомкратном блоке, обеспечивают поочередную ее подачу с избыточным давлением в штоковой полости гидроцилиндров в порядке, обеспечивающем одновременное перемещение двухштоковых поршней в противоположных направлениях с захватом трубы устройством гидромеханического зажима трубы двухштокового поршня, совершающего рабочий ход в направлении двухштокового поршня в направлении спускоподъемной операции.

На фиг.1 показана установка; на фиг.2 и 3 - гидроцилиндр и гидродомкратный блок соответственно; на фиг.4 - сечение А-А на фиг.2.

Установка состоит из блока превенторов 1, монтируемого непосредственно на арматуру скважины, переходной катушки 2, герметизатора 3, гидродомкратного блока 4. В состав установки входят также гидростанция, гидравлическая система управления работой использованных механизмов (на фиг.1 не показаны), рабочая площадка 5, оборудованная телескопической мачтой подачи труб 6, которые устанавливаются на монтажных лесах 7, крепящихся растяжками 8. Для подъема обслуживающего персонала на рабочую площадку служит раздвижная лестница 9.

Конструкция гидроцилиндра гидродомкратного блока 4 приведена на фиг.2.

В корпусе гидроцилиндра 11 на величину рабочего хода "Н" перемещается двухштоковый полый поршень 12, ход которого ограничивается двумя крышами квадратной формы 13, стянутыми друг с другом шпильками 14. Внутри полого штока расположено устройство гидромеханического зажима трубы, состоящее из двух одинаковых узлов захвата, отделенных друг от друга втулкой 15 и зафиксированных в штоке двумя накидными гайками 16. Узел захвата выполнен в виде цилиндрической втулки 17 с четырьмя профрезерованными окнами, в которые установлены и перемещаются в радиальном направлении зажимные сухари 18 с надетой на них эластичной втулкой 20, выполненной с возможностью преобразования собственной деформации под действием избыточного давления рабочей жидкости и перемещения сухарей в радиальном направлении для захвата трубы и перевода зажимных сухарей 18 в исходное положение при снятии избыточного давления рабочей жидкости.

Полость "Б" между внутренней поверхностью двухштокового поршня и наружной поверхностью устройства гидромеханического зажима трубы постоянно заполнена рабочей жидкостью и сообщается с напорной линией гидросистемы установки через штуцер 22.

Конструкция гидродомкратного блока приведена на фиг.3.

Два гидроцилиндра 22 с полыми двухштоковыми поршнями шпильками 23 стянуты друг с другом, а шпильками 24 крепятся к фланцу герметизатора 3. На шпильках 23 и 24 установлены конечные переключатели 25 потоков рабочей жидкости, обеспечивающие ее подачу с избыточным давлением в штоковые полости гидроцилиндров по линиям "В" и "Г" в порядке, обеспечивающем одновременное перемещение двухштоковых поршней в противоположных направлениях с захватом трубы устройством гидромеханического зажима трубы двухштокового поршня, совершающего рабочий ход "Н" в направлении спускоподъемной операции.

Порядок работы установки следующий.

Установка монтируется на скважине (фиг.1), к исполнительным механизмам подсоединяются гидравлические напорные и сливные линии гидросистемы.

Труба 10 телескопической мачтой 6 подается на рабочую площадку 5 и пропускается через полые двухштоковые поршни гидроцилиндров гидродомкратного блока 4 до упора в уплотнительный элемент герметизатора 3. Управление работой гидросистемы производится в автоматическом или ручном режимах.

При запуске гидросистемы в работу в автоматическом режиме рабочая жидкость под давлением подается от действия конечных переключателей (фиг.3) в линии "В", "Г", "Д" и "Е" в определенной последовательности. Порядок подачи давления в линии управления гидроцилиндров и узлов зажима в зависимости от характера проводимой СПО (спуск или подъем) приведен в таблице.

Источник информации

1. Справочник "Оборудование и инструмент для предупреждения и ликвидации фонтанов". Москва. Недра. 1996 г. стр. 200-208 "Установка для спуска труб СТ-100".