CC BY
32
УДК 622.243
Л.А.Гаврилова, В.Е.Эпштейн
К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛОВОГО ВЕРТЛЮГА В СПУСКО-ПОДЪЕМНОМ КОМПЛЕКСЕ АГРЕГАТОВ ДЛЯ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА СКВАЖИН
Современная техника разработки нефтегазовых месторождений и эксплуатации скважин не обеспечивает работоспособности собственно скважины и спущенного в нее оборудования в течение всего срока "жизни" месторождения. Поэтому необходимо периодически проводить текущие и капитальные ремонты как самой скважины, так и ее эксплуатационного оборудования. Ежегодно в Российской Федерации выполняется 200-250 тысяч текущих и капитальных ремонтов (21
Основной составляющей процесса ремонта скважин независимо от его назначения являются спуско-подъемные операции (СПО). На эти операции затрачивается значительная доля времени от времени всего цикла ремонта [3]. В России при сложившейся технологии выполнения и технической оснащенности служб текущего ремонта скважин на СПО с трубами и штангами затрачивается до 80-90 % всего времени ремонта скважины. Объемы работ по СПО при капитальном ремонте и освоении скважин, конечно же, во много раз меньше, чем при текущем, однако по абсолютной величине эти объемы работ достаточно велики и трудоемки, что делает актуальным совершенствование СПО и в этих процессах.
Совершенствование СПО может осуществляться по следующим направлениям: снижение временных затрат, уменьшение трудоемкости рабочего процесса, совершенствование технологии ремонта скважин.
Снижение затрат времени на СПО может быть достигнуто за счет [5]: увеличения скорости подъема при увеличении мощности подъемника: совмещения операций во времени; увеличения длины свечи.
Увеличение скорости подъема может происходить до известного предела (до 2 м/с) из-за увеличения массы подъемника и условий безопасной работы [2].
Увеличение длины свечн, с одной стороны, уменьшает число наращиваний и соответственно происходит сокращение времени на СПО, а с другой - ведет к увеличению высоты мачты, а, следовательно к увеличению массы и ослаблению металлоконструкций
Уменьшение трудоемкости СПО может быть достигнуто за счет механизации и автоматизации процесса.
Совершенствование технологии ремонта скважин возможно благодаря применению технических средств. Так, применение силового вертлюга дает возможность проведения СПО в интервале 1500 - 2500 м, где скважины наиболее искривлены и спуск возможен только при вращении с промывкой.
С целью реализации СПО в структуре агрегатов для ремонта скважин предусмотрен целый комплекс механизмов, так называемый спуско-подъемный комплекс (СПК). СПК должен обеспечивать выполнение следующих функций [1, 3): захват труб для подъема; подъем колонны труб из скважины;
фиксация колонны в заданном положении на оси скважины; разъединение колонны;
перемещение трубы к трубсприемному устройству; укладка трубы.
При спуске колонны функции выполняются в обратной последовательности. В последнее время все более широкое применение в составе буровых установок находят системы верхнего привода (силовые вертлюги), которые расширяют возможности технологии проводки скважин и повышают эффективность операций бурения.
162
Силовой вертлюг участвует ъ выполнении следующих операций: спуск-подъем насосно-компрессорных и бурильных труб; свинчивание-развинчивание бурильных труб и НКТ;
передача вращения и обеспечение наращивания бурильных труб с одновременной промывкой при бурении второго ствола.
Таким образом, применение силового вертлюга позволяет отказаться от применения специальных ключей для свинчивания-развинчивания бурильных труб и НКТ и использовать вертлюг в качестве манипулятора при укладке труб.
Внедрение систем верхнего привода позволяет сократить время бурения: за счет выполнения операций по наращиванию без отрыва инструмента от забоя, что исключает использование ведущей трубы;
снижения аварийности из-за уменьшения опасности заклинивания колонны при горизонтальном и наклонном бурении.
При капитальном ремонте скважин доля отбуривания горизонтальных стволов неуклонно растет Это обусловлено экономической целесообразностью вскрытия нового горизонта взамен строительства новой скважины. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности, утвержденные Госгортехнадзором России, предусматривают обязательное оснащение верхним приводом буровых установок, предназначенных для бурения горизонтальных скважин.
Сравнительную оценку эффективности применения СПК с использованием силовых вертлюгов по отношению к традиционному типу СПК, в состав которого входит вращатель роторного типа, при проведении капитального ремонта скважин выполним по перечню ранжированных критериев [4].
Для сравнения альтернативных вариантов выполнения СПК могут быть выделены следующие критерии (табл.1): стоймость оборудования, затраты времени, надежность, уровень механизации СПО. монтажеспособность, энергоемкость, экологичность.
Основными критериями оценки каждой из выбранных схем СПК являются затраты времени на спуско-подъемные операции, ориентировочная стоимость оборудования каждой конструктивной схемы СПК (исходя из весовых характеристик) и стоимость ремонта расчетной скважины с применением соответствующего оборудования.
В установке для ремонта скважин применение традиционной схемы компоновки оборудования обеспечивает уменьшение капитальных затрат на изготовление, а применение силового вертлюга для спуско-подъемных операций дает экономию времени на СПО, а, следовательно увеличение производительности.
Таблица I
Ранжирование критериев
Номера Критерии Номер колонки у ¿тЛ
строк 1 2 3 4 5 6 7 Балл
1 Стоимость машины 0 0 1 Г 1 0 3 •
2 Затраты времени на СПО 2 2 1 2 1 1 9
3 Надежность 2 0 0 1 1 2 6
4 Уровень механизация 1 1 2 1 0 1 7
5 Монтажеспособность и транспортабельность 1 0 1 1 2 2 7
6 Энергоемкость 1 1 1 2 0 1 6
7 Экологичность 2 1 0 1 0 1 5
Учитывая весовой коэффициент каждого критерия, проведем сравнение вариантов конструктивных схем СПК (табл. 2).
Таблица 2
Оценка вариантов по критериям с учетом весового коэффициента
Вариант конструкции
1 Ротор
0.75
АА
Критерии
1,74
0.84
18
8.99
2 Силовой вертлюг
17
0,25
2,25
1
232_
_уб_
1.5
0,84
9,32
Таким образом, суммарная оценка схемы с силовым вертлюгом (9,32) оказалась выше, чем оценка традиционной схемы с ротором (8,99). Следовательно, конструктивная схема с применением силового вертлюга (верхнего привода) более эффективна при ремонте нефтяных скважин, чем традиционная конструктивная схема (ротор - сальник-вертлюг). Дальнейшее совершенствование предложенной конструктивной схемы СПК необходимо проводить на основании функционального анализа как СПК в целом, так и структурных элементов в отдельности.
Эффективность и перспективность предлагаемого технического решения, а также высокая потребность нефтяников в высокоэффективной технике для восстановления бездействующего фонда скважин обуславливают значительный интерес к этой проблеме у машиностроительных предприятий. В настоящее время работами по созданию агрегатов для текущего и капитального ремонтов скважин, оснащенных верхнеприводными системами, занимается ряд уральских предприятий: ОАО "Завод бурового и металлургического машиностроения", ЗАО "Екатеринбургский машиностроительный завод им. Воровского", НИПИгормаш [3].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гаврилова Л.А., Порожский К.П., Энштсйн В.Е. Функциональная систематизация спуско-подъемных комплексов буровых установок// Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. Вып. 19: Межвуз.науч.тематсб/ УГТТА. - Екатеринбург, 19% . - 156 с.
2. Молчанов Г.В., Молчанов А.Г. Машины и оборудование для добычи нефти и газа: Учебник для вузов.- М.: Недра. 1984 . - 464 с.
3. Нефтегазовое машиностроение на Урале/Порожский К.П., Эпштейн В.Е., Табарин А Д и т.д.//Извсстия вузов. Горный журнал. • 1997. - N 5-6. - С. 46-81.
4. Половинкнн А.И. Основы инженерного творчества. - М.: Машиностроение. 1988. - 368с.
5. Структурный анализ, разработка принципиальной схемы и отдельных узлов установки для испытания скважин: Отчет о НИР/СГИ. - Свердловск, 1989.
