4 Процесс спуско-подъемных операций

Спускоподъемные операции (СПО) при бурении скважин – трудоемкая и тяжелая работа, на которую затрачивается в среднем 18…20% времени бурения скважины.

Особенно много времени занимают эти работы при бурении глубоких скважин. Для облегчения труда буровой бригады при выполнении СПО и устранения опасных приемов работ созданы механизмы спуско-подъема (МСП), автоматический спуско-подъем (АСП), ключи для свинчивания труб (АКБ-3М), пневматические клиновые захваты, пневмораскрепители и др.

Процесс подъема бурильной колонны из скважины состоит из циклически повторяющихся в определенной последовательности операций:

- подъем всей колонны на длину, немного большую длины одной свечи;

- остановка колонны в подвешенном состоянии; установка колонны на стол ротора на клинья и освобождение поднятой свечи от растягивающей нагрузки;

- отвинчивание свечи от колонны и установка ее внутри буровой в специальный магазин;

- спуск ненагружеииых крюка и элеватора для подъема колонны на длину очередной свечи;

- остановка крюка для захвата колонны; захват н подъем колонны на длину следующей свечи.

Спускают колонну в обратной последовательности. После того, как ствол скважины пробурен на определенную глубину его крепят, для чего в скважину спускают обсадную колонну, состоящую из обсадных труб длиной 6…12 м.

Для выполнения всех этих операций буровая установка снабжается комплексом механизмов и инструмента для захвата, подъема, удержания на весу или на столе ротора бурильной или обсадной колонны при свинчивании и развинчивании труб, извлекаемых из скважины или спускаемых в нее. Для выполнения этих операций используют элеваторы, клиповые захваты, предохранительные пояса, механические, машинные и круговые ключи.

4.1 Инструмент для захвата, подъема и переноса труб и свечей

В практике бурения скважин используются два способа захвата и подвешивания бурильных и обсадных колонн: за заплечник или конусный уступ замка; за тело трубы (за счет ее обжатия). В первом случае применяют элеваторы со створками и трубодержатели (рис. VI. 1, а), во втором случае — клинья (рис. VI.1, б), захватывающие колонну за тело трубы, или плашечпые элеваторы.

Элеваторы для подвешивания бурильных и обсадных труб применяют при нагрузках 1250—3200 кН. Это корпусные элеваторы типа ЭК диаметрами 114—426 мм и типа КМ диаметрами 60—377 мм. Для нагрузок 320—1250 кН и диаметров труб 48— 127 мм применяют двуштропные литые элеваторы типа ЭТАД.

Корпусной элеватор типа ЭК (рис. VI.2) состоит из корпуса 1 и створки 2. В левой части корпуса 1 элеватора укреплен замок 3 с пружиной 5, удерживающей створку в закрытом положении. На створке шарнирно укреплена рукоятка 4 с эксцентриком, при повороте которой одновременно открываются замок и створка элеватора. Шарнирные самозапирающиеся фиксаторы 6 в проушинах элеватора обеспечивают свободный ввод штропов в проушины и предотвращают самопроизвольное выпадение их в процессе работы. Для вывода штропов из проушин фиксаторы открывают вручную крючком.

В верхней части корпус имеет предохранительную расточку, исключающую возможность выхода трубы из элеватора, находящегося под нагрузкой при спуско-подъемных операциях; опорные поверхности элеватора под муфту трубы обрабатьшат токами высокой частоты до твердости 45—50 HRC.

Корпусные элеваторы типа ЭК изготовляют для следующих диаметров труб: 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140 и 168 мм и для предельных нагрузок: 1100, 1400, 1700, 2000, 2500 и 3200 кН, по ГОСТ 25362—82 (СТ СЭВ 3187—81).

П невматические клиновые захваты ПКР-560 поставляют с комплектом клиньев для работы с трубами диаметром: 73, 89, 114, 127, 140, 146 и 168 мм. ПО «Уралмаш» выпускает пневматический клиновый захват ПКР-720 аналогичной конструкции для труб диаметром до 299 мм. Эти клиновые захваты предназначены для роторов с диаметром проходного отверстия 560 и 720 мм.

Бурильные штропы предназначены для подвешивания элеватора на крюке. Они воспринимают всю нагрузку, возникающую при спуске бурильных и обсадных колонн, так как являются соединительным звеном между крюком и элеватором. Штропы представляют собой вытянутую по одной оси стальную петлю овальной конфигурации, один конец которой изогнут для более удобного расположения в рогах подъемного крюка. В нижней части имеются ручки.

Механизм захвата свечи МЗС-4М применяется в системах АСП для захвата и удержания свечи во время ее подъема и переноса от центра скважины на подсвечник и обратно. Этот механизм представляет собой корпус в виде скобы с наклонными по отношению к вертикальной оси внутренними стенками. В корпусе помещены два клина, захватывающие свечу за гладкую поверхность трубы.

Механизм подъема свечи состоит из пневматического цилиндра, вертикально закрепленного на основании вышки. К подвижному штоку цилиндра прикрепляется канат, который проходит через верхний дополнительный шкив кронблока и присоединяется к механизму подъема свечи. При движении поршня пневматического цилиндра механизм захвата вместе со свечой перемещается по вертикали. Если развинченную свечу надо вывести из замковой муфты, то поршню сообщают движение вниз.

Во время завода конусной части замка свечи через талевый блок и элеватор в замковую муфту при спуске труб поршню необходимо также сообщить движение вниз. Когда конус замка станет против внутреннего направляющего конуса блока, следует опустить свечу до соприкосновения с резьбой замковой муфты, для чего поршень пневматического цилиндра должен переместиться в крайнее верхнее положение.

При работе АСП с помощью механизмов захвата и подъема свечи выполняют следующие операции.

1. При подъеме бурильных труб из скважины: захват отвинченной свечи, находящейся над устьем скважины; подъем ее на небольшую высоту, чтобы вывести конусную часть замка из муфты нижней трубы, находящейся в скважине; вывод верхнего конца свечи из центратора, перенос и установка на подсвечник.

2. При спуске бурильных труб операции выполняют в обратной последовательности: захватывают свечу, стоящую на подсвечнике, поднимают ее и перемещают к центру скважины, затем опускают конусную часть замка в муфту трубы, установленную на роторе.

Механизм захвата направляющего устройства шарнирно при соединяется к концу выдвижной стрелы механизма переноса свечи и одновременно при помощи каната, огибающего один из роликов кронблока, присоединяется к пневмоцилиндру механизма подъема свечм. Пневматический цилиндр имеет диаметр 0,4 м и создает на штоке усилие 74 кН при давлении сжатого воздуха 0,8 МПа; длина хода верхнего поршня 0,8, а нижнего 0,5 м.

Механизм переноса свечи состоит из рамы, прикрепленной к вышке, на высоте около 20 м, и тележки, которая может передвигаться в горизонтальном направлении вдоль рамы. Тележка имеет выдвижную стрелу со скобой, охватывающей хвостовую часть механизма захвата свечи, подвешенного к канату, который огибает верхний шкив кронблока и соединен с механизмом подъема свечи.

Привод тележки и выдвижной стрелы осуществляется двумя электродвигателями мощностью по 3,5 кВт, которые питаются, электроэнергией через станцию управления.

Подсвечник представляет собой металлическую раму, для удобства расстановки свечей смонтированную на подставке высотой 1,2 м от пола буровой. В зависимости от глубины скважины подсвечник оборудуется одним или двумя магазинами. Магазины разделены на секции перегородками. Секции закрываются створками. При установке свечи ее нижний конец нажимает на створку, открывает ее и занимает место установки. Створка закрывается автоматически. По заполнении секции свеча направляется в следующую секцию, на которой заблаговременно открывается створка. При ручной расстановке нижние концы свечей заводятся оператором, а при работе с АСП автоматически. При этом убавление осуществляется оператором с пульта.

Техническая характеристика подсвечников приведена ниже

В системах АСП на уровне полатей устанавливают магазины для верхних концов свечей и центратор, предназначенный для поддержания верхнего конца свечи при отвинчивании ее или свинчивании с колонной труб. При внесении свечи в центр скважины или выносе ее центратор автоматически закрывается или открывается. Талевый блок, подходя к центратору, поднимает его.

Центратор движется по направляющим канатам вверх вместе с талевым блоком, удерживая последний от раскачивания. При опускании элеватора центратор также опускается до своего рабочего положения. Центратор состоит из траверсы с механизмами для соединения ее с вертикально натянутыми внутри буровой двумя канатами. По этим канатам траверса, захваченная талевым блоком, может подниматься и опускаться. Внутри траверса имеет круглое отверстие с конусом в верхней части и прорезью сбоку для захода свечи.