RU2444608C2

RU2444608C2 - Mechanisation system for lifting and lowering operations during overhaul and routine maintenance of wells

Info

Publication number: RU2444608C2
Application number: RU2010123180/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Коннов (RU); Юрий Дмитриевич Коннов; Юрий Геннадиевич Матвеев (RU); Юрий Геннадиевич Матвеев; Ильгиз Кадырович Шарипов (RU); Ильгиз Кадырович Шарипов; Сергей Васильевич Яневич (RU); Сергей Васильевич Яневич; Петр Клавдиевич Васильев (RU); Петр Клавдиевич Васильев; Аркадий Иванович Ильиных (RU); Аркадий Иванович Ильиных; Дамир Юнирович Фахретдинов (RU); Дамир Юнирович Фахретдинов; Евгений Гаврилович Спивак (RU); Евгений Гаврилович Спивак
Original assignee: Юрий Дмитриевич Коннов; Юрий Геннадиевич Матвеев
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2012-03-10
Also published as: RU2010123180A

Abstract

FIELD: oil and gas industry. ^ SUBSTANCE: invention refers to oil and gas well servicing equipment, and namely to the system of devices for mechanisation of lifting and lowering operations (LLO) with tubing strings during development or maintenance of well and can be used during exploration and development of oil-gas deposits. System for mechanisation of LLO during overhaul and routine maintenance of wells includes hydraulic manipulator on the trailer, automatic elevator on hook block, centraliser, hydro wrench, spider, control panel, hydro station and catwalks. Hydraulic manipulator is equipped with retractable mechanical grip with possibility of gripping the pipe from any point within the pipe size and its supply to the elevator. Hydro wrench retracted towards the pipe by means of hydraulic cylinder is mounted in the frame together with middle centraliser, hydraulic retaining device, centraliser rigidly connected to it with possibility of being moved by means of the second hydraulic cylinder towards the well centre. The frame has the possibility of being turned in horizontal plane relative to the trailer. Catwalks can be made in the form of parallel supports with lodgments mounted on them and made in the form of a channel with rubber inserts with hemi-spherical cutouts, which are arranged on them and installed in turn in several numbers. ^ EFFECT: increasing the mechanisation degree, reducing LLO with tubing string, enlarging tubing string service life, increasing the safety of operations and production standards. ^ 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для обслуживания нефтяных и газовых скважин, в частности к комплексу устройств для механизации спуско-подъемных операций (СПО) с насосно-компрессорными трубами во время освоения или ремонта скважин, и может быть использовано при разведке и разработке нефтегазовых месторождений.The invention relates to equipment for servicing oil and gas wells, in particular to a set of devices for mechanizing tripping operations with open tubing during well development or repair, and can be used in exploration and development of oil and gas fields.

В настоящее время известны буровые установки, оснащенные устройствами для механизации спуско-подъемных операций. Наиболее близкой является установка для ремонта скважин (US 2007/0017704 А1, 2007 г.), принятая за прототип, которая включает себя манипулятор, центратор, верхний привод с выдвижным элеватором, устройство вертикальной поддержки трубы, центратор, систему свинчивания-развинчивания, приемные мостки. При спуске бурильной колонны труба с приемных мостков подается на манипулятор, который находится в горизонтальном положении, захваты манипулятора фиксируют трубу и манипулятор вместе с трубой поворачивается с помощью гидроцилиндра в вертикальное положение так, чтобы верхняя часть трубы находилась над полом буровой. Труба смещена от центра скважины и удерживается системой вертикальной поддержки. В то время как верхний привод опускает колонну, элеватор смещается в сторону трубы и захватывает ее. Затем колонна опускается на клинья спайдера, верхний привод освобождается и начинает движение вверх вместе с элеватором и трубой. Когда система достигает верхней точки, элеватор подает трубу к центру скважины, и верхний привод фиксирует трубу.Currently known drilling rigs equipped with devices for mechanization of hoisting operations. The closest is the installation for repairing wells (US 2007/0017704 A1, 2007), adopted as a prototype, which includes a manipulator, a centralizer, a top drive with a retractable elevator, a device for vertical pipe support, a centralizer, a screwing-unscrewing system, receiving bridges . When the drill string is lowered, the pipe from the receiving bridges is fed to the manipulator, which is in a horizontal position, the grippers of the manipulator fix the pipe and the manipulator together with the pipe is rotated with the hydraulic cylinder in a vertical position so that the upper part of the pipe is above the drill floor. The pipe is offset from the center of the well and held by a vertical support system. While the top drive lowers the column, the elevator slides toward the pipe and grabs it. Then the column is lowered onto the spider wedges, the top drive is released and begins to move upward along with the elevator and the pipe. When the system reaches the top point, the elevator feeds the pipe to the center of the well, and the top drive fixes the pipe.

Затем верхний привод опускает трубу до контакта с колонной, соосность которой обеспечивается с помощью центратора, установленного в нижней части мачты, и система свинчивания-развинчивания осуществляет свинчивание трубы с колонной. Управление установкой производится с пульта бурильщика, установленного на буровой площадке.Then the upper drive lowers the pipe to contact with the column, the coaxiality of which is ensured by a centralizer installed in the lower part of the mast, and the screw-unscrew system makes the pipe with the column. The installation is controlled from the driller’s remote control installed on the drilling site.

В данной буровой установке применяемый гидроманипулятор способен перемещать трубу только из горизонтальной плоскости в вертикальную или наоборот, что не позволяет использовать манипулятор для других целей. Так как гидроманипулятор может захватывать трубы в горизонтальном положении только в одной точке, то необходимо обеспечивать подачу труб с помощью специальных механизмов. Данное обстоятельство значительно усложняет систему и требует наличия дополнительных устройств механизации, что усложняет комплекс и снижает надежность всего комплекса оборудования для проведения спуско-подъемных операций.In this drilling rig, the hydraulic manipulator used is capable of moving the pipe only from a horizontal plane to a vertical one or vice versa, which does not allow using the manipulator for other purposes. Since the hydraulic manipulator can capture pipes in horizontal position only at one point, it is necessary to ensure the supply of pipes using special mechanisms. This circumstance significantly complicates the system and requires the availability of additional mechanization devices, which complicates the complex and reduces the reliability of the entire complex of equipment for hoisting operations.

Известные установки для механизации спуско-подъемных операций применяются, в основном, в бурении скважин, в то время как при ремонте скважин доля затрат времени на спуско-подъемные операции не менее значительна и часть технологических операций, в настоящее время, выполняется рабочим вручную, что требует значительных физических усилий и создает угрозу для безопасности рабочего.Known installations for mechanizing tripping operations are mainly used in well drilling, while in well repair, the proportion of time spent on tripping operations is no less significant and part of the technological operations are currently performed manually, which requires considerable physical effort and poses a threat to worker safety.

Задачей изобретения является повышение степени механизации и сокращение продолжительности спуско-подъемных операций с насосно-компрессорными трубами, увеличение срока службы насосно-компрессорных труб, повышение безопасности работ и культуры производства.The objective of the invention is to increase the degree of mechanization and reduce the duration of tripping operations with tubing, increase the service life of tubing, increase the safety of work and production culture.

Поставленная задача достигается тем, что в известном комплексе для механизации спуско-подъемных операций при капитальном и текущем ремонте скважин, включающем гидроманипулятор, установленный на прицепе, подвешенный на крюкоблоке автоматический элеватор для захвата и освобождения труб, центратор, гидроключ для свинчивания-развинчивания труб, спайдер, пульт управления, гидростанцию, приемные мостки, согласно изобретению гидроманипулятор снабжен выдвижным механическим захватом с возможностью захвата трубы из любой точки в пределах вылета трубы и подаче ее к элеватору; гидроключ, выдвигаемый к трубе с помощью гидроцилиндра, смонтирован в каркасе вместе со средним центратором, гидравлическим стопорным устройством, жестко связанным с нижним центратором, перемещаемым при помощи второго гидроцилиндра к центру скважины, причем каркас имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости относительно прицепа. Кроме того, приемные мостки выполнены в виде параллельных опорных стоек со смонтированными на них ложементами, выполненными в виде швеллера с размещенными на них вкладышами из резины с полусферическими вырезами и устанавливаемыми поочередно в несколько рядов.The task is achieved by the fact that in the well-known complex for mechanization of tripping during well completion and maintenance, including a hydraulic manipulator mounted on a trailer, an automatic elevator suspended on a hook block for gripping and releasing pipes, a centralizer, a hydraulic key for screwing and unscrewing pipes, a spider , control panel, hydraulic station, receiving bridges, according to the invention, the hydraulic manipulator is equipped with a retractable mechanical gripper with the possibility of gripping the pipe from anywhere in the range of eta pipe and feeding it to the elevator; the hydraulic key extended to the pipe by means of a hydraulic cylinder is mounted in the frame together with the middle centralizer, a hydraulic locking device rigidly connected to the lower centralizer, which is moved by the second hydraulic cylinder to the center of the well, and the frame can be rotated in a horizontal plane relative to the trailer. In addition, the receiving bridges are made in the form of parallel support posts with mounted lodges, made in the form of a channel with rubber inserts placed on them with hemispherical cutouts and installed alternately in several rows.

Применение данного комплекса позволит значительно уменьшить время СПО, сократить численность рабочей бригады, повысить эффективность и безопасность работ, заменить тяжелую физическую работу механизированной с управлением с пульта управления, повысить культуру производства.The use of this complex will significantly reduce the time of STR, reduce the number of work teams, increase the efficiency and safety of work, replace heavy physical work with mechanized control from the control panel, and improve the culture of production.

Представленные фигуры поясняют суть изобретения, где на фиг.1 изображен общий вид установки в положении захвата трубы с мостков, фиг.2 - общий вид установки в положении подачи трубы в элеватор и захвата трубы средним центратором, фиг.3 - схема размещения труб на приемных мосткахThe presented figures explain the essence of the invention, in which Fig. 1 shows a general view of the installation in the position of capturing the pipe from the bridges, Fig. 2 is a general view of the installation in the position of supplying the pipe to the elevator and capturing the pipe with the middle centralizer, Fig. 3 is a diagram of the placement of pipes walkways

В состав комплекса механизации спуско-подъемных операций включается гидроманипулятор 1, установленный на седельном прицепе 2, автоматический элеватор 3, верхний центратор 4, каркас 5, на котором размещены гидроключ 6 с гидравлическим стопорным устройством 7, средний 8 и нижний центратор 9. Также в состав комплекса входит гидростанция 10, пульт управления 11 и приемные мостки 12. Приемные мостки состоят из опорных стоек 13 и ложементов 14, устанавливаемых на опорных стойках. Ложементы предназначены для размещения насосно-компрессорных труб 15 в процессе спуско-подъемных операций и выполнены в виде швеллера, с размещенным в нем вкладышем из резины с полусферическими вырезами. В транспортном положении пульт управления, приемные мостки, гидроманипулятор, гидростанция, гидроключ и стопорное устройство расположены на седельном прицепе. В рабочем положении пульт управления и приемные мостки устанавливаются на площадку возле устья скважины 16. Гидроманипулятор снабжен механическим захватом 17, который предназначен для захвата трубы в двух точках. Автоматический элеватор 3 подвешивается на крюкоблоке 18 и перемещается в вертикальной плоскости вдоль мачты 19 посредством талевой системы. Колонна 20 насосно-компрессорных труб (НКТ) удерживается спайдером 21. На устье скважины 16 может монтироваться превентор 22. Каркас 5 перемещается к устью скважины 16 с помощью гидроцилиндра 23. Гидроключ 6 подается к устью скважины 16 с помощью гидроцилиндра 24. Приемные мостки 12 состоят из опорных стоек 13, которые по два расположены параллельно в три ряда (фиг.1), и ложементов 14, устанавливаемых поочередно на опорные стойки 13 в несколько рядов (фиг.3).The structure of the mechanization of hoisting operations includes a hydraulic manipulator 1 mounted on a saddle trailer 2, an automatic elevator 3, an upper centralizer 4, a frame 5, on which a hydraulic key 6 with a hydraulic locking device 7, an average 8 and a lower centralizer 9 are placed. Also included The complex includes a hydroelectric station 10, a control panel 11, and receiving bridges 12. The receiving bridges consist of support posts 13 and lodgements 14 mounted on support posts. The lodgements are designed to accommodate tubing 15 during tripping operations and are made in the form of a channel with a rubber insert with hemispherical cutouts placed in it. In the transport position, the control panel, receiving bridges, hydraulic manipulator, hydraulic station, hydraulic key and locking device are located on the saddle trailer. In the operating position, the control panel and receiving bridges are installed on the platform near the wellhead 16. The hydraulic manipulator is equipped with a mechanical gripper 17, which is designed to capture the pipe at two points. Automatic elevator 3 is suspended on the hook block 18 and moves in a vertical plane along the mast 19 through the hoist system. The string 20 of tubing is held by a spider 21. A preventer 22 can be mounted at the wellhead 16. The carcass 5 is moved to the wellhead 16 using the hydraulic cylinder 23. The hydraulic key 6 is fed to the wellhead 16 using the hydraulic cylinder 24. The receiving bridges 12 are from the support posts 13, which are two in parallel arranged in three rows (FIG. 1), and lodgements 14, mounted alternately on the support posts 13 in several rows (FIG. 3).

При проведении СПО невозможно обеспечить точность установки прицепа 2 относительно колонны НКТ 20, поэтому каркас 5 вместе со смонтированным в нем оборудованием имеет возможность поворачиваться относительно прицепа 2 таким образом, чтобы при выдвижении оси среднего центратора 8, гидроключа 6 и стопорного устройства 7 совпадали с осью колонны НКТ 20.When carrying out the STR, it is impossible to ensure the accuracy of the installation of the trailer 2 relative to the tubing string 20, therefore, the frame 5 together with the equipment mounted in it has the ability to rotate relative to the trailer 2 so that when the axis of the middle centralizer 8, the hydraulic key 6 and the locking device 7 extend, coincide with the axis of the column Tubing 20.

Автоматизированный комплекс работает следующим образом.Automated complex works as follows.

В процессе спуска колонны НКТ, манипулятор 1 занимает положение, как показано на фиг.1. Механический захват 17 находится перед трубой 15, затем выдвигается и фиксирует трубу 15, гидроманипулятор 1 поднимает трубу 15 на безопасную высоту и переводит ее из горизонтального в вертикальное положение. После этого он начинает перемещать трубу к устью скважины 16. Когда труба находится на одной оси с колонной 20 НКТ, как показано на фиг.2, гидроманипулятор 1 подает трубу в автоматический элеватор 3. После того как труба начинает удерживаться автоматическим элеватором 3, ее захватывает средний центратор 8 таким образом, чтобы труба могла перемещаться в осевом направлении. После этого гидроманипулятор 1 освобождает трубу 15 и отправляется к приемным мосткам 12 за следующей трубой.During the descent of the tubing string, the manipulator 1 takes a position, as shown in figure 1. The mechanical gripper 17 is located in front of the pipe 15, then extends and fixes the pipe 15, the hydraulic manipulator 1 raises the pipe 15 to a safe height and translates it from horizontal to vertical. After that, he begins to move the pipe to the wellhead 16. When the pipe is on the same axis as the tubing string 20, as shown in FIG. 2, the hydraulic manipulator 1 feeds the pipe into the automatic elevator 3. After the pipe begins to be held by the automatic elevator 3, it captures the middle centralizer 8 so that the pipe can move in the axial direction. After that, the hydraulic manipulator 1 releases the pipe 15 and goes to the receiving bridges 12 for the next pipe.

Автоматический элеватор 3 начинает опускать трубу 15, она центрируется средним центратором 8, затем нижним концом попадает в нижний центратор 9, который обеспечивает точное попадание ниппеля трубы 15 в муфту колонны 20. Нижний центратор 9 смонтирован на стопорном устройстве 7, которое подается к колонне вместе с каркасом 5 с помощью гидроцилиндра 23.The automatic elevator 3 begins to lower the pipe 15, it is centered by the middle centralizer 8, then the lower end falls into the lower centralizer 9, which ensures that the pipe nipple 15 accurately contacts the coupling of the column 20. The lower centralizer 9 is mounted on the locking device 7, which is supplied to the column together with frame 5 using the hydraulic cylinder 23.

Центрирование трубы необходимо для обеспечения свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных труб, так как в случае нестыковки ниппеля трубы 15 и муфты трубы колонны 20 возможны повреждения резьбы и, как следствие, потеря герметичности в колонне.The centering of the pipe is necessary to ensure the make-up and unscrewing of the tubing, since if the nipple of the pipe 15 and the pipe coupling of the column 20 are not connected, damage to the thread and, as a result, loss of tightness in the column are possible.

После стыковки трубы 15 с колонной 20 происходит свинчивание труб. Гидроключ 6, подвешенный на каркасе 5, выдвигается к центру скважины при помощи гидроцилиндра 24. Гидроключ свинчивает трубу 15 с колонной 20, стопорное устройство 7 фиксирует колонну 20 насосно-компрессорных труб от проворачивания в спайдере 21.After the pipe 15 is joined to the column 20, the pipes are screwed up. The hydraulic key 6, suspended on the frame 5, extends to the center of the well with the help of a hydraulic cylinder 24. The hydraulic key screws up the pipe 15 with the string 20, the locking device 7 fixes the tubing string 20 from turning in the spider 21.

После завершения свинчивания автоматический элеватор 3, подвешенный на крюкоблоке 18, начинает опускаться до тех пор, пока муфта трубы не займет положение между гидроключом 6 и стопорным устройством 7. В этот момент колонна опускается на клинья спайдера 21, а свободный автоматический элеватор 3 начинает движение в первоначальное положение, когда он находится внутри верхнего центратора 4.After the make-up is completed, the automatic elevator 3 suspended on the hook block 18 begins to lower until the pipe coupling occupies a position between the hydraulic key 6 and the locking device 7. At this moment, the column lowers onto the wedges of the spider 21, and the free automatic elevator 3 starts moving in initial position when it is inside the upper centralizer 4.

Так как талевая система с автоматическим элеватором 3 под действием ветровой нагрузки начинает раскачиваться, а для захвата трубы необходимо, чтобы торец муфты трубы 13 мог точно войти в отверстие траверсы элеватора, то необходимо предотвратить колебания элеватора 3. Для этого используют верхний центратор 4, который монтируется на мачте 17.Since the tackle system with the automatic elevator 3 begins to swing under the influence of wind load, and to grab the pipe, it is necessary that the end of the pipe coupling 13 can accurately enter the hole of the elevator traverse, it is necessary to prevent the elevator from vibrating 3. To do this, use the upper centralizer 4, which is mounted on mast 17.

Процесс спуска колонны производится в обратном порядке.The process of lowering the column is in the reverse order.

Claims

1. A complex for mechanization of hoisting operations during the overhaul and current repair of wells, including a hydraulic manipulator mounted on a trailer, an automatic elevator suspended on a hook block for gripping and releasing pipes, a centralizer, a hydraulic key for screwing and unscrewing pipes, a control panel, a hydraulic station, a spider, receiving bridges, characterized in that the hydraulic manipulator is equipped with a retractable mechanical gripper with the ability to capture the pipe from anywhere within the reach of the boom and feed it to the elevator, hydraulic key, extension being connected to the pipe by means of a hydraulic cylinder, it is mounted in the frame together with the middle centralizer, a locking device rigidly connected to the lower centralizer, which are moved to the center of the well with the help of the second hydraulic cylinder, the frame being able to rotate in a horizontal plane relative to the trailer.

2. The complex for mechanization of hoisting operations during the overhaul and current repair of wells according to claim 1, characterized in that the receiving bridges are made in the form of parallel support posts with mounted lodges made in the form of a channel with rubber inserts placed on them with hemispherical cutouts and installed alternately in several rows.