RU2525100C1

RU2525100C1 - Well underground repair unit with continuous flexible pipe string

Info

Publication number: RU2525100C1
Application number: RU2013116964/03A
Authority: RU
Original assignee: Черниченко Владимир Викторович
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-08-10

Abstract

FIELD: oil-and-gas industry.

SUBSTANCE: well underground repair unit with application of continuous pipe string comprises carrier. Carrier frame supports control cabin, transmission, drum with central shaft for winding flexible pipe arranged at the supports, ejector to force displacement of flexible pipe, drives to set ejector an control cabin to working position and mouth sealer. Drum shaft supports allow varying the height of drum shaft relative to carrier frame. Drum shaft variation occurs as pipe is wound/unwound discretely after winding/unwinding of immediate pipe layer. Drum is articulated with support height adjuster. Drum supports are telescopic and consist of at least two stationary and fixed parts.

EFFECT: longer life.

4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию, а именно к устройствам для выполнения подземного ремонта скважин с использованием колонны гибких труб, и может быть использовано при разработке оборудования для выполнения внутрискважинных работ - промывка скважин, удаление гидратных и парафиновых пробок и т.п.The invention relates to oilfield equipment, namely, devices for performing underground well repair using a string of flexible pipes, and can be used to develop equipment for performing downhole operations — flushing wells, removing hydrate and paraffin plugs, etc.

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 (а.с. СССР N 1439197, Е21В 19/00, 19/22, 1988).A known construction of an underground repair unit using a column of flexible pipes containing a transport base, on the frame of which a control cabin, a transmission, a drum for winding a flexible pipe, a pipe layer, an ejector, forcing the flexible pipe to be moved, mechanisms for transferring an ejector and a control cabin to a working position are installed, mouth sealant (a.s. USSR N 1439197, ЕВВ 19/00, 19/22, 1988).

Недостатком этой конструкции является низкая долговечность гибкой колонны труб, обусловленная, с одной стороны, двукратным циклом изгиба трубы при ее спуске и извлечении из скважины. Первый цикл изгиба трубы имеет место при ее сматывании с барабана - труба из согнутого положения распрямляется. Второй цикл изгиба - при входе в эжектор, где труба из прямолинейной формы повторно изгибается, перед тем как попасть в эжектор. Помимо этого, взаимное расположение кабины оператора, барабана и устьевого оборудования исключает одновременный контроль за их функционированием.The disadvantage of this design is the low durability of the flexible pipe string, due, on the one hand, to the double bending cycle of the pipe during its descent and removal from the well. The first pipe bending cycle takes place when it is unwound from the drum - the pipe straightens from a bent position. The second bending cycle is at the entrance to the ejector, where the pipe from the rectilinear form is bent again before entering the ejector. In addition, the relative position of the operator’s cab, drum and wellhead equipment eliminates the simultaneous monitoring of their functioning.

Известен агрегат подземного ремонта скважин с использованием непрерывной колонны гибких труб, содержащий транспортную базу, на раме которой установлена кабина управления, трансмиссия, барабан для намотки гибкой трубы, эжектор, обеспечивающий принудительное перемещение гибкой трубы, механизмы перевода эжектора и кабины управления в рабочее положение, герметизатор устья, при этом ось вращения барабана для намотки колонны гибких труб параллельна оси транспортной базы, которая при рабочем положении агрегата проходит через ось скважины (Патент РФ №2154146, МПК Е21В 19/22).A well-known unit for underground well repair using a continuous string of flexible pipes, containing a transport base, on the frame of which a control cabin, transmission, a drum for winding a flexible pipe, an ejector, forcing the flexible pipe to be moved, mechanisms for transferring the ejector and control cabin to working position, a sealant is installed the mouth, while the axis of rotation of the drum for winding a string of flexible pipes is parallel to the axis of the transport base, which, when the unit is in working position, passes through the axis of the well ( atent RF №2154146, IPC E 21 B 19/22).

Указанное устройство работает следующим образом.The specified device operates as follows.

Ось вращения барабана для намотки колонны гибких труб параллельна оси транспортной базы, которая при рабочем положении агрегата проходит через ось скважины. В вертикальной плоскости труба изгибается при выходе/входе в эжектор, а во взаимно перпендикулярной ей вертикальной плоскости - при намотке на барабан. В результате зона максимальных пластических деформаций, а соответственно и напряжений при первом изгибе не совпадает с зоной максимальных пластических деформаций при намотке на барабан.The axis of rotation of the drum for winding a string of flexible pipes is parallel to the axis of the transport base, which, when the unit is in working position, passes through the axis of the well. In the vertical plane, the pipe bends when exiting / entering the ejector, and in the vertical plane mutually perpendicular to it, when winding onto the drum. As a result, the zone of maximum plastic deformations, and, accordingly, the stresses during the first bend, does not coincide with the zone of maximum plastic deformations when wound on a drum.

Недостатком данного технического решения является то, что при разматывании трубы с барабана происходит изменение угла подачи трубы с барабана в эжектор, обусловленное уменьшением диаметра бухты трубы на барабане, что обуславливает дополнительные напряжения изгиба и, в конечном итоге, приводит к снижению долговечности трубы.The disadvantage of this technical solution is that when unwinding the pipe from the drum, the angle of the pipe feed from the drum to the ejector changes due to a decrease in the diameter of the pipe coil on the drum, which causes additional bending stresses and, ultimately, reduces the pipe durability.

Задачей предложенного изобретения является устранение указанных недостатков и создание устройства, применение которого позволит увеличить долговечность гибкой колонны труб, основной причиной выхода из строя которой является малоцикловая усталость, обусловленная многократным деформированием трубы с образованием пластических деформаций.The objective of the proposed invention is to eliminate these drawbacks and to create a device, the use of which will increase the durability of a flexible pipe string, the main cause of failure of which is low-cycle fatigue due to repeated pipe deformation with the formation of plastic deformations.

Указанная задача решается за счет того, что предложенный агрегат подземного ремонта скважин с использованием непрерывной колонны гибких труб, согласно изобретению, содержит как минимум транспортную базу, на раме которой установлена кабина управления, трансмиссия, барабан с центральным валом для намотки гибкой трубы, размещенный на опорах, эжектор, обеспечивающий перемещение гибкой трубы, предпочтительно, механизмы перевода эжектора и кабины управления в рабочее положение, герметизатор устья, при этом опоры для вала барабана для намотки гибкой трубы выполнены с возможностью изменения высоты расположения указанного вала барабана от рамы транспортной базы, причем изменение высоты расположения вала происходит по мере сматывания/наматывания трубы с барабана/на барабан, предпочтительно дискретно, после сматывания/наматывания очередного слоя трубы, при этом барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор преимущественно при помощи его вала.This problem is solved due to the fact that the proposed unit for underground repair of wells using a continuous string of flexible pipes, according to the invention, contains at least a transport base, on the frame of which a control cabin, transmission, a drum with a central shaft for winding a flexible pipe mounted on supports are installed , an ejector providing movement of the flexible pipe, preferably, mechanisms for transferring the ejector and the control cabin to the working position, the mouth seal, while supporting the shaft of the winding drum and the flexible pipe are configured to change the height of the indicated shaft of the drum from the frame of the transport base, and the change in the height of the shaft occurs as the pipe is rewound / wound from the drum / onto the drum, preferably discretely, after the next layer of pipe is wound / wound, while the drum is kinematically connected with a device for changing the height of the supports mainly using its shaft.

В варианте исполнения, опоры барабана выполнены телескопическими, состоящими как минимум из двух частей, подвижной и неподвижной, при этом неподвижные части упомянутых опор жестко закреплены на транспортной раме, а барабан кинематически связан с устройством для изменения высоты опор при помощи конической передачи, ведущие шестерни которой установлены на концах его вала, при этом устройство для изменения высоты опор выполнено в виде редуктора, предпочтительно многоступенчатого, установленного на подвижной части опоры, при этом выходной вал указанного редуктора связан с винтами, взаимодействующими с ответными гайками соответствующей пары «винт-гайка», причем гайка указанной пары жестко установлена в неподвижной части опоры, при этом осевой ход L винта за один его оборот равен диаметру трубы d_тр, а число оборотов каждого винта для сматывания/наматывания одного слоя трубы определено из соотношения:In an embodiment, the drum supports are telescopic, consisting of at least two parts, movable and stationary, while the stationary parts of the said supports are rigidly fixed to the transport frame, and the drum is kinematically connected to a device for changing the height of the supports using a bevel gear, the driving gears of which mounted on the ends of its shaft, while the device for changing the height of the supports is made in the form of a gearbox, preferably a multi-stage, mounted on the movable part of the support, while shaft of said gear unit is connected with screws interacting with mating nuts corresponding pair of "screw-nut", the nut of the pair is fixedly mounted in the fixed part of the support, wherein the axial stroke L of the screw for its one revolution is equal to the pipe diameter d _tr, and the number of each of revolutions screw for winding / winding one layer of pipe is determined from the ratio:

$n_{в} = \frac{n_{б} \cdot d_{т р}}{S_{б}}$

,

n_{at} = \frac{n_{b} \cdot d_{t R}}{S_{b}}

,

где n_в - число оборотов винта;where n _in - the number of revolutions of the screw;

n_б - число оборотов барабана для сматывания/наматывания одного слоя трубы;n _b - the number of revolutions of the drum for winding / winding one layer of the pipe;

d_тр - диаметр трубы;d _Tr - pipe diameter;

S_б - ширина барабана в месте навивки труб.S _b - the width of the drum in the place of winding pipes.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое решение соответствует критерию "новизна".A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the proposed solution meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого 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".Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step".

Схема агрегата подземного ремонта приведена на чертежах, где на фиг.1 приведен общий вид агрегата в рабочем положении, вид сбоку; на фиг.2 - общий вид агрегата в транспортном положении, вид сверху; на фиг.3 - вид А, барабан в увеличенном масштабе, вид сбоку, на фиг.4 - барабан в увеличенном масштабе, вид сбоку.The scheme of the underground repair unit is shown in the drawings, where Fig. 1 shows a general view of the unit in the operating position, side view; figure 2 - General view of the unit in the transport position, top view; figure 3 is a view A, the drum on an enlarged scale, side view, figure 4 is a drum on an enlarged scale, side view.

Агрегат подземного ремонта скважин с использованием непрерывной колонны гибких труб (агрегат) содержит транспортную базу 1, на раме 2 которой установлена кабина управления 3, кабина оператора 4, барабан 5 с центральным валом 6 для намотки гибкой трубы 7, размещенный на опорах 8. На раме 2 располагается эжектор 9, обеспечивающий перемещение гибкой трубы 7, и герметизатор устья 10.An underground well repair unit using a continuous string of flexible pipes (unit) contains a transport base 1, on the frame 2 of which a control cabin 3, an operator cabin 4, a drum 5 with a central shaft 6 for winding the flexible pipe 7, mounted on the supports 8. are mounted on the frame 8. 2 there is an ejector 9, providing movement of the flexible pipe 7, and a sealant of the mouth 10.

Опоры 8 для вала 6 барабана 5 для намотки гибкой трубы 7 выполнены с возможностью изменения высоты расположения указанного вала барабана от рамы 2 транспортной базы 1, причем изменение высоты расположения вала 6 происходит по мере сматывания/наматывания трубы 7 с барабана 5/на барабан 5, предпочтительно дискретно, после сматывания/наматывания очередного слоя трубы. Барабан 5 кинематически связан с устройством 11 для изменения высоты опор 8 преимущественно при помощи его вала.The bearings 8 for the shaft 6 of the drum 5 for winding the flexible pipe 7 are configured to change the height of the indicated shaft of the drum from the frame 2 of the transport base 1, and the change in the height of the shaft 6 occurs as the pipe 7 is rewound / reeled from the drum 5 / onto the drum 5, preferably discretely, after winding / winding the next layer of pipe. The drum 5 is kinematically connected with the device 11 for changing the height of the supports 8 mainly using its shaft.

Опоры 8 барабана 5 выполнены телескопическими, состоящими как минимум из двух частей, подвижной 12 и неподвижной 13, при этом неподвижные части упомянутых опор жестко закреплены на транспортной раме. Барабан 5 кинематически связан с устройством 11 для изменения высоты опор 8 при помощи конической передачи 14, ведущие шестерни которой установлены на концах его вала 6. Устройство для изменения высоты опор 8 выполнено в виде редуктора 11, предпочтительно многоступенчатого, установленного на подвижной части 12 опоры 8. Выходной вал указанного редуктора 11 при помощи конической передачи 15 связан с винтами 16, взаимодействующими с ответными гайками 17 соответствующей пары «винт-гайка». Осевой ход L винта 16 за один его оборот равен диаметру трубы d_тр, а число оборотов каждого винта для сматывания/наматывания одного слоя трубы определено из соотношения:The supports 8 of the drum 5 are made telescopic, consisting of at least two parts, a movable 12 and a fixed 13, while the fixed parts of the said supports are rigidly fixed to the transport frame. The drum 5 is kinematically connected with the device 11 for changing the height of the bearings 8 by means of a bevel gear 14, the driving gears of which are mounted on the ends of its shaft 6. The device for changing the height of the bearings 8 is made in the form of a reducer 11, preferably a multi-stage mounted on the movable part 12 of the support 8 The output shaft of the specified gearbox 11 by means of a bevel gear 15 is connected with screws 16 interacting with mating nuts 17 of the corresponding screw-nut pair. The axial stroke L of the screw 16 for one revolution is equal to the pipe diameter d _tr , and the number of revolutions of each screw for winding / winding one layer of the pipe is determined from the ratio:

$n_{в} = \frac{n_{б} \cdot d_{т р}}{S_{б}}$

,

n_{at} = \frac{n_{b} \cdot d_{t R}}{S_{b}}

,

d_тр - диаметр трубы;d _Tr - pipe diameter;

Гайка 17 указанной пары жестко установлена в неподвижной 13 части опоры 8. На раме 2 установлены аутригеры 18. Устьевое оборудование обозначено поз.19. Для установки эжектора 9 в рабочее положение используются аутригеры 20.The nut 17 of the indicated pair is rigidly mounted in the fixed 13 part of the support 8. Outriggers 18 are installed on the frame 2. Wellhead equipment is indicated by pos.19. Outriggers 20 are used to install the ejector 9 in the working position.

Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Агрегат размещается в непосредственной близости от устьевого оборудования 19. Оператор управляет работой агрегата из кабины оператора 4. Затем включается механизм подъема эжектора 9, который обеспечивает его подъем на высоту, определяемую высотой устья скважины и устьевого оборудования 19, смонтированного на нем.The unit is located in close proximity to the wellhead equipment 19. The operator controls the operation of the unit from the operator’s cabin 4. Then, the mechanism for lifting the ejector 9 is turned on, which ensures its rise to a height determined by the height of the wellhead and wellhead equipment 19 mounted on it.

После подъема эжектора 9 окончательно корректируется положение агрегата относительно устья скважины и выдвигаются аутригеры 18 агрегата и аутригеры 20 эжектора 9.After raising the ejector 9, the position of the unit relative to the wellhead is finally corrected and the outriggers 18 of the unit and the outriggers 20 of the ejector 9 are advanced.

В процессе работы агрегата гибкая труба 7 с барабана 5 через укладчик направляется на направляющую эжектора 9 и подается последним через герметизатор устья 10 в полость скважины через устьевое оборудование 19 для дальнейшего применения.In the process of operation of the unit, the flexible pipe 7 from the drum 5 through the stacker is sent to the guide of the ejector 9 and is fed last through the sealant of the mouth 10 into the well cavity through the wellhead equipment 19 for further use.

При вращении барабана 5 при помощи конической передачи 14, шестерни которой установлены на выходном валу 6 барабана и входном валу редуктора 11, вращение передается на выходной вал редуктора 11, на котором установлена ведущая шестерня конической передачи 15. С ведущей шестерни 15 вращение передается на ведомую шестерню конической передачи, установленную на каждом винте 16. Винт 16 начинает вращаться в ответной гайке 17, и за счет того, что гайка неподвижно установлена в неподвижной части 13 опоры 8, винт получает осевое перемещение и поднимается вверх или вниз вместе с барабаном 5, сохраняя при этом постоянным угол схода трубы 7 с барабана 5 и угол входа трубы 5 в герметизатор устья 10.When the drum 5 is rotated using a bevel gear 14, the gears of which are mounted on the output shaft 6 of the drum and the input shaft of the gearbox 11, the rotation is transmitted to the output shaft of the gearbox 11, on which the bevel gear of the bevel gear 15 is mounted. From the gear gear 15, the rotation is transmitted to the driven gear bevel gear mounted on each screw 16. The screw 16 begins to rotate in the counter nut 17, and due to the fact that the nut is stationary in the fixed part 13 of the support 8, the screw receives axial movement and rises in x and down together with the drum 5, while maintaining a constant angle of descent pipes 7 of the drum 5 and the pipe entry angle is 5 to 10 encapsulation mouth.

За счет сохранения постоянным угла схода/подачи трубы 7 с/на барабана 5 и угла входа/выхода трубы 5 в/из герметизатор/а устья 10 значительно снижаются напряжения, возникающие при неоднократных изгибаниях трубы 7, что способствует увеличению срока службы трубы.By keeping the angle of descent / feed of the pipe 7 from / to the drum 5 and the angle of entry / exit of the pipe 5 to / from the sealant / a of the mouth 10 constant, the stresses arising from repeated bending of the pipe 7 are significantly reduced, which contributes to an increase in the life of the pipe.

Использование предложенного технического решения позволит увеличить долговечность гибкой колонны труб, основной причиной выхода из строя которой является малоцикловая усталость, обусловленная многократным деформированием трубы с образованием пластических деформаций.Using the proposed technical solution will increase the durability of a flexible pipe string, the main cause of failure of which is low-cycle fatigue due to repeated pipe deformation with the formation of plastic deformations.

Claims

Underground well repair unit using a continuous string of flexible pipes, characterized in that it contains at least a transport base, on the frame of which a control cabin, a transmission, a drum with a central shaft for winding a flexible pipe, mounted on supports, an ejector providing movement of the flexible pipe are installed , preferably, the mechanisms for transferring the ejector and the control cabin to the working position, the mouth seal, while the supports for the drum shaft for winding the flexible pipe are made with the possibility of changing the height of the specified shaft of the drum from the frame of the transport base, and the change in the height of the shaft occurs as the pipe is rewound / reeled from the drum / onto the drum, preferably discretely, after the next layer of pipe has been rewound / reeled, the drum being kinematically connected to a device for changing the height of the supports mainly with its shaft, while the drum supports are made telescopic, consisting of at least two parts, movable and stationary, while the stationary parts of the said supports rigidly mounted on the transport frame, and the drum is kinematically connected with a device for changing the height of the supports using a bevel gear, the driving gears of which are mounted on the ends of its shaft, while the device for changing the height of the supports is made in the form of a reducer, preferably a multi-stage, mounted on the movable part of the support wherein the output shaft of said gearbox is connected with screws interacting with mating nuts of the corresponding screw-nut pair, and the nut of said pair is rigidly installed in IG Petritskaya of the support, wherein the axial stroke L of the screw per revolution is equal to its tube diameter d _tr, and the number of turns of each screw for reeling / winding a single layer tube is determined from the relationship:

n_{at} = \frac{n_{b} \cdot d_{t R}}{S_{b}}

,
where n _in - the number of revolutions of the screw;
n _b - the number of revolutions of the drum for winding / winding one layer of the pipe;
d _Tr - pipe diameter;
S _b - the width of the drum in the place of winding pipes.