Мобильные установки для ремонта скважин большой глубины

Валерий Козишкурт, Александр Ефремов, к.т.н., ОАО «Спецмаш», г. Санкт-Петербург

До недавнего времени плановый и капитальный ремонт скважин большой глубины (3500…5500 метров) производился с помощью исключительно импортных самоходных установок. Однако в последние годы положение кардинально изменилось. Освоенное петербургскими машиностроителями производство мобильных установок для ПРС и КРС позволит сервисным компаниям не только сэкономить значительные финансовые средства на закупку установок и проведение ремонтных работ, но и за счет оригинальных технических решений, реализованных в отдельных системах и агрегатах, значительно сократить время ремонта скважин.

В экономике нефтегазовой отрасли наряду с возрастанием добычи нефти и газа, важное значение приобретает снижение ее себестоимости. Один из путей на сегодняшний день - ввод в строй скважин посредством капитального ремонта, так как это существенно более оперативно и менее затратно, чем строительство новых. Важным фактором интенсификации добычи нефти и газа является снижение времени капитального, планового ремонтов и обслуживания скважин. Поэтому успешное решение проблем ремонта и обслуживания скважин средней и большой глубины – важнейшее направление развития нефтегазовой отрасли.

Фонд нефтяных и газовых скважин в Российской Федерации составляет более 400 тысяч единиц, из которых не менее 20-25% должны ежегодно ремонтироваться. Среди них преобладают скважины глубиной от 3500 до 5500 метров, что вызывает необходимость использования при ремонтных операциях самоходных установок с тяговым усилием на крюке (грузоподъёмностью) в диапазоне 80…130 тонн.

Актуальность темы

Основу российского парка подъёмных установок составляют сегодня отечественные самоходные установки типа А-50, А-50М и их модификации УПА-60. Они имеют недостаточную грузоподъёмность (до 50...60 тонн), морально устаревшую конструкцию и могут использоваться при ремонте скважин глубиной не более 2000...2200 метров.

С целью ремонта и обслуживания скважин большей глубины отечественные сервисные компании вынуждены приобретать зарубежные самоходные установки грузоподъёмностью от 80 до ~130 тонн.

Существенным недостатком импортных самоходных установок такой грузоподъёмности являются ограниченная проходимость, требующая применения дополнительного тягача, а также высокие цены. При эксплуатации подобных машин в России требуются довольно значительные затраты на импортные запасные части, масла, а также время на их доставку и обслуживание, что, в конечном счёте, приводит к простоям ремонтных установок.

Отсюда очевидна необходимость создания и оснащения нефтегазодобывающих предприятий отечественными самоходными установками для ремонта и освоения скважин большой глубины.

Исходя из возникших потребностей ряд отечественных машиностроительных предприятий в 90-х годах начал работы по созданию различных типов самоходных установок грузоподъёмностью до 80-125 тонн. К настоящему времени ОАО «Спецмаш» удалось справиться с поставленной задачей. В результате выполненных работ создан, поставлен на производство и внедрен в эксплуатацию типоразмерный ряд, не имеющих отечественных аналогов, мобильных установок грузоподъёмностью 80, 100 и 127 тонн, дифференцированных по максимальной глубине обслуживаемых ими скважин – от 3500 до 5500 метров.

Важно отметить, что эти серийно выпускаемые отечественные установки по своим техническим возможностям не уступают ведущим зарубежным аналогам (см. табл.1). При этом все установки выполнены на базе шасси серийно выпускаемого промышленного энергонасыщенного колёсного трактора К-703М, хорошо освоенного в производстве и эксплуатации.

Таблица 1. Характеристики мобильных установок одинаковой (≈ 80 тонн) грузоподъемности
Параметр	«Спецмаш» К-703МТУ-80ВГР	«Купер» LTО250	«Вильсон» «Могул» 42В-300	FRANKS 300	IDECO BIR 3000
Страна - производитель	Россия	США			США (Канада)
Номинальная грузоподъемность на крюке, тс	80	80	81,9	86	82
Глубина работы, м БТ, d=114мм НКТ, d=87мм
	1950 2800	1950 2800	2000 2900	2100 3100	2000 2450
Мощность привода, л.с.	350	270	450	360	304
	(двигатель шасси К-703М)	(один двигатель-палубный)	(один двигатель-палубный)	(один двигатель-палубный)	(один двигатель-палубный)
Высота от земли до оси кронблока, м	29,5	29,3	29,2	29,2	29
Система раздвижения мачты	Гидравлическая	Гидравлическая	-	Гидравлическая	Гидравлическая
Число струн оснастки талевой системы, шт	8	6	6	4	4
Тип оттяжек	Внутренний + внешний	–	–	Внутренний	Внешний
Натяжение каната при номинальной нагрузке, тс	14,5	17	–	–	15,4
Тип лебедки	Гидравлическая	Механическая	Механическая	Механическая	Механическая
Число скоростей подъема крюка	Бесступенчатое	5 вперед, 1назад	5 вперед,1 назад	5 вперед,1 назад	5 вперед,1 назад
Скорость подъема крюка, м/с - при ном. нагрузке - без нагрузки
	0,0-0,18 0,0-1,2	– –	– –	0,3 1,64	0,17 1,67
Высота пола СРП, м	4,5	–	–	–	–
Высота балкона, м	19,4; 21,7	–	16,76	16,7	17,3
Тормозная система	4 секции дисковых тормозов	2 тормозные шайбы	1 тормозная шайба + всп. тормоз	Тормоз + вспом. тормоз	Тормоз + вспом. тормоз
Масса установки, т	53	56	-	-	42
Пост управления	Обогреваемая кабина	открытый	открытый	открытый	открытый
Колесная формула	6х6	8х8	12х4	8х4	8х4
Длина в трансп. положении, м	18,4	17,88	18,79	17,4	16,8
Привод ротора	Гидравлический	Механический	Механический	Механический	Механический

Состав типоразмерного ряда

В состав типоразмерного ряда самоходных установок входят четыре установки: две установки с гидравлическим приводом основной лебедки грузоподъемностью 80 и 127 тонн (соответственно К-703МТУ-80ВГ и К-703МТП-127Г) и две установки с механическим приводом основной лебедки грузоподъемностью 80 и 100 тонн (соответственно К-703МТУ-80ВМ и К-703МТУ-100).

Установки К-703МТУ-80ВМ и К-703МТУ-80ВГ имеют высоту вышки 29,5 метров и обеспечивают ремонт скважин глубиной до 3500 метров. Установки состоят из транспортно-технологического шасси К-703МТУ, платформы и смонтированного на ней нефтепромыслового оборудования. Они комплектуются возимой рабочей площадкой и опорными фундаментами, позволяющими выставить установку на скважине с минимальным объемом подготовительных работ и без сооружения дорогостоящего основания. При перевозке железнодорожным транспортом платформа с оборудованием легко демонтируется и транспортируется отдельно от шасси. Сборка шасси с платформой после транспортировки занимает около 2-х часов.

Фундаменты фиксируются на гидродомкратах и перевозятся в составе установки. Для облегчения монтажа вышки в комплект поставки всех установок включена ручная лебедка, с помощью которой ветровые оттяжки могут быть установлены одним человеком. Все это позволяет при проведении несложных ремонтов произвести монтаж установки на скважине в течение 4-5 часов без привлечения грузоподъемных средств.

На установке К-703МТУ-80ВМ применена механическая лебедка оригинальной конструкции. Установка К-703МТУ-80ВГ комплектуется лебедкой с гидравлическим приводом, изготавливаемой совместно ОАО «Спецмаш» и фирмой «Лидан Ойл Энд Газ АБ» (Швеция).

В связи с применением лебедок разного типа установки имеют разные системы гидро- и электрооборудования.

Установка К-703МТУ-100 (фото 1) имеет высоту вышки 29,5 метров и обеспечивает ремонт скважин глубиной до 4200 метров. Она состоит из транспортно-технологического шасси К-703МТУ-01, платформы и установленного на ней нефтепромыслового оборудования. Установка комплектуется механической лебедкой. На ней применен дизельный двигатель большей мощности. В остальном она полностью унифицирована по составу и по конструкции с установкой К-703МТУ-80ВМ.

Нефтепромысловое оборудование самоходных установок включает в себя:

телескопическую двухсекционную вышку

механическую или гидравлическую лебедку

гидрооборудование

электрооборудование

пневмосистему

пневмокомпрессор (в случае применения механической лебедки)

вспомогательную гидроприводную лебедку г/п 2 тонны

кабину оператора с пультом управления лебедкой

опорные гидродомкраты

гидроцилиндры подъема вышки

аварийный привод (предназначен для перевода установки в рабочее положение при выходе из строя основного двигателя).

Установки комплектуются двумя лестницами для подъема на платформу и откидными площадками для обеспечения прохода по бортам. Платформа, рабочие площадки и балкон вышки закрываются ветровым ограждением. По дополнительному заказу может быть поставлена система обогрева платформы и рабочей площадки.

Основные системы, агрегаты и оборудование установок

К сожалению, формат журнальной статьи не позволяет представить технические решения, реализованные при создании систем, агрегатов и оборудования всего типоразмерного ряда мобильных установок для ремонта скважин. Поэтому основное внимание будет уделено описанию систем и агрегатов установок для ремонта скважин грузоподъемностью 100 и 127 тонн.

Шасси подъемных установок

Шасси К-703МТУ представляет собой трехосную модификацию промышленного трактора К-703М, оснащенную дизельным двигателем Тутаевского моторного завода мощностью 350 л.с., тремя ведущими мостами с шинами низкого давления и грузовой полурамой. На шасси К-703МТУ-01 устанавливается двигатель мощностью 420 л.с.

Двигатели комплектуются современным воздухоочистителем, высокоэффективной системой охлаждения и снабжены системой отвода выхлопа отработанных газов в безопасную зону.

Благодаря балансирной подвеске, шинам низкого давления и приводу всех мостов шасси обладает высокой проходимостью на местности. Проходимость также обеспечивается наличием в трансмиссии гидротрансформатора, устанавливаемого на двигатель. Шарнирно-сочлененная рама и система рулевого управления позволяют легко выставить шасси с оборудованием относительно центра устья скважины.

Для работы в условиях Крайнего Севера двигатели всех установок комплектуются электроподогревом масла и охлаждающей жидкости.

Топливная система шасси имеет три бака, обеспечивающих безостановочную работу двигателя в среднем в течение суток.

Шасси установки К-703МТУ-80ВГ отличается от шасси установки К-703МТУ-80ВМ незначительными изменениями в пневмосистеме.

Шасси К-703МТП (фото 3) представляет собой четырехосную модификацию шасси К-703МТУ. На нем установлен дизельный двигатель Тутаевского моторного завода мощностью 420 л.с. Колесная формула шасси 8х6. Три передних моста являются ведущими. Для улучшения поворачиваемости передний и средний мосты снабжены коническими дифференциалами. Четвертый мост установлен с целью увеличения несущей способности шасси и не является ведущим. Подвеска передних трех мостов балансирная, ведомый мост установлен на рессоре.

Для снижения габаритной высоты установки и размещения более мощной вышки кабина водителя установлена перед двигателем. Управление коробкой передач осуществляется дистанционно, поэтому на КП установлен оригинальный электрогидравлический привод переключения передач.

Благодаря балансирной подвеске, шинам низкого давления и коническим дифференциалам в первом и третьем мостах шасси обладает высокой проходимостью на местности. Увеличению проходимости способствует гидротрансформатор, установленный на двигателе. Шарнирно-сочлененная рама и система рулевого управления с узлами фирмы «Данфос» позволяют легко выставить установку относительно центра устья скважины.

Отличительной особенностью всех шасси ряда самоходных установок является шарнирно-сочлененная рама, и в, частности, вертикальный шарнир, соединяющий полурамы и позволяющий осуществлять поворот передней полурамы относительно задней. Такое техническое решение позволяет реализовать поворот установки в движении до 320 вправо или влево. Поворот полурам осуществляется при помощи двух гидравлических цилиндров рулевого управления.

Лебедки подъемных установок

Характер работ при ремонте скважин предъявляет высокие требования к тяговым и скоростным характеристикам основных лебёдок, осуществляющих передачу и преобразование крутящего момента от двигателя базового шасси в тяговое усилие на канат талевой системы.

Наряду с установками высокой грузоподъёмности, оснащёнными традиционными для зарубежной практики механическими лебёдками для нового типоразмерного ряда, разработаны и первые в мире установки с гидравлическими лебёдками.

Гидравлическая лебедка установки К-703МТП-127Г.

На установках К-703МТП-127Г применяется гидроприводная лебедка фирмы «Лидан Марин АБ» (Швеция). Основой лебедки является гидравлический привод барабана от высокомоментных гидромоторов «Викинг», соединенных непосредственно с барабаном.

Лебедочный блок состоит из двух основных частей – непосредственно лебедки с насосной станцией (фото 4) и кабины оператора.

Рама лебедки – сварной конструкции. На ней размещены раздаточная коробка гидронасосов, сборка барабана с дисковыми тормозами, гидробак, гидро- и электрооборудование системы управления.

Привод раздаточной коробки, на которой установлены 4 насоса, осуществляется карданным валом от двигателя шасси через отключаемую зубчатую муфту. Поток рабочей жидкости от насосов направляется к двум гидромоторам, приводящим барабан лебедки, и разделяется через клапаны для привода и управления тормозами, гидроцилиндрами, вспомогательной лебедкой и другим вспомогательным оборудованием.

Масляный бак объемом 750 литров снабжен тремя встроенными маслонагревателями и двумя радиаторами воздушного охлаждения.

Тормозная система состоит из 4-х комплектов дисковых тормозов постоянно замкнутого типа, управляемых гидравлически. Тормозные диски с помощью болтового соединения закреплены на барабане лебедки.

Кабина оператора устанавливается в 2-х положениях: в транспортном и в рабочем (возле скважины). В кабине размещены пульт управления лебедкой, спайдером, регулятор оборотов двигателя, контрольные приборы. При необходимости она может быть поднята на высоту 4 метра от уровня земли.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.oilcapital.ru/