1 Информационно – патентный обзор.
1.1Структура транспортного комплекса в нефтегазовой отрасли
Под транспортным комплексом нефтегазового объединения понимается вся совокупность транспортных средств и внутрипромысловых дорог с инфраструктурой, обеспечивающей их хранение, снабжение необходимыми ресурсами и поддержание работоспособного состояния, объединенных в единую систему с общими целями и задачами и предназначенных для полного удовлетворения потребностей нефтегазодобывающих предприятий в услугах данной системы.
Многие годы к решению транспортных проблем в нефтегазодобыче традиционно подходили с позиций опыта, накопленного на транспорте общего пользования. Все транспортные средства и спецтехника объединений, как правило, располагаются в крупных комплексных управлениях технологического транспорта и спецтехники (УТТ и СТ), организационное построение которых весьма близко к автотранспортным предприятиям общего пользования. А между тем структура парка машин транспортного комплекса в нефтегазовых объединениях коренным образом отличается от структуры парка транспорта общего пользования (рисунок 1.1.).
Рисунок 1.1. Структура парка транспортного комплекса в области нефтегазодобычи
Парк машин транспортного комплекса нефтегазовых объединений на 60 % состоит из технологических машин и спецтехники, представленных десятками марок, моделей и модификаций. Организация их работы коренным образом отличается от организации перевозок на транспорте общего пользования. Большая разномарочность парка, удаленность мест работы техники от мест постоянного базирования затрудняют организацию производства технического обслуживания и ремонта машин в комплексных предприятиях. Несколько лучше обстоит дело с грузовым транспортом, на долю которого приходится 20 … 25 %, и пассажирским, на долю которого приходится 15 … 20 %.
Однако организация работы грузового и пассажирского транспорта в нефтегазодобыче также существенно отличается от организации перевозок грузов и пассажиров на транспорте общего пользования.
Ниже приведен перечень услуг всех видов, предоставляемых управлениями технологического транспорта в настоящее время.
1. Технологическое обслуживание выполняют спецтехникой на колесном и гусеничном ходу, навесное оборудование которой участвует непосредственно в технологических процессах заказчиков. Этот вид услуг осуществляют следующей техникой: установки для исследования скважин; установки для текущего и капитального ремонта скважин; установки для наземного ремонта оборудования, водонефтепроводов, монтажа и наладки средств телемеханики и автоматики, смазки станков-качалок; пескосмесительные агрегаты, промывочные, цементосмесительные и цементировочные агрегаты; лаборатории различного назначения; паропередвижные и передвижные компрессорные установки; самоходные установки электроподогрева скважин; агрегаты для депарафинизации скважин горячей нефтью; телескопические вышки и др.
2. Земляные и дорожно-строительные работы выполняют дорожно-строительной техникой на колесном и гусеничном ходу при строительстве скважин, обустройстве нефтяных и газовых месторождений. Этот вид услуг осуществляют следующей техникой: бульдозеры, экскаваторы, скреперы, грейдеры, катки, корчеватели, бурильно-крановые машины, буровые установки, асфальтоукладчики.
3. Очистно-уборочные работы выполняют очистно-уборочной техникой. Этот вид услуг осуществляют следующей техникой: контейнерные и бункерные мусоровозы, ассенизационные машины, снегоуборочные машины, снегопогрузчики, пескоразбрасыватели, поливо-моечные машины, подметально-уборочные машины, тротуарно-уборочные машины.
4. Централизованные грузоперевозки выполняют автомобильным грузовым транспортом, работающим по сдельным тарифам. Этот вид услуг осуществляют грузовые автомобили (бортовые, самосвалы, цементовозы, автоцистерны), а также автомобили для перевозки длинномеров (седельные тягачи, трубо-, штанго-, плетевозы).
5. Оперативные грузоперевозки выполняют грузовыми автомобилями, водители которых находятся на повременной оплате труда. Этот вид услуг осуществляют грузовые автомобили (бортовые, автоцистерны), а также автомобили для перевозки длинномеров (седельные тягачи, плетевозы).
6. Тракторные грузоперевозки выполняют тракторами (колесными и гусеничными), трелевочными тракторами, трейлерами, большими артиллерийскими тягачами (БАТ), гусеничными тяжелыми тягачами (ГТТ).
7. Монтажные и погрузочно-разгрузочные работы выполняют крановой техникой на колесном и гусеничном ходу. Этот вид услуг осуществляют следующей техникой: автомобильными кранами, тракторными кранами, трубоукладчиками, погрузчиками.
8. Вахтовые перевозки (массовые пассажироперевозки) выполняют автобусами и грузовыми автомобилями, переоборудованными для перевозки людей.
9. Инженерное обслуживание (оперативные пассажироперевозки) выполняют с целью доставки руководящих специалистов и служащих на производственные объекты для осуществления контроля за ходом технологического процесса и соблюдения правил техники безопасности, а также для оказания помощи на постах проведения работ и т. д. Этот вид услуг осуществляют легковыми автомобилями, а в труднодоступных местах - специальной транспортной техникой, выделяемой в распоряжение инженерно-технических работников.
Такая структура парка машин транспортного комплекса в нефтегазодобыче предъявляет повышенные требования к надежности и эффективности его функционирования и обеспечения техникой, транспортными услугами нефтегазовых предприятий и обусловливает существенное различие в организации работы техники и обеспечения ее технического состояния.
Примерная количественная характеристика структуры транспортного комплекса показывает, что основную долю в его структуре составляет специальный (50-60%) и, в частности, технологический (40%) транспорт.
Анализ структуры транспортного комплекса показывает, что в нефтегазодобыче используется практически весь имеющийся в настоящее время перечень наземных транспортных средств от легкового до самого мощного автомобиля, все виды колёсных и гусеничных тракторов, артиллерийские тягачи, болотоходная, снегоходная техника, дорожно-строительные машины, землеройная техника, снегоочистительные машины и т.д. Это говорит о весьма широком профиле специальности СТЭ с точки зрения изучаемого спектра машин и позволяет надеяться на большую востребованность выпускников специальности СТЭ во многих отраслях промышленности и социальной сферы [12].
1.2 Основы конструкции транспортно-технологических машин
Общее устройство транспортно-технологических машин
Транспортно-технологические машины (ТТМ), используемые в области нефтегазодобычи, базируются на шасси автомобилей и тракторов.
Основными частями ТТМ являются двигатель, шасси, навесное оборудование. Транспортно-технологические машины, базирующиеся на тракторной технике, как на колесном, так и на гусеничном ходу, состоят из двигателя, трансмиссии, ходовой части, механизмов управления и навесного оборудования.
Двигатель предназначен для преобразования какого–либо вида энергии в механическую работу.
Шасси представляет собой комплекс агрегатов и механизмов, предназначенных для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам, передвижения автомобиля и управления им. Шасси объединяет трансмиссию, ходовую часть и механизмы управления.
В трансмиссию входят следующие механизмы: сцепление, коробка передач, дополнительная коробка (раздаточная коробка или делитель), карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси.
В свою очередь ходовая часть автомобилей и колесных тракторов состоит из остова, подвески передних и задних мостов, колес. К механизмам управления относят тормозную систему и рулевое управление.
В трансмиссию трактора входят сцепление, промежуточные соединения, коробка передач, дополнительная коробка, главная (центральная) передача и конечные (бортовые) передачи. Ходовая часть гусеничного трактора состоит из остова и гусеничного движителя. Последний включает в себя гусеницу с ведущими и направляющими колесами, подвеску, опорные и направляющие катки. Управление движением гусеничной машины производится механизмом поворота, основной частью которого являются муфты поворота (бортовые фрикционы).
Навесное оборудование ТТМ, используемых в области нефтегазодобычи, предназначено для выполнения различных работ, связанных с освоением, ремонтом и обслуживанием нефтяных и газовых скважин.
Существующие кинематические схемы трансмиссий ТТМ. Основные схемы привода навесного оборудования.
Трансмиссия транспортно-технологической машины – это ряд взаимодействующих между собой агрегатов и механизмов, передающих крутящий момент от двигателя к ведущим колесам. При передаче крутящего момента он изменяется, как по величине, так и по направлению, одновременно распределяясь между ведущими колесами автомобиля. По характеру связи между двигателем и ведущими колесами, а также по способу преобразования крутящего момента трансмиссии делятся на механические, комбинированные (гидромеханические), электрические и гидрообъемные.
Механическая трансмиссия, применяемая на большинстве грузовых и легковых автомобилей, состоит из сцепления, коробки передач, карданной и главной передач, дифференциала и двух полуосей (рисунок 1.2, А). Трансмиссии автомобилей с двумя и более ведущими мостами оборудуют раздаточной коробкой и дополнительными карданными валами, а каждая пара ведущих колес имеет свою главную передачу, полуоси и дифференциал (рисунок 1.2, Б, В). Вышеописанные схемы трансмиссий часто называют мостовыми, так как крутящий момент подводится к каждому ведущему мосту, а затем распределяется между правым и левым ведущими колесами данного моста.
1 – сцепление; 2 – коробка передач; 3 – карданная передача; 4 – главная передача;
5 – дифференциал; 6 – полуось; 7 – раздаточная коробка;
8 – бортовой редуктор; 9 – двигатель
Рисунок 1.2. Схемы механических трансмиссий автомобилей
В отдельных конструкциях полноприводных автомобилей с колесной формулой 6?6, 8?8 или 10?10 применяют механическую бортовую трансмиссию. В такой трансмиссии крутящий момент от двигателя через сцепление и коробку передач передается к раздаточной коробке, в которой крутящий момент делится поровну между правым и левым бортами (колесами каждой стороны). От раздаточной коробки крутящий момент подводится к бортовым редукторам, а от последних – к колесам. При этом у каждого колеса устанавливается своя главная передача (рисунок 1.2, Г).
Бортовая трансмиссия по устройству значительно сложнее, поэтому ее применение ограничено.
Комбинированную (гидромеханическую) трансмиссию применяют на ряде моделей автомобилей и автобусов. В комбинированную трансмиссию входит гидротрансформатор и механическая коробка передач. Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления. Крутящий момент от гидротрансформатора передается к механической коробке передач с автоматическим или полуавтоматическим управлением. Такую трансмиссию часто называют гидромеханической передачей.
Электрическую трансмиссию применяют на карьерных автомобилях-самосвалах (БелАЗ-549, -75191, -75211) грузоподъемностью 75 … 170 т. Электрическая трансмиссия состоит из генератора постоянного тока, приводимого в действие V-образными дизельными двигателями с турбонаддувом мощностью 770–1690 кВт и тяговых электродвигателей ведущих колес. Электрическая трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии ДВС в электрическую, которая от генератора передается тяговым электродвигателям, расположенным совместно с редукторами в ведущих колесах автомобиля. Электродвигатели в сборе с ведущими колесами обычно называют электромотор-колесами. Электротрансмиссия упрощает конструкцию привода к ведущим колесам, однако ее применение ограничено из-за большой металлоемкости и несколько меньшего КПД по сравнению с механическими и гидромеханическими трансмиссиями автомобилей особо большой грузоподъемности.
Гидрообъёмная трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии в напор циркулирующей жидкости. В такой трансмиссии гидронасос, приводимый в действие от двигателя внутреннего сгорания, соединен трубопроводами с гидродвигателями. Напор жидкости, создаваемый гидронасосом, преобразуется в крутящий момент на валах гидродвигателей, соединенных с ведущими колесами автомобиля. Недостатками гидрообъемной трансмиссии по сравнению с механической являются большие габаритные размеры и масса, меньший КПД, высокая стоимость. Поэтому такая трансмиссия не находит широкого применения.
Среди схем привода навесного оборудования распространены три основных варианта.
1. Привод навесного оборудования от двигателя базового шасси.
Данная схема предусматривает привод навесного оборудования через коробку (КОМ) или вал (ВОМ) отбора мощности, приводимые во вращение непосредственно от двигателя машины, а также от основной коробки передач или раздаточной коробки.
2. Привод навесного оборудования от дополнительного источника энергии.
В этом случае навесное оборудование приводится в действие самостоятельным источником энергии, которым может быть дополнительный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), либо электродвигатель, подключаемый к внешней сети, или другая транспортно-технологическая машина.
3. Комбинированный привод навесного оборудования – ряд функций, выполняемых навесным оборудованием, обеспечивается энергией от дополнительного источника, а оставшаяся часть питается энергией от двигателя базового шасси.
Существующие схемы гидропривода ТТМ
Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем (ДВС или электродвигателем) и нагрузкой М (машиной или механизмом). Он выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ременная передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).
Основное назначение гидропривода (рисунок 1.3), как и механической передачи, - преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок).
1 – двигатель машины; 2 – регулируемый насос; 3 – гидродвигатель;
4 – предохранительный клапан; 5 – исполнительный механизм;
6 – бачок с жидкостью
Рисунок 1.3. Схема гидравлического привода с разомкнутым контуром
Гидропередача - часть насосного гидропривода, предназначенная для передачи движения от приводного двигателя к исполнительным машинам и механизмам. Простейшая гидропередача состоит из насоса, гидродвигателя и гидролинии. Иногда в сложных системах работают одновременно несколько насосов и гидродвигателей (рисунок 1.4).
Гидроаппараты применяются для регулирования параметров потока рабочей жидкости (давления и расхода), а также для изменения или поддержания неизменным направления потока жидкости. Как правило, гидроаппараты являются составными элементами гидроавтоматики.
1 – педаль управления; 2 – двигатель машины с регулятором скорости;
3 -гидравлический насос с регулированием от давления; 4 – дополнительный насос; 5 – дроссель; 6 – гидравлические двигатели; 7 – приводные колеса
Рисунок 1.4. Схема гидравлической объемной трансмиссии ТТМ
Кондиционеры рабочей жидкости (гидроочистители и теплообменные аппараты) предназначены для получения ее необходимых качественных показателей.
Гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы) предназначены для содержания в них рабочей жидкости с целью использования ее в процессе работы гидропривода.
Гидролинии (гидросеть) - устройства для прохождения рабочей жидкости. Конструктивно гидролинии представляют собой трубы, рукава, колена, тройники и т. д. [12]
1.3 Патентный обзор
В реестре интеллектуальной собственности патентов и изобретений Российской Федерации и Союза Советских Социалистических Республик существуют патенты.
Патент № 2108444
Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и используется при капитальном ремонте нефтяных, газовых и водяных скважин, включающем извлечение из скважины оборудования или инструмента, причем одновременно с созданием нагрузки на извлекаемый предмет в скважину закачивают загущенную вязкую жидкость.
Известен также способ ремонта скважин с использованием в качестве подъемного сооружения передвижных подъемных агрегатов на колесных, гусеничных или санных транспортных базах со складными или телескопическими мачтами.
Основным недостатком известных способов ремонта является ограниченная грузоподъемность подъемных сооружений, недостаточная при проведении ремонтных работ в глубоких скважинах или при выполнении ловильных работ с извлечением оставленного в скважине оборудования или инструмента.
Целью изобретения является повышение нагрузки (усилия), прикладываемой к извлекаемому из скважины застрявшему или заклиненному оборудованию или устройству, имеющему центральный канал (например, пакер, пробка и др.).
Поставленная цель достигается тем, что одновременно с созданием нагрузки на извлекаемый предмет в скважину закачивают загущенную вязкую жидкость.
Предлагаемое техническое решение осуществляется следующим образом.
Скважина, из которой необходимо извлечь оставленный предмет (пакер, пробку и т.п.) с центральным каналом, предварительно заполняется загущенной вязкой жидкостью - вязкой нефтью: раствором конденсированной сульфитспиртовой барды. Затем в скважину опускается на бурильных трубах переводник с наружной резьбой, соответствующей внутренней резьбе головки пакера. После чего производятся залавливание пакера и свинчивание резьбового соединения.
По завершении этих подготовительных операций создается натяжка инструмента не более допустимой нагрузки на подъемное сооружение. При отсутствии положительного результата по "срыву" пакера производится одновременно с натяжкой инструмента закачка в бурильные трубы вязкой загущенной жидкости с максимальными давлением и расходом, создаваемыми насосным агрегатом. Давление жидкости, воздействующее на пакер снизу, создает дополнительное усилие на пакер и соответствует его "срыву" и освобождению.
Величина этого усилия может быть определена по формуле
F = ?(D2-d2)•P,
где
F - воздействующая сила;
? - число, равное 3,14;
D - внутренний диаметр скважины;
d - внутренний диаметр канала пакера;
P - давление, развиваемое насосным агрегатом.
Предлагаемый способ был испытан на ряде скважин (нефтяных и нагнетательных) Покровского нефтяного месторождения.
Пример. Перед пуском в эксплуатацию простаивающей скважины N 510 необходимо было извлечь оставленный в ней при аварии пакер. На скважине было установлено подъемное сооружение с допустимой нагрузкой 80 т. Пакер был заловлен, но все операции по его "расхаживанию" и освобождению при допустимой нагрузке на подъемное сооружение положительных результатов не дали.
С целью создания дополнительного усилия на застрявший пакер через бурильные трубы в подпакерную зону скважины был закачан раствор вязкой жидкости - конденсированной сульфитспиртовой барды. При создании давления закачиваемой жидкости, равного 50 ат, и одновременной натяжке инструмента в 80 т пакер был "сорван" и освобожден.
Все проведенные операции с применением предлагаемого технического решения дали положительный результат.
Способ капитального ремонта скважин, связанный с залавливанием и извлечением из скважин устройств с центральным каналом, например пакеров, отличающийся тем, что одновременно с созданием натяжки инструмента в скважину закачивают загущенную вязкую жидкость [13].
Патент № 2256062
Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к оборудованию для капитального ремонта скважин. Обеспечивает расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения: установка, установленная на платформе, содержит двигатель с топливными баками, горизонтальный плунжерный насос высокого давления, связанный карданом с распределительной коробкой, емкости со шнеками, емкость для загрузки присадок и гидродинамического перемешивания раствора, гидромотор, соединенный со шнеками, блок управления с регуляторами расхода жидкости на гидропанели. Согласно изобретению установка дополнительно снабжена: насосом для подачи воды; гидромоторами, установленными на концах шнеков и оси насоса для подачи воды; подпиточным насосом, связанным карданом с распределительной коробкой, для подачи раствора в горизонтальный трехплунжерный насос; агрегатом объемного гидропривода, соединенным с валиком дополнительного отбора мощности распределительной коробки, гидросистема которого через блок управления взаимодействует с гидромоторами. 6 ил.
Рисунок 1.5 - передвижная смесительная установка
Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, к производству специализированной технологической техники, и может быть использовано при новом проектировании оборудования, обеспечивающего технологичность и энергосбережение при капитальном ремонте скважин.
Известны цементировочный агрегат ЦА-320М на шасси автомобиля Урал-4320-1912-30, установка ЦА-СИН-35 для нагнетания рабочих жидкостей при цементировании скважин в процессе бурения и капитального ремонта, а также при проведении промывочно-продавочных работ в нефтяных и газовых скважинах. В установках используются горизонтальные трехплунжерные насосы СИН-31, СИН-32. (Цементировочный агрегат ЦА-320М на шасси автомобиля Урал-4320-1912-30. Установка ЦА-СИН-35 для нагнетания рабочих жидкостей при цементировании скважин АО “Синергия” г. Пермь).
Известные установки имеют ограниченные функциональные возможности.
Известна передвижная смесительная установка, установленная на платформе, содержащая двигатель с топливными баками, горизонтальный плунжерный насос высокого давления, связанный карданом с распределительной коробкой, емкости со шнеками, емкость для загрузки присадок и гидродинамического перемешивания раствора, гидромотор, соединенный со шнеками, блок управления с регуляторами расхода жидкости на гидропанели (RU № 2150381, 10.06.2000).
Известная установка имеет ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия в комплекте оборудования горизонтального трехплунжерного насоса высокого давления и производительности.
Техническая задача состоит в расширении функциональных возможностей передвижной смесительной установки.
Решение технической задачи достигается передвижной смесительной установкой, установленной на платформе, содержащей двигатель с топливными баками, горизонтальный плунжерный насос высокого давления, связанный карданом с распределительной коробкой, емкости со шнеками, емкость для загрузки присадок и гидродинамического перемешивания раствора, гидромотор, соединенный со шнеками, блок управления с регуляторами расхода жидкости на гидропанеле, согласно изобретению установка дополнительно снабжена насосом для подачи воды, гидромоторами, установленными на концах шнеков и оси насоса для подачи воды, подпиточным насосом, связанным карданом с распределительной коробкой, для подачи раствора в горизонтальный плунжерный насос, который выполнен трехплунжерным, агрегатом объемного гидропривода, соединенным с валиком дополнительного отбора мощности распределительной коробки, гидросистема которого через блок управления взаимодействует с гидромоторами, при этом двигатель выполнен дизельным.
На рис.1.5 изображена передвижная смесительная установка – общий вид. Установочные рамы, кронштейны, обвязка подачи раствора, воды и обвязка гидропривода условно не показаны.
Передвижная смесительная установка имеет дизельный двигатель 1, подпиточный насос 2, водяной насос 3, соединительную муфту 4, гидромотор 5, кардан 6 распределительной коробки, емкость 7 для гидродинамического перемешивания раствора и присадок, кардан 8 распределительной коробки, связанный с трехплунжерным насосом высокого давления, гидромотор 9, соединительную муфту 10, уплотнительную буксу 11 оси шнека 12, платформу 13, емкости со шнеками 14, горизонтальный трехплунжерный насос 15, агрегат объемного гидропривода 16, соединительную муфту 17, валик дополнительного отбора мощности 18, распределительную коробку 19, кардан 20, коробку скоростей 21.
На платформе 13 установлен дизельный двигатель 1 с коробкой скоростей 21, связанный карданом 20 с распределительной коробкой 19. Распределительная коробка установлена на отдельной раме ниже уровня размещения ее в базовом автомобиле, что позволяет карданом 6 соединить подпиточный насос 2, установленный на отдельной раме под коробкой скоростей. От распределительной коробки 19 карданом 8 соединен горизонтальный трехплунжерный насос 15, закрепленный на платформе 13. На распределительной коробке 19 через дополнительный обор мощности ДОМ установлен агрегат объемного гидропривода АОГП. На платформе 13 закреплена установочная рама с водяным насосом 3 и гидромотором 5, которые соединены муфтой 4.
Емкости со шнеками установлены в конце платформы. В емкости 14 шнек 12 расположен на дне, ось выведена через уплотнительную буксу 11 и имеет соединительную муфту 10 для гидромотора 9. Половина витков каждого шнека выполнена левой навивки, другая половина - правой навивки.
Емкость 7 для гидродинамического перемешивания раствора и присадок размещена между рамами платформы 13 и установлена так, что днище емкости ниже уровня площадки, а к стенкам емкости элементы обвязки проходят под платформой.
