Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин Российский патент 2020 года по МПК E21B19/14 E21B19/20 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для текущего и капитального ремонта скважин.

Известно устройство для манипулирования трубами, которое включает гидравлический накопитель для хранения и подачи труб, устройство для подачи труб к устью скважины, выполненное на основе трубной направляющей в виде V-образного желоба и приводного захватного механизма, опорные домкраты для автоматического наладки и установки комплекса по горизонту (патент US 20120121364 А1, Е21В 19/14, Е21В 19/15, опубл. 17.05.2012).

Недостатками устройства являются низкая мобильность установки, отсутствие комплексной автоматизации и роботизации - гидравлического ключа, устройства крепления и раскрепления нефтепогружного бронированного кабеля, модуля проверки кривизны и внутреннего диаметра труб, автоматического элеватора, автоматического слайдера при текущем и капитальном ремонте скважин.

Известна механизированная установка для капитального ремонта скважин, которая включает модуль с радиально-подъемной мачтой с расположенными на ней двумя роботами-манипуляторами и гидравлическим ключом; автоматический элеватор. Установка представляет собой модуль, базирующийся на гидравлических опорах и имеющий дополнительную фиксацию анкерными якорями (патент CN 205370468 U, Е21В 19/00, Е21В 19/06, Е21В 19/16, Е21В 17/10, Е21В 19/14, опубл. 06.07.2016).

Недостатками установки являются отсутствие автоматизации хранилища труб, невозможность размещения рабочей площадки при текущей компоновке модуля, низкая мобильность установки.

Задачей изобретения является объединение и базирование основного технологического оборудования для текущего и капитального ремонта скважин на одной платформе, а также повышение безопасности выполняемых работ.

Технический результат - увеличение производительности выполнения операций при текущем и капитальном ремонте скважин.

Поставленная задача достигается тем, что в робототехническом комплексе для текущего и капитального ремонта скважин, включающем платформу шасси транспортного средства с гидравлическими опорами, радиально-подъемной мачтой-манипулятором, гидравлическим ключом, и автоматический элеватор, согласно изобретению, робототехнический комплекс дополнительно содержит подъемный агрегат с подъемной мачтой, на которой закреплен автоматический элеватор с датчиком идентификации наличия трубы, при этом платформа шасси транспортного средства дополнительно содержит автоматизированный накопитель труб, образованный регулируемыми гидравлическими опорами с выдвижными стеллажами и механизированными разделителями, и приемно-подающим устройством, обеспечивающим автоматизированную подачу и прием труб на радиально-подъемную мачту-манипулятор, оснащенную датчиком положения, у основания которой размещен гидравлический ключ, выполненный автоматическим, включающий цифровую камеру машинного зрения и спайдер, выполненный автоматическим и оснащенный датчиком наличия трубы, модуль крепления поясов фиксации кабеля КРБК с прижимным устройством, модуль замера длины труб с подвижными замерными механизмами с сервоприводами, снабженными энкодерами, модуль проверки резьбы труб с приводным калибром, модуль проверки кривизны и внутреннего диаметра труб, оборудованный шаблоном, кабину управления с панелью управления и креслом оператора, а также автоматизированную рабочую площадку-трансформер, оснащенную съемными боковыми ограждениями и складной выдвижной лестницей с перилами.

Радиально-подъемная мачта-манипулятор оснащена

роботизированными схватами, установленными с возможностью перемещения по ее линейным направляющим.

Целесообразно автоматический элеватор разместить с возможностью перемещения по направляющим подъемной мачты подъемного агрегата.

Целесообразно автоматический спайдер смонтировать на подвижной платформе автоматического гидравлического ключа, включающей подвижную стойку, верхнюю секцию для фиксации, свинчивания и развинчивания труб с цифровой камерой машинного зрения, и стопорный ключ.

Комплекс автоматизирует работы по монтажу и демонтажу необходимого оборудования и инструмента, операции по захвату, измерению и диагностике состояния труб, подъему, фиксации, свинчиванию и развинчиванию колонны труб, освобождению и укладке труб на автоматизированный накопитель труб. Совместно с подъемным агрегатом автоматизирует силовые операции по спуску и подъему колонны труб, что обеспечивает снижение операционного и вспомогательного времени ремонта скважин и повышение безопасности выполняемых работ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид в перспективе робототехнического комплекса совместно с подъемным агрегатом; на фиг. 2 - вид спереди робототехнического комплекса; на фиг. 3 - вид слева робототехнического комплекса; на фиг. 4 - вид сверху робототехнического комплекса; на фиг. 5 показан вид в перспективе робототехнического комплекса в транспортном положении; на фиг. 6 - показан вид сзади подъемного агрегата с установленной подъемной мачтой и автоматическим элеватором; на фиг. 7 показаны вид в перспективе, вид спереди и вид сверху радиально-подъемной мачты-манипулятора; на фиг. 8 - вид в перспективе роботизированного схвата, базирующегося на линейных направляющих радиально-подъемной мачты-манипулятора; на фиг. 9 - вид в перспективе автоматического гидравлического ключа и автоматического слайдера, установленного на устье скважины; на фиг. 10 - вид в перспективе модуля крепления поясов фиксации кабеля КРБК; на фиг. 11 - вид в перспективе модуля замера длины труб; на фиг. 12 - вид в перспективе модуля проверки резьбы труб; на фиг. 13 - вид в перспективе модуля проверки кривизны и внутреннего диаметра труб; на фиг. 14 - вид приемно-подающего устройства.

Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин состоит из платформы шасси транспортного средства 1, на которой размещены радиально-подъемная мачта-манипулятор 2 с датчиком положения 3, по которой по линейным направляющим 4 перемещаются два роботизированных схвата 5; автоматизированный накопитель труб 6; автоматический гидравлический ключ 7, расположенный у основания радиально-подъемной мачты-манипулятора 2; модуль крепления поясов фиксации кабеля КРБК 8 с прижимным устройством 9; модуль замера длины труб 10; модуль проверки резьбы труб 11; модуль проверки кривизны и внутреннего диаметра труб 12; кабина управления 13; автоматизированная рабочая площадка-трансформер 14. Дополнительно в робототехнический комплекс входит подъемный агрегат 15 (фиг. 6) с установленной на нем подъемной мачтой 16, на кронблоке 17 которой закреплен автоматический элеватор 18 с датчиком 19 идентификации наличия трубы в рабочей зоне и с направляющими 20 для защиты автоматического элеватора 18 от раскачивания под воздействием ветровой нагрузки. Автоматизированный накопитель труб 6 образован регулируемыми гидравлическими опорами 21 с выдвижными стеллажами 22 и механизированными разделителями 23, и приемно-подающим устройством 24, которое обеспечивает автоматизированную подачу и прием труб на радиально-подъемную мачту-манипулятор 2. Автоматический гидравлический ключ 7 состоит из подвижной платформы 25, на которой размещены автоматический спайдер 26 с установленным на нем датчиком идентификации наличия трубы 27 в рабочей зоне, подвижная стойка 28, верхняя секция 29 для фиксации, свинчивания и развинчивания труб, и стопорный ключ 30. Подвижная платформа 25 и подвижная стойка 28 позволяют регулировать положение автоматического гидравлического ключа 7 по вылету и высоте. Верхняя секция 29 автоматического гидравлического ключа 7 включает цифровую камеру машинного зрения 31 для идентификации местоположения (координат) муфты трубы. Модуль замера длины труб 10 (фиг. 11) содержит два идентичных по конструктивному исполнению подвижных замерных механизма 32 с сервоприводами 33, снабженными энкодерами 34. Модуль проверки резьбы труб 11 (фиг. 12) включает приводной калибр 35, предназначенный для инструментального контроля целостности наружной резьбы труб. Модуль проверки кривизны и внутреннего диаметра труб 12 (фиг. 13) включает шаблон 36, закрепленный на гибкой тяге 37 в виде цепи с самофиксирующимися и самоцентрирующимися сегментами, возвратно-поступательное движение которой передается через приводной барабан 38. Кабина управления 13 представляет собой блок из жесткого металлического каркаса 39, панели управления 40 и кресла оператора 41, и предназначена для размещения оператора робототехнического комплекса, осуществляющего контроль технологических операций и параметров работы модулей робототехнического комплекса в автоматическом режиме. Автоматизированная рабочая площадка-трансформер 14 является легко монтируемой и демонтируемой, и снабжена съемными боковыми ограждениями 42 и складной выдвижной лестницей с перилами 43.

Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин работает следующим образом.

Подъемный агрегат 15 базируется в рабочей приустьевой зоне, поднимает и выдвигает подъемную мачту 16 с закрепленным автоматическим элеватором 18 с направляющими 20 в рабочее положение. После этого платформа шасси транспортного средства 1 базируется в приустьевой рабочей зоне и автоматически выдвигаются в рабочее положение регулируемые гидравлические опоры 21 автоматизированного накопителя труб 6, кабина управления 13, автоматизированная рабочая площадка-трансформер 14. Подвижная платформа 25 автоматического гидравлического ключа 7 выдвигает автоматический спайдер 26 в рабочую приустьевую зону и базирует его на планшайбе устья скважины (фиг. 9). Затем оператор робототехнического комплекса для текущего и капитального ремонта производит монтаж модуля крепления кабеля КРБК 8, лестницы 43 автоматизированной рабочей площадки-трансформера 14 и устанавливает защитные ограждения 42. Таким образом, робототехнический комплекс установлен в рабочем положении и готов к выполнению операций ремонта скважин.

При спуске труб регулируемые гидравлические опоры 21 автоматизированного накопителя 6 изменяют угол наклона выдвижных стеллажей 22 для перемещения и базирования трубы в приемно-подающем устройстве 24. Замеряется длина трубы модулем замера длины труб 10, при этом перемещаются подвижные замерные механизмы 32 до касания с муфтой и ниппелем трубы. Изначально модуль замера длины труб откалиброван на максимально длинный размер трубы, равный 11500 мм (L_э). В результате пересчета значений показаний (l₁, l₂) энкодеров 34 сервоприводов 33 при перемещении подвижных замерных механизмов 32, вычисляется реальный размер трубы (L) по формуле:

L=L_э - l₁ - l₂, где

L_э - эталонная длина трубы;

l₁ - расстояние от упора до торца муфты трубы;

l₂ - расстояние от упора до торца ниппеля трубы.

Далее труба направляется приемно-подающим устройством 24 в роботизированные схваты 5 радиально-подъемной мачты-манипулятора 2, где она фиксируется. Радиально-подъемная мачта-манипулятор 2 поворачивается вокруг своей оси вместе с зафиксированной трубой на требуемый угол для подвода трубы к шаблону 36. Далее происходит операция контроля внутреннего диаметра и кривизны трубы путем проталкивания шаблона 36 через гибкую тягу 37 во внутреннюю полость трубы, и шаблон 36 перемещается на необходимую длину до выхода из трубы с противоположного конца. После этого гибкая тяга 37 с шаблоном 36 возвращается в исходное положение. В случае наличия кривизны, повреждений или отложений на внутренней поверхности трубы, процесс прохождения шаблона 36 в трубе останавливается, и шаблон 36 возвращается в исходное положение. На этапе вывода шаблона 36 из трубы модуль проверки резьбы труб 11 навинчивает приводной калибр 35 на наружную резьбу трубы для проверки целостности резьбы. При отклонениях допустимых параметров труба отбраковывается и складируется на противоположной стороне автоматизированного накопителя труб 6. Труба, не имеющая дефектов при операциях контроля, подлежит передаче на следующие роботизированные модули в соответствии с технологическим процессом.

После проверки труб модулем проверки кривизны и внутреннего диаметра труб 12 радиально-подъемная мачта-манипулятор 2 с закрепленной трубой поднимается из горизонтального положения в вертикальное. Автоматический элеватор 18, подвешенный на кронблоке 17 подъемной мачты 16 подъемного агрегата 15, захватывает и фиксирует трубу, поднятую радиально-подъемной мачтой-манипулятором 2. Радиально-подъемная мачта-манипулятор 2 обеспечивает при этом центрирование оси поднятой трубы относительно полученных ориентационных координат устья скважины (колонны труб) от датчика положения 3 и подводит резьбовой конец трубы к муфте верхней трубы колонны труб, спускаемой в скважину.

Подвижная платформа 25 автоматического гидравлического ключа 7 перемещает верхнюю секцию 29 и стопорный ключ 30 в рабочую зону. После чего стопорный ключ 30 фиксирует тело нижней трубы ниже муфты, верхняя секция 29 фиксирует тело верхней спускаемой трубы выше резьбовой части и свинчивает трубы. После завершения операции свинчивания подвижная платформа 25 автоматического гидравлического ключа 7 возвращает верхнюю секцию 29 и стопорный ключ 30 в исходное положение. Модуль крепления поясов фиксации кабеля КРБК 8 выдвигается в рабочую зону, прижимает кабель к колонне труб с помощью прижимного устройства 9 и крепит новые пояса для фиксации кабеля КРБК.

Роботизированные схваты 5 радиально-подъемной мачты-манипулятора 2 размыкаются и освобождают трубу. Радиально-подъемная мачта-манипулятор 2 возвращается в горизонтальное положение. Автоматический спайдер 26 освобождает колонну труб и автоматический элеватор 18, подвешенный на кронблоке 17 подъемной мачты 16 подъемного агрегата 15, спускает колонну до того момента, пока муфта верхней трубы не займет необходимое положение. В этот момент колонна фиксируется автоматическим слайдером 26, автоматический элеватор 18 производит расфиксацию верхней трубы и перемещается в первоначальное положение.

Процесс подъема колонны производится в обратном порядке. Операции замера длины трубы, проверки резьбы, внутреннего диаметра и кривизны трубы при этом не требуются.

Применение данного робототехнического комплекса позволяет автоматизировать и сократить длительность работ по монтажу и демонтажу комплекса, снизить время на выполнение спуско-подъемных операций при текущем и капитальном ремонте скважин, а также значительно повысить безопасность выполнения производственных работ.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для текущего и капитального ремонта скважин. Технический результат - увеличение производительности выполнения операций при текущем и капитальном ремонте скважин. Робототехнический комплекс включает платформу шасси транспортного средства с гидравлическими опорами, радиально-подъемной мачтой-манипулятором, гидравлическим ключом, и автоматический элеватор. Робототехнический комплекс дополнительно содержит подъемный агрегат с подъемной мачтой, на которой закреплен автоматический элеватор с датчиком идентификации наличия трубы. Платформа шасси транспортного средства дополнительно содержит автоматизированный накопитель труб, образованный регулируемыми гидравлическими опорами с выдвижными стеллажами и механизированными разделителями, и приемно-подающим устройством, обеспечивающим автоматизированную подачу и прием труб на радиально-подъемную мачту-манипулятор, оснащенную датчиком положения, у основания которой размещен гидравлический ключ, выполненный автоматическим, включающий цифровую камеру машинного зрения и слайдер, выполненный автоматическим и оснащенный датчиком наличия трубы, модуль крепления поясов фиксации кабеля КРБК с прижимным устройством, модуль замера длины труб с подвижными замерными механизмами с сервоприводами, снабженными энкодерами, модуль проверки резьбы труб с приводным калибром, модуль проверки кривизны и внутреннего диаметра труб, оборудованный шаблоном, кабину управления с панелью управления и креслом оператора, а также автоматизированную рабочую площадку-трансформер, оснащенную съемными боковыми ограждениями и складной выдвижной лестницей с перилами. 3 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин, включающий платформу шасси транспортного средства с гидравлическими опорами, радиально-подъемной мачтой-манипулятором, гидравлическим ключом, и автоматический элеватор, отличающийся тем, что робототехнический комплекс дополнительно содержит подъемный агрегат с подъемной мачтой, на которой закреплен автоматический элеватор с датчиком идентификации наличия трубы, при этом платформа шасси транспортного средства дополнительно содержит автоматизированный накопитель труб, образованный регулируемыми гидравлическими опорами с выдвижными стеллажами и механизированными разделителями, и приемно-подающим устройством, обеспечивающим автоматизированную подачу и прием труб на радиально-подъемную мачту-манипулятор, оснащенную датчиком положения, у основания которой размещен гидравлический ключ, выполненный автоматическим, включающий цифровую камеру машинного зрения и спайдер, выполненный автоматическим и оснащенный датчиком наличия трубы, модуль крепления поясов фиксации кабеля КРБК с прижимным устройством, модуль замера длины труб с подвижными замерными механизмами с сервоприводами, снабженными энкодерами, модуль проверки резьбы труб с приводным калибром, модуль проверки кривизны и внутреннего диаметра труб, оборудованный шаблоном, кабину управления с панелью управления и креслом оператора, а также автоматизированную рабочую площадку-трансформер, оснащенную съемными боковыми ограждениями и складной выдвижной лестницей с перилами.

2. Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин по п. 1, отличающийся тем, что радиально-подъемная мачта-манипулятор оснащена роботизированными схватами, установленными с возможностью перемещения по ее линейным направляющим.

3. Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин по п. 1, отличающийся тем, что автоматический элеватор размещен с возможностью перемещения по направляющим подъемной мачты подъемного агрегата.

4. Робототехнический комплекс для текущего и капитального ремонта скважин по п. 1, отличающийся тем, что автоматический спайдер размещен на подвижной платформе автоматического гидравлического ключа, включающей подвижную стойку, верхнюю секцию для фиксации, свинчивания и развинчивания труб с цифровой камерой машинного зрения, и стопорный ключ.