Буровая установка предназначена для бурения скважин различного назначения, отличающихся глубиной, диаметральными размерами и конструкциями. Эти отличия определяются целями бурения. Скважины бурят для решения инженерных, изыскательских, геофизических, структурно-- поисковых, геологоразведочных и нефтегазодобывающих задач. При этом существенное значение имеют климатические, геологические и дорожные условия, а также среда, где проводится бурение: суша или море.
Такое многообразие факторов предполагает необходимость разработки системного ряда буровых установок. Наличие такого ряда позволяет осуществить единственно целесообразный выбор типоразмера буровой установки для заданных условий бурения.
В связи с этим все типы буровых установок подразделяют на две категории:
первая -- для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения;
вторая -- для бурения неглубоких геологоразведочных, структурных и инженерного назначения скважин.
В нефтегазовой промышленности применяются буровые установки первой категории. Они обеспечивают бурение скважин вращательным способом для поисков и разведки месторождений, а также для добычи нефти и газа.
Анализируемая кинематическая схема.
|
Фамилия студента |
Кинематическая схема буровой установки |
Приложение |
||
|
БУ 5000/320 ДГУ-1 |
||||
|
Уралмаш 3Д - 86 |
||||
|
Уралмаш 5Д |
||||
|
БУ 3200/200 ДГУ - 1 |
||||
|
БУ 2500/160 ДГУ - М |
||||
|
БУ 3000 - БД |
||||
|
БУ 50 - БрД |
||||
|
БУ 75 - БрД - 70 |
||||
|
Иванников |
В соответствии с заданной кинематической схемой, выполнить описание передачи мощности от двигателей до крюка и стола ротора.
Вычислить КПД кинематической схемы от двигателей до крюка и стола ротора.
Вычислить скорости вращения валов, барабана лебёдки и стола ротора и построить диаграмму скоростей вращения.
1. Описание участка кинематической схемы, объединяющего мощность силовых двигателей
Примеры описания участка кинематической схемы выполним, используя фрагменты несколько кинематических схем.
Для более современных буровых установок применяется схема объединения мощности двигателей с применением цепной объединяющей трансмиссии.
Эта схема с малыми изменениями применяется в большинстве буровых установок. Рассмотрим её на примере БУ 80 БрД (рисунок 1)
Движение от первого дизеля передаётся через муфту на турботрансформатор. С него через карданный вал движение передаётся на ШПМ. Здесь обе полумуфты установлены на вале объединяющей трансмиссии. Полумуфта с шиной - глухо, а полумуфта с барабаном - на подшипниках качения. Поэтому потерь при такой установке муфты - нет.
Рисунок 1
С муфты движение передаётся на вал, далее через цепную передачу на выходной вал. (По рассмотренной выше причине потери в ШПМ на выходе из объединяющей трансмиссии не учитываем). С него, через карданный вал, движение передаётся на входной вал наклонного редуктора, далее через цепную передачу на входной вал коробки скоростей.
При передаче мощности от второго двигателя на коробку передач кинематическая цепочка, по сравнению с кинематической цепочкой от первого двигателя, удлиняется на одну цепную передачу и один вал.
При передаче мощности от третьего двигателя на коробку передач кинематическая цепочка ещё удлиняется на одну цепную передачу и один вал.
Формула расчёта КПД от первого двигателя до первичного вала коробки скоростей выглядит так
зд1-кор = зм * зтт * зкв * зв * зц * зв * зкв * зв * зц
зд1-кор = 0,991 * 0,9922 *0,991 0,991 *0,993 *0,991 *0,991 *0,991 *0,993 = 0,9934 = 0,711
зд2-кор = 0,9938 = 0,682
ри передаче мощности на насосы получаем такие же кинематические цепочки, только в нумерации первый и третий двигатели меняются местами.
При расчёте суммарной мощности приводов с турботрансформаторами, мощность двигателей просто складывается.
При постоянной скорости вращения валов двигателей, вторичный вал турботрансформатора будет изменять скорость вращения в зависимости от нагрузки. В среднем скорость вторичного вала турботрансформатора вдвое меньше скорости вращения вала двигателя.
2. Коробки перемены передач
Коробки перемены передач и передачи с них на лебёдку и на ротор выполняются по-разному на установках Волгоградского завода буровой техники и Уралмаш завода.
Коробки перемены передач Волгоградского завода буровой техники с планетарными передачами рассматривать не будем ввиду их редкого применения.
Наиболее часто коробки перемены передач Волгоградского завода буровой техники выполняются по схеме, ставшей почти стандартной. Рассмотрим её на примере БУ 80 БрД (рисунок 2)
Между первичным и вторичным валами коробки имеются четыре цепных передачи с различными передаточными отношениями, что позволяет вторичному валу вращаться с четырьмя скоростями. Эти четыре скорости передаются с помощью цепной передачи 5 (z=23 - z=72) на подъёмный вал лебёдки. Эти же четыре скорости через цепную передачу (z=31 - z=31), вал, коническую передачу (z=24 - z=25), вал, карданный вал передаются на ротор.
Отметим, что числа зубьев конической передачи на данной схеме не указаны. К сожаленью почти все кинематические схемы имеют такие недостатки. Найти необходимые данные можно рассмотрев другие родственные кинематические схемы. Так установки БУ 80 БрД и БУ 80 БрЭ отличаются видом применяемых двигателей. Коробки скоростей и лебёдки в них одинаковы. Используем данные с этой кинематической схемы.
При подсчёте КПД участка кинематической схемы следует учесть, что при работе может быть включена только одна скорость. Потери в цепных передачах, вращающихся в холостую считаются пренебрежительно малыми. Полумуфты для каждой из всех муфт на рассматриваемом участке кинематической схемы находятся на одном и то же вале. Следовательно - потерь в муфтах нет.
Рисунок 2
При расчёте КПД от первичного вала до крюка последовательность учёта КПД элементов следующая: КПД первичного вала коробки, КПД цепной передачи, КПД вторичного вала коробки, КПД цепной передачи, КПД подъёмного вала, КПД талевой системы. Здесь отметим, что КПД подъёмного вала отличается от КПД других валов (см. приложение 1).
КПД талевой системы также см. в приложении 1.
При расчёте КПД от первичного вала до ротора следует учесть следующие составляющие: КПД первичного вала коробки, КПД цепной передачи, КПД вторичного вала коробки, КПД цепной передачи, КПД вала, КПД конической зубчатой передачи, КПД вала, КПД карданного вала, КПД ротора.
Математическая запись КПД, будет следующей:
зпв-крюк = зв * зц * зв * зц * зпв * зтс
зпв-крюк = 0,991 * 0,993 * 0,991 * 0,993 * 0,993 * 0,9913 = 0,9924 = 0,786
Принята оснастка 4х5
зпв-ротор = зв * зц * зв * зц * зв * з кзп * зв * зкв * зротора
зпв-ротор = 0,991 * 0,993 *0,991 0,993 *0,991 *0,993 *0,991 *0,991 *0,997 = 0,9921 = 0,81
Расчёт скоростей вращения барабана лебёдки и стола ротора
Скорость вращения выходного вала двигателей равна 750об/мин.
Для удобства описания обозначим валы на которых происходит изменение скорости вращения римскими цифрами как показано на рисунке3.
На вале 1 имеем 750об/мин.
Для расчёта скорости вращения вала 2, приводимого во вращение от вала 1через цепную передачу (z=31 - z=46), выполним вычисление:
Где 31 - число зубьев звёздочки цепной передачи, находящейся на вале 1;
46 - число зубьев звёздочки цепной передачи, находящейся на вале 2.
Действуя аналогично, подсчитаем скорость вращения первичного вала 3 коробки передач:
Рисунок 3
Вторичный вал коробки передач 4 будет иметь четыре скорости.
Первая самая низкая скорость получится при наибольшем передаточном отношении:
По характеру воздействия на горные породы способы бурения подразделяются:
· механический,
· термический, физико-химический,
· электроискровой.
Наиболее широко применяются способы, связанные с механическим воздействием на горные породы. Механическое бурение осуществляется ударным и вращательным способами.
Ударное бурение скважин широко распространено при геолого-разведочных работах на воду, инженерно-геологических изысканиях, открытой разработке месторождений твердых полезных ископаемых, вентиляции горных выработок.
Ударное бурение . Буровой снаряд под собственным весом сверху падает на забой, разрушая долотом породу. Для равномерной обработки забоя и придания скважине цилиндрической формы необходимо после каждого удара снаряд поворачивать на некоторый угол. По мере разрушения породы канат постепенно сматывают с барабана лебедки, подавая долото вслед за продвигающимся забоем.
Принципиальная схема ударно-канатного механического бурения изображена на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема ударно-канатного бурения
1 – долото
2 – ударная штанга
3 – раздвижная штанга
4 – канатный замок
5 – канат
9 – мачта
10, 12 – ролики
13 – барабан лебедки
Долото (рисунок 2) служит для разрушения породы на забое и обработки стенок скважины. Основные элементы долота - рабочая головка с лезвиями 1, корпус 2, шейка с плоскими выемками 3для захвата инструментальным ключом и резьбовой конус 4для соединения с нижним концом ударной штанги.
В зависимости от разбуриваемых пород применяют долота с головками разной формы:
· плоское;
· крестовое;
· широкобортное.
 |
Рисунок 2. Долота для долота ударно-канатного бурения:
а-плоское; б-крестовое; в - широкобортное
В процессе бурения на забое скважины должна быть вода, в которой частицы разрушенной породы находятся во взвешенном состоянии. При достижении определенной величины плотности шлама долбление породы прекращают, лебедкой извлекают снаряд на поверхность и проводят чистку скважины.
Для предотвращения осыпания стенок в скважину спускают обсадные трубы.
Вращательное бурение. При бурении нефтяных и газовых скважин применяют вращательный метод, при котором скважина как бы высверливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы породы в процессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркулирующей струей бурового раствора или нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местонахождения двигателя вращательное бурение разделяют на роторное двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое колонной бурильных труб и бурение с забойным двигателем (гидравлическим или при помощи электробура) - двигатель переносится к забою скважины и устанавливается над долотом.
Процесс бурения состоит из следующих операций: спуско-подъемных работ (опускание бурильных труб с долотом в скважину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным долотом из скважины) и работы долота на забое (разрушение породы долотом). Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы предохранять стенки скважины от обвалов и разобщить нефтяные (газовые) и водяные горизонты.
Одновременно в процессе бурения скважин выполняют следующие вспомогательные работы: отбор керна, приготовление промывочной жидкости (бурового раствора), каротаж, замер кривизны, освоение скважины с целью вызова притока нефти (газа) в скважину и т. п. В случае аварии или осложнения (поломка бурильных труб, прихват инструмента и т.д.) возникает необходимость в дополнительных (аварийных) работах. Схема буровой для осуществления вращательного метода бурения показана на рисунке 3.
 |
Рисунок 3. Схема буровой установки для глубокого
вращательного бурения:
1 - долото; 2 - гидравлический забойный двигатель (при роторном бурении не устанавливается); 3 - бурильная труба; 4-бурильный замок; 5-лебедка; 6-двигатели лебедки и ротора; 7-верглюг; 5-талевый канат; 9-талевый блок; 10 крюк; 11-буровой шланг; 12-ведушая труба; 13-ротор; 14-вышка; 15-желоба; 16-обвязка насоса; 17-буровой насос; 18-двигатель насоса; 19-приемный резервуар (емкость)
Самая верхняя труба в колонне бурильных труб не круглая, а квадратная (она может быть также шестигранной или желобчатой). Она называется ведущей бурильной трубой. Ведущая труба проходит через отверстие круглого стола (ротора) и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз. Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, соединенная с ведущей трубой, может вращаться вместе с колонной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна.
К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга присоединяется гибкий шланг, через который в процессе бурения закачивается в скважину промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Жидкость через ведущую трубу и всю колонну бурильных труб попадает в долото и через отверстия в нем устремляется на забой скважины (при бурении гидравлическим двигателем промывочная жидкость вначале поступает в него, приводя вал двигателя во вращение, а затем в долото.) Выходя из отверстий в долоте, жидкость промывает забой, подхватывает частицы разбуренной породы и вместе с ними через кольцевое пространство между стенками скважины и бурильными трубами поднимается наверх, где направляется в прием насосов, предварительно очищаясь на своем пути от частиц разбуренной породы.
К верхней части (неподвижной) вертлюга шарнирно прикреплен штроп, при помощи которого вертлюг подвешивается на подъемном крюке, связанном с подвижным талевым блоком. На самом верху буровой вышки установлен кронблок, состоящий из нескольких роликов. Во время бурения колонна труб висит на крюке и опускается по мере углубления. Как только долото срабатывается, всю колонну труб поднимают на поверхность для его замены.
Пробурив с поверхности земли скважину на глубину 30-600 м, в нее спускают кондуктор, служащий для перекрытия слабых (неустойчивых) пород или верхних притоков воды и для создания вертикального направления ствола скважины при дальнейшем бурении. После спуска кондуктора проводят цементирование (тампонаж), т.е. закачивают цементный раствор через обсадные трубы в кольцевое пространство между ними и стенками скважины. Цементный раствор, поднимаясь вверх, заполняет затрубное пространство. После затвердения цементного раствора бурение возобновляется.
В скважину спускают долото, диаметр которого меньше диаметра предыдущей обсадной колонны. Затем в пробуренную до проектной глубины скважину опускают колонну обсадных труб (эксплуатационную колонну) и цементируют ее. Цементирование проводят для того, чтобы изолировать друг от друга водоносные и нефтеносные пласты. Если при бурении под эксплуатационную колонну возникают большие осложнения, препятствующие успешному бурению, то после кондуктора спускают одну или две промежуточные (технические) колонны.
Сегодня достаточно дорого, именно поэтому не каждый может позволить себе такое удовольствие на дачном участке. Конечная цена во многом зависит от глубины объекта. Чем этот параметр больше, тем дороже обойдется вам такой источник чистой и холодной воды. Тем не менее буровая установка своими руками изготавливается довольно просто. Таким образом, вы можете сделать скважину не только себе, но и немного подрабатывать. Давайте обо всем по порядку.
Классификация буровых установок
На сегодняшний день есть всего 4 разновидности буровых установок, которые так или иначе используются. Некоторые из них более популярны, другие менее. К примеру, установка, функционирующая по ударно-канатному принципу действия, является наиболее простой в изготовлении. По сути, это рама треугольной формы, к которой прикреплены трос и желонка.
Более популярны шнековые установки. В качестве рабочей детали на протяжении всего процесса используется шнек. Примечательно то, что скважинное отверстие за время бурения не промывается водой.
Еще более сложны в изготовлении роторные агрегаты. Они работают по принципу гидравлического бурения, что уже усложняет конструкцию. Существует также роторная ручная гидравлическая буровая установка. Своими руками сделать такой агрегат относительно просто, об этом мы скажем немного ниже.
О преимуществах самодельных установок
Конечно, есть большое количество плюсов буровой установки, собранной собственными силами. Во-первых, это экономия средств. Конечно, некоторые комплектующие вам придется покупать, но это не сравнится по цене с готовым оборудованием. В любом случае вы сохраните примерно 40-50% своих активов и при этом наберетесь опыта. Во-вторых, самодельная буровая установка будет иметь такие же технические характеристики, как и изделие заводского типа. Это довольно важный момент, так как вы можете собрать вполне производительное устройство. Обычно вес установки относительно небольшой, и её можно быстро разбирать и собирать. Наряду с достойной мобильностью, это позволит вам бурить скважины даже на самых труднодоступных участках. Как вы видите, достоинств хоть отнимай. Давайте перейдем к практической части и поговорим непосредственно о сборке.
Что нужно для начала?
Естественно, что просто так взять и сделать буровую установку не получится. Для этого предварительно нужно подготовиться. Желательно, чтобы к моменту сборки вы имели минимальный опыт работы со сваркой. Это существенно облегчит вам жизнь, так как не нужно будет привлекать специалистов или знакомых. Также под рукой должна быть электродрель и болгарка. Для чего все это нужно, мы рассмотрим несколько позже.
Но это еще далеко не весь список инструментов. Вам будет сложно обойтись без приспособления для создания внешней резьбы, а также разводного ключа и сантехнического креста. В качестве материала нам нужна оцинкованная труба и сгон ½ дюйма. Специальное покрытие в нашем случае обязательно, так как если не будет цинка, то труба быстро проржавеет. В этом нет ничего хорошего, так как её замена - это весьма проблематичное занятие. Ну а сейчас перейдем к практической части данной статьи.
Первый этап сборочных работ
В самом начале нам нужно подготовить отрезки трубы бурильной установки, которые являются её основной частью. Их соединение реализуется посредством сгонов и крестов. Чтобы не возникло никаких проблем, на концах каждого отрезка трубы предусматривается 2-сантиметровая внешняя резьба. К двум отрезкам приваривается металлическая пластина, она будет наконечником. Подобная установка будет эффективна только в том случае, если в место бурения будет постоянно подаваться вода. Это позволит удалять грунт, и тем самым постепенно углублять отверстие. Для подачи воды можно использовать обычный шланг, который присоединяется к отверстию крестовой заготовки. В приоритете подключение должно выполняться с помощью подходящего переходника. Ну а сейчас давайте пойдем дальше.
Мини-буровая установка своими руками: продолжаем работы
На данном этапе следует заняться резьбовыми соединениями. Нужно следить за тем, чтобы они получались прочными, так как от этого зависит продолжительность работы буровой установки. Обустроенный наконечник следует подключать к нижнему концу трубы, то есть к тому, который будет находиться в непосредственном контакте с обрабатываемой поверхностью. Соединение следует осуществлять с помощью сгона.
У вас должно быть под рукой несколько наконечников. Нужно это для того, чтобы в процессе работы их можно было менять. То есть в самом начале бурения используется самый короткий, а после того как получим отверстие в 1 метр глубиной, ставим более длинный. При этом вы должны понимать, что длина наконечника и заготовки различная. Бурение осуществляется посредством вращения рабочей установки. Остальную работу заостренный наконечник и вода сделают за вас. В целом же данный этап совсем несложный, главное, чтобы соединения получились качественными, а наконечники прочными. Кстати, последние необходимо периодически менять, так как они будут ломаться, тупиться и т. п.
Как сделать буровую установку своими руками?
Мы уже проделали примерно половину работ. Но дальше остались самые ответственные и важные этапы. Основа буровой конструкции собирается из профиля квадратного сечения. По большому счету это стойка с составляющими элементами нашей конструкции. Чтобы соединить опоры со стойками, необходимо использовать переходную площадку. Вполне естественно, что в данном случае проблематично обойтись без сварки. Если вы можете, то варите сами, если нет - позовите того, кто сделает это качественно.
Платформа и мотор крепятся к квадратному профилю. Последний устанавливается на стойке таким образом, чтобы он мог по ней передвигаться, то есть шарнирно по направляющим. Желательно, чтобы габариты профиля хотя бы чуть-чуть превышали размеры стойки. Любая своими руками изготовленная, должна иметь подходящий электродвигатель или бензиновый мотор. Независимо от типа силового элемента, его мощность должна быть не менее 0,5 л. с. Этого будет вполне достаточно для того, чтобы процесс бурения протекал нормально. Желательно, чтобы была возможность регулировки мощности, для этого между двигателем и рабочим органом должен устанавливаться промежуточный вал.
Завершаем работы
Теперь подключаем воду. Обратите внимание на то, что она должна подаваться к буру в течение всего периода работы. Если это простое правило не соблюдать, то эффективность бурения значительно снизится. Высокопроизводительные буровые установки с большим количеством оборотов нередко подразумевают наличие водяного охлаждения. В нашем случае это вовсе не обязательно, но вот удалять из скважины грунт нужно в любом случае. Если вы будете придерживаться всех вышеперечисленных правил, то все будет хорошо. При любом раскладе требуют ухода и периодического обслуживания самодельные буровые установки. Своими руками вы будете их ремонтировать, менять наконечник, осуществлять замену смазки в редукторе и т. п.
Заключение
В настоящее время существует огромное количество разновидностей самодельных установок для бурения скважин. Некоторые из них действительно хороши и имеют высокий КПД, конструкция других оставляет желать лучшего. К примеру, если вы решили делать буровую установку с патроном, то вес последнего должен быть как можно больше. Обусловлено это тем, что именно им будет осуществляться бурение. В качестве заготовки можно взять трубу диаметром 10-12 см и 10-20 см длиной. Этого должно быть вполне достаточно для эффективной работы.
Теперь вы знаете, как изготавливается буровая установка своими руками. В процессе сборки желательно использовать популярные чертежи, что позволит соблюдать габариты и конструктивные особенности. Ваша самодельная буровая установка будет не хуже любой заводской, а может, даже лучше.
Выполняет следующие функции:
- Поддержание бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой
- Спускоподъемные операций с обсадными и бурильными трубами
- Установка талевой системы и средств механизации спуско-подъемных операций, включая платформы верхового рабочего устройства, механизмы АСП и КМСП.
- Размещение бурильных труб
- Размещение извлеченных из скважины утяжеленных бурильных труб
Буровая вышка устанавливается над буровой скважиной для подъема и спуска бурового оборудования(обсадные трубы, забойные двигатели и тд.). Оборудована лестницами и специальной площадкой для взаимодействия и обслуживания кронблока, а так же платформой верхового рабочего, где устанавливаются бурильные свечи.
Буровая вышка в общем виде выглядит так:
Классификация буровых вышек:
По назначению:
Для мобилиных буровых установок , для морских буровых установок, для устройств капитального ремонта скважин, для кустовых и стационарных буровых установок.
По конструкции
Башенные и мачтовые.
Мачтовые вышки бывают A и П-образными, с открытой гранью и 4х-опорные.
Обычно буровые установки легкого и среднего классов комплектуются буровыми вышками мачтового типа, а в установках тяжелого класса применяют вышки мачтового и башенного типов.
Так же буровые вышки подразделяются на башенные и А-образные. А-образные получили наибольшую популярность и распространение, их особенность - две опоры, которые удерживают всю конструкцию в вертикальном положении.
Буровые вышки башенного типа применяются при бурении на море и при глубинном бурении.
Мачтовые вышки подразделяются на двухмачтовые (А-образные) и одномачтовые (с открытой передней гранью). Обе конструкции изготовляют из цельносварных габаритных секций трехгранного или прямоугольного сечения, соединяемых между собой быстроразъемными или фланцевыми соединениями. Преимущества их состоят в быстрой сборке вышки, хорошей просматриваемости, пониженной металлоемкости по сравнению с башенными буровыми вышками и возможности более удобного и легкого расположения механизмов СПО.
Вышки для буровых установок ВЗБТ (см. табл. 27):а - Б4.01.00.000; б - Сб01/БУ2500ЭУ;
в - Б1.01.00.000; Б11.01.00.000; Б11.01.000-01
Преимуществом башенных вышек является жесткость их конструкции, меньшая по сравнению с мачтовыми трудоемкость изготовления и стоимость.
В табл. 27-29 приведены параметры мачтовых буровых вышек, изготавливаемых заводом ВЗБТ и ПО "Уралмаш" (рисунки).
Башенная буровая вышка ВБМА 53х320 для морского бурения предназначена для комплектования буровых установок грузоподъемностью 1600...2000 кН для бурения нефтяных и газовых скважин глубиной 3000?5000 м со стационарных морских оснований с применением комплекса оборудования АСП (рисунок).
Башенная вышка ВБ 53x320М предназначена для комплектации оборудования на буровых установках "Уралмаш ЗД" и "Уралмаш 4Э" (подвески талевой системы, размещения кронблока и средств механизации) для бурения нефтяных и газовых скважин глубиной 3000?5000 м.
Конструкция вышки (рисунок) состоит из рамы подкронблочной площадки 1, секций ног 2, верхнего и нижнего балконов верхового рабочего 3, комплекта маршевых лестниц 4, поясов 5, диагональных тяг 6, арочных подкосов 7 и др.
Вам так же будет интересно:
Цель работы : Изучить назначение, устройство основных узлов и агрегатов буровых установок для глубокого бурения нефтегазоносных скважин, технические характеристики установок, главные параметры, порядок проведения скважин, провести выбор класса установки, а также рассмотреть основные конструкции и параметры буровых вышек, применение вышек и расчет их параметров.
Основные положения : Нефтегазоносной скважиной (рисунок 1) называется вертикальная или наклонно-горизонтальная выработка в массиве горных пород глубиной 500-8000 м до поверхности продуктивного пласта, при этом осевая протяженность скважины значительно превышает ее диаметр. Поиск, разведка и извлечение нефти и газа более чем в 90% производится через скважины, которые создаются буровыми установками путем вращательного или ударно-вращательного бурения. Интервалы скважины (направление, кондуктор, технические промежуточные колонны, эксплуатационная колонна) после бурения обсаживаются для предотвращения обвалов стенок специальными обсадными колоннами (рисунок 2).
Рисунок 1 - Конструкция скважин:
а - профиль; б - концентрическое расположение обсадных колонн в стволе скважины; в - графическое изображение конструкции скважин; г - рабочая схема конструкции скважины
Буровая установка (рисунки 2а, 2б) - это техническая система, включающая комплекс наземного оборудования (вышка, привышечные сооружения, силовой привод, лебедка, талевая система с кронблоком и талевым блоком, вращатель - ротор, оборудование для бурового раствора, вертлюг), которая, взаимодействуя с погружным оборудованием (буровая колонна, инструмент - долото), осуществляет технологический процесс проведения скважины.
Бурение скважин было изобретено до нашей эры в Китае, а позже забыто. В разных частях света издревле применялся принцип бурения для добычи соли и питьевой воды. Но в XIX в. бурение было взято на вооружение нефтедобытчиками и вновь возродилось. Это не было принципиально новым промышленным методом добычи, скорее заимствованным у добытчиков соли и бурильщиков водяных колодцев как метод, обеспечивавший более глубокое проникновение в недра земли и более эффективную добычу "земляного масла" (нефти).
Рисунок 2а - Буровая установка
С бурения первых промышленных скважин на нефть и начинается собственно история добычи нефти.
Первой, по настоящему нефтяной скважиной, целенаправленно пробуренной для добычи "черного золота", принято считать скважину, пробуренную в США в 1859 году в местечке Тайтусвилл (штат Пенсильвания) изыскателем Эдвином Дрейком по поручению бизнесмена Джорджа Бисселя.
В России первая скважина на нефть была пробурена в 1865 году в долине реки Кудако на Кубани.
В Республике Казахстан началом промышленного освоения ее запасов считается 29 апреля 1911 года, когда после года с начала бурения на промысле Доссор в местечке Карашунгул дала нефть с глубины 225 м скважина № 3. Скважина фонтанировала в течение 30 часов и дала 16700 пудов нефти.
Техника и технология бурения постоянно совершенствуются. Основным методом бурения на суше и на шельфе моря является вращательное (роторное, погружными бурами, верхнеприводное) с использованием шарошечных долот. Самая глубокая эксплуатационная скважина на нефть пробуренная на суше имеет глубину 6300 м (США, Калифорния), а пробуренная на море, включая толщу воды, - 7700 м (Мексиканский залив). Самая глубокая газовая эксплуатационная скважина - 8900 м (США, Техас). Максимально достигнутая глубина скважины 12100 м (Россия, Кольский полуостров). Одним из важнейших технологических достижений последних лет является развитие наклонно-направленного и горизонтального бурения: если в 1988 г. в мире было пробурено 200 скважин с горизонтальным стволом, то в 2010 г. - более 6000. При этом протяженность скважин достигла 10 км.
Рисунок 2б - Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения: 1 - талевый канат; 2 - талевый блок; 3 - вышка; 4 - крюк; 5 - буровой шланг; 6 - ведущая труба; 7 - желоба; 8 - буровой насос; 9 - двигатель насоса; 10 - обвязка насоса; 11 - приемный резервуар (емкость); 12 - бурильный замок; 13 - бурильная труба; 14 - гидравлический забойный двигатель (при роторном бурении не устанавливается); 15 - долото; 16 - ротор; 17 - лебедка; 18 - двигатели лебедки и ротора; 19 - вертлюг
Рисунок 3 - Функциональная схема буровой установки (цифрами указаны передаточные элементы)
1 - переводник и центратор; 2, 3 - переводник ведущей бурильной трубы и вертлюга; 4 - буровой крюк; 5 - ведущая ветвь каната; 6, 7, 9 - трансмиссия лебедки и роторного вращателя (ротор); 8 - линия высокого давления подачи бурового раствора в скважину; 10 - зажимы (клиновые вкладыши) ротора
Главными параметрами буровых установок являются допустимая нагрузка на буровом крюке талевой системы и глубина бурения скважины. По этим показателям буровые установки СНГ (выпуска Волгоградского завода буровой техники и Уралмаша) делятся на 11 классов (таблица 1)
Таблица 1. Технические характеристики буровых установок СНГ
|
Показатели |
Тип буровой установки |
||||||||||
|
Условная глубина бурения, м |
|||||||||||
|
Расчетная мощность на входном валу подъемного агрегата, кВт |
|||||||||||
|
Расчетная мощность привода ротора, кВт |
|||||||||||
|
Мощность бурового насоса |
|||||||||||
|
Скорость подъема крюка при расхаживании колонны, м/с |
|||||||||||
|
Скорость подъема элеватора (без нагрузки), м/с |
|||||||||||
|
Высота основания (отметка пола буровой), м |
|||||||||||
|
Просвет для установки стволовой части превенторов, м |
|||||||||||
|
Масса установки, т |
|||||||||||
|
Допускаемая глубина бурения, м |
Примечание: Установки БУ-10000 и БУ-12500 выпускаются заводом Уралмаш по специальному заказу.
Назначение основных узлов и агрегатов буровой установки
Буровая вышка - это сооружение над скважиной для спуска - подъема бурового инструмента, бурильных и обсадных труб, забойных двигателей, размещения бурильных свечей (соединений 2-3 бурильных труб) после подъема их из скважины, а также для защиты буровой бригады от атмосферного влияния.
нефтегазоносная скважина буровая установка
Талевая система предназначена для уменьшения натяжения талевого каната, снижения скорости движения бурового инструмента, обсадных и бурильных труб и состоит из неподвижного кронблока (рисунок 6) в верхней части вышки, талевого блока (рисунок 7), соединенного с кронблоком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно внизу буровой вышки и бурового крюка.
Буровая лебедка служит для выполнения следующих операций:
спуска-подъема бурильных и обсадных труб;
удержания на весу бурового инструмента;
подъема различных грузов и оборудования.
Вертлюг - это механизм, соединяющий невращающуюся талевую систему с буровым крюком с вращающейся буровой колонной и обеспечивающий подачу бурового раствора для охлаждения бурового инструмента и выноса шлама с забоя скважины.
Буровые насосы служат для нагнетания бурового раствора в скважину. При глубоком бурении используются двухцилиндровые поршневые насосы двойного действия или многоцилиндровые одинарного действия. Промывочная жидкость под давлением по напорному рукаву от насоса подается к перемещающемуся вертлюгу и далее по ведущей трубе и буровой колонне к инструменту.
Роторный вращатель (ротор ) передает через ведущую буровую трубу вращение бурильной колонне и инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент бурильной колонны, при оснащении ее погружным забойным двигателем (турбобуром, электробуром, винтобуром).
Силовой привод (электрический, дизельный, дизель-электрический) обеспечивает функционирование буровой установки. Электропривод от двигателей постоянного или переменного тока прост в монтаже и эксплуатации, но применим только в электрофицированных районах. Дизельный привод применим в районах не обеспеченных электроэнергией. Дизель - электрический привод состоит из дизеля, который вращает генератор, питающий электродвигатель.
Суммарная мощность привода буровой установки составляет 1000-4500 кВт и распределяется на приводы буровой лебедки, насосов, ротора, автоматического бурового ключа, клиновых пневмозахватов.
К привышечным сооружениям относятся:
помещения для размещения привода и буровой лебедки;
насосное помещение;
приемные мостки для подачи бурового технологического оборудования;
трансформаторная площадка;
стеллажи для размещения бурильных и обсадных труб.
Спуско-подъемные операции (СПО) по подъему и спуску буровых труб и обсадных колонн занимают 18-20% времени бурения и для их сокращения разработаны специальные механизмы типа МСП, АСП, АКБ-ЗМ, клиновые захваты и др.
Магазин (свечеприемник) предназначен для размещения и удержания бурильных свечей и утяжеленных бурильных труб, которые устанавливаются на платформе буровой установки вертикально на подсвечник и в магазин. Магазин представляет собой раму, разделенную на секции в виде гребенки. В установках с ручной расстановкой свечей на определенной высоте вышки монтируется площадка верхового рабочего, а в установках с АСП - располагается механизм расстановки свечей.
Направляющие. В последние годы в связи с развитием систем верхнего привода буровые установки оснащаются специальными съемными направляющими по высоте буровой вышки, длина которых определяется длиной хода вращателя (верхнего привода). Они изготавливаются из труб или профильного проката.
Процесс проведения бурения состоит из следующих операций:
установка в вертлюг и ротор ведущей трубы с долотом и бурение скважины на ее длину (13-15м);
подъем ведущей трубы из ротора, отвинчивание долота от ведущей трубы и ведущей трубы от вертлюга и установка ведущей трубы в шурф;
подъем крюком на элеваторе бурильной трубы, навинчивания на нее долота, установка на элеваторе или на клиньях ротора бурильной трубы с долотом, навинчивание на муфту бурильной трубы ведущей трубы и закрепление ее на вертлюге, спуск буровой и ведущей труб в ротор и закрепление ведущей трубы в роторе;
запуск ротора и бурового насоса для закачки бурового раствора;
по мере углубления скважины производится наращивание бурильной колонны свечами из 2-3 труб, вновь установка ведущей трубы на вертлюг и ротор и запуск бурового раствора и ротора.
Подъем колонны состоит из повторяющихся операций, которые заключаются в подъеме свеч, установке их на специальном подсвечнике внутри вышки.
После бурения каждого интервала скважины производится ее крепление обсадными трубами с их цементированием (рисунок 4).
Рисунок 4 - Цементирование
