Назначение и техническая характеристика буровых установок

Все операции, связанные с процессом бурения, осуществляются с помощью буровых установок.

Буровая установка – это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций по строительству скважин.

Современные буровые установки включают следующие составные части:

- буровое оборудование (талевый механизм, насосы, буровая лебедка, вертлюг, ротор, силовой привод и т.д.);

- буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркасно-панельные укрытия приемные мостки и стеллажи);

- оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спуско-подъемных операций, пневматический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);

- оборудование для приготовления, очистки и регенерации бурового раствора (блок приготовления, вибросита, песко- и илоотделители, подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и бурового раствора);

- манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-запорные устройства, буровой рукав);

- устройства для обогрева блоков буровой установки (теплогенераторы, отопительные радиаторы и коммуникации для развода теплоносителя).

Общий вид буровой установки, смонтированной на металличе­ском основании, показан на рис. 4. Буровая вышка 3 с балко­ном 7, устанавливаемая над устьем скважины, предназначена для выполнения спуско-подъемных операций (СПО) и удержа­ния бурильной колонны при бурении и обсадных труб при креп­лении скважины.

В состав буровой установки (рис. 6.1) входят основание силового при­вода 15 и в отдельных случаях основной лебедки; основание бу­ровых насосов 20 и их привода 19; приемные мостки и стеллажи для укладки бурильных и обсадных труб 24; наклонные прием­ные мостки используются для затаскивания по их поверхности в буровую оборудования и инструмента.

В вертикальном положении вышка удержива­ется с помощью оттяжек 9 и подкосов 13. Основание под вышку 22 служит для установки и закрепления на нем вышки, основной и вспомогательной лебедок, ротора, бурового ключа АКБ-ЗМ, механизма крепления неподвижного конца талевого каната и подсвечников для установки бурильных труб (свечей). На это основание укладывается деревянный или металлический пол 1.

Буровая лебедка 12 является одним из агрегатов в комплекте буровой установки. Она предназначена для спуско-подъемных операций, удержания бурильных труб, спущенных в скважину в процессе бурения, и других операций.

Талевая система состоит из кронблока 10, установленного на верхней площадке вышки, крюкоблока 6, подвешенного с по­мощью стального каната 8, и приспособления для крепления не­подвижного конца талевого каната. Система представляет собой полиспаст, кронблок которого является неподвижной частью, талевой блок и крюк составляет ее подвижную часть, а канат яв­ляется гибкой связью между ними. Один конец каната - ходо­вой - закрепляется на барабане буровой лебедки. Другой ко­нец - неподвижный - закрепляется при помощи приспособления, установленного под полом основания вышки. Применение тале­вой системы позволяет снизить усилие на ведущем конце каната, в результате чего значительно уменьшается его диаметр.

Вертлюг 5 имеет двойное назначение: удерживать колонну бурильных труб, спущенных в скважину, в подвешенном состоя­нии и давать возможность ей свободно вращаться вокруг своей оси в процессе бурения роторным способом; обеспечивать подачу бурового раствора под давлением в бурильные трубы как при спокойном их положении, так и при вращении.

Ротор 11 устанавливается над устьем скважины. При ротор­ном бурении он вращает с помощью ведущей трубы бурильную колонну с долотом. Стол ротора приводится во вращение при по­мощи цепной или карданной передачи. При турбинном бурении ротор препятствует вращению бурильных труб против часовой стрелки от действия реактивного момента, возникающего на за­бое скважины при вращении долота. При спуско-подъемных опе­рациях на роторе удерживается вся спущенная в скважину ко­лонна бурильных или обсадных труб как в процессе их развинчивания и свинчивания, Так и в процессе спуска и подъема.

Буровые насосы 20 - это один из главных видов оборудова­ния, входящего в состав любой буровой установки. От правильно подобранных насосов, их надежности и долговечности во многом зависит успех вращательного бурения. Они предназначены для за­качки бурового раствора в скважину. Давление, при котором ра­ботают насосы, зависит от глубины скважины, количества закачи­ваемого раствора, его вязкости и плотности, диаметра скважины и бурильных труб, диаметра отверстий в долоте.

При бурении скважин глубиной до 4000 м роторным способом давление может достигать 35 МПа. С использованием гидромониторных долот в бурении давление может повышаться до 50 МПа.

 

Буровой раствор из приемной емкости 21 самотеком или с по­мощью подпорного насоса попадает в буровые насосы, которые через специальные манифольды 17 нагнетают его через стояк, бу­ровой шланг 4 в горловину вертлюга 5 и далее в ведущую трубу, бурильные трубы, и через отверстия в долоте раствор выходит в зону разрушения породы - на забой. От забоя поток раствора с выбуренной породой по кольцевому пространству между стен­ками скважины и бурильными трубами поднимается к устью, затем попадает в желоба и механизмы 23 (вибросито), предназна­ченные для очистки от выбуренной породы и восстановления его качества. Затем раствор снова направляется в приемную ем­кость 21. Таким образом, с помощью насосов создается замкну­тая циркуляция бурового раствора. Обычно устанавливают два насоса, однако при необходимости число насосов увеличивается до трех-четырех.

Силовые приводы 15 бывают нескольких типов - дизельный, электрический и дизель-электрический. Наиболее приемлемый и экономичный - дизель-электрический с двигателями трехфазного переменного тока. На разведочных площадях, расположенных на большом расстоянии от источников электроэнергии, используют автономный дизельный привод. Суммарная мощность современ­ных буровых приводов достигает 3000 кВт. Существуют груп­повые приводы, когда от общего привода обслуживаются лебедка, ротор и насосы, и индивидуальные, когда каждый из этих видов оборудования имеет собственный привод.

Коробки перемены передач (КПП) 14 применяются в приводе лебедок, ротора, насосов цементировочных агрегатов. При ис­пользовании КПП можно ступенчато изменять частоту вращения ведомого вала и как следствие этого рационально использовать мощность силового привода. Редукторы, понижающие частоту вращения исполнительных механизмов, широко применяются в буровой технике. Их устанавливают в силовом приводе 15 ме­жду дизелями и трансмиссиями, в приводе лебедки У2-5-5, в при­воде ротора (установка БУ3000 ДГУ) и другом оборудовании.

Оборудование для приготовления и очистки бурового раствора предназначено для создания циркуляции бурового раствора на поверхности, а самое главное - для приготовления раствора с необходимыми качествами, очистки его от выбуренной породы и дегазации, а также для утяжеления.

В комплект буровых установок входят также ключ АКБ-ЗМ, компрессоры 16, грузовые краны 2, передвижные электростанции, станции управления 18 и другие механизмы.

Буровая установка в общем комплексе буровой техники за­нимает важное место. Исходя из бурения скважин на различные глубины, их назначения, геологических и географо-климатических условий требуется необходимое оптимальное количество типораз­меров буровых установок. Регламентированы следующие основные па­раметры: Q - нагрузка на крюке, допускаемая в процессе про­водки и крепления скважины, кН; L - условная глубина бурения скважины, м.

Первый параметр стандарта характеризует способность подъ­емного механизма буровой установки воспринимать все виды вертикаль­ных нагрузок от веса колонны, обсадных труб, а также нагрузок, возникающих при ликвидации аварий и осложнений в скважине. Второй параметр назван условным, так как допуска­емая глубина бурения скважины в каждом конкретном случае может быть уменьшена или увеличена по сравнению с условной в зависимости от типа и массы бурильных труб и компоновки бурильной колонны.

 

Буровые вышки

Буровая вышка представляет собой вертикальную металличе­скую конструкцию в виде усеченной пирамиды, сужающуюся кверху. Она состоит из боковых граней, верхняя часть которых снабжена рамой для монтажа кронблока, а нижняя часть граней крепится к основанию буровой. В средней части вышки смонти­рованы балкон для работы второго помощника бурильщика и магазин для размещения верхних концов свечей. Вышки оборудо­ваны лестницами.

Вышки различают по конструкции – мачтовые или башенные, по максимальной нагрузке, по размерам - высоте и площади ос­нования, по системе передачи нагрузки на основания, по степени разборности и способам монтажа.

Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-образные). Последние наиболее распространены.

В конструкцию мачтовой вышки А-образного типа входят подъемная стойка 1, секции мачты 2,3,4,6, пожарная лестница 5, монтажные козлы 7 для ремонта кронблока, подкронблочная рама 8, растяжки 9, 10, 14, оттяжки 11, тоннельные лестницы 12, балкон 13 верхнего рабочего, 15 - предохранительный пояс, маршевые лестницы 16, шарнир 17.

Рис. 6.2. Мачтовая вышка А-образного типа:   1 - подъемная стойка; 2, 3, 4, 6 - секция мачты; 5 - пожарная лестница; 7 - монтажные козлы для ремонта кронблока; 8 - подкронблочная рама; 9, 10, 14 - растяжки; 11 - оттяжки; 12 - тоннельные лестницы; 13 - балкон; 15 - предохранительный пояс; 16 - маршевые лестницы; 17 - шарнир.

 

А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.

Основные параметры вышки - грузоподъемность, высота, емкость «магазинов» (хранилищ для свечей бурильных труб), размеры верхнего и нижнего оснований, длина свечи, масса.

Грузоподъемность вышки - это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины.

Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300...500 м используется вышка высотой 16... 18 м, глубину 2000...3000 м - высотой - 42 м и на глубину 4000...6500 м - 53 м.

Емкость «магазинов» показывает какая суммарная длина бурильных труб диаметром 114...168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость «магазинов» показывает на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.

Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия работы буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бурильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2x2 м или 2,6x2,6 м, нижнего 8x8 м или 10x10 м.

Общая масса буровых вышек составляет несколько десятков тонн.

Буровое оборудование

Приводы буровых установок.

Под силовым приводом понимается комплексное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии или энергии топлива в механическую.

Основные элементы: двигатель, передаточное устройство от него к исполнительному механизму и устройства системы управления. Привод основных механизмов БУ (лебедки, насосов ротора) называется главным приводом. Приводы бывают электрическими, дизельными, дизель-электрическими, дизель-гидравлическими, газотурбиными.

Основные преимущества электропривода относительная простота в монтаже и в эксплуатации, высокая надежность и экономичность, но применяются только в электрифицированных районах.

Дизельный привод – высокий КПД, небольшой расход топлива и воды, небольшая масса на один кВт мощности. Недостаток – отсутствие реверса, для обслуживания требуется квалифицированный персонал.

Наибольшим преимуществом обладает привод от электродвигателя постоянного тока.

Приводы подразделяются на индивидуальные, когда один привод приводит в действие один механизм и групповые, один привод – несколько механизмов, а также многодвигательный привод примером которого является механизм рассиановки свеч в комплекте АСП-3М.