Буровые установки, оборудование и инструмент

Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.

Буровые установки

Буровая установка - это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважины. В состав буровой установки входят (рис. 4):

Рис. 4. Схема бурения скважины

· уровая вышка;

· оборудование для механизации спуско-подъемных операций;

· наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении;

· силовой привод;

· циркуляционная система бурового раствора;

· привышечные сооружения.

Буровая вышка - это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение двух-трех бурильных труб между собой длиной 25...36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.

Различают два типа вышек: башенные (рис. 5) и мачтовые (рис. 6). Их изготавливают из труб или прокатной стали.

Рис. 5. Вышка ВМ-41:

1 - нога; 2 - ворота; 3 - балкон; 4 - подкронблочная площадка; 5 - монтажные козлы; б - поперечные пояса; 7 - стяжки; 8 - маршевая лестница

Рис. 6.Мачтовая вышка А-образного типа:

1 - подъёмная стойка; 2, 3, 4, 6 - секции 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

Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Ее основными элементами являются ноги 1, ворота 2, балкон 3 верхнего рабочего, иодкронблочная площадка 4, козлы 5, поперечные пояса 6, стяжки 7, маршевая лестница 8.

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.

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 И 4...168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость «магазинов» показывает на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.

Размеры верхнего инижнего 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.

Оборудование для механизации спуско-подъемных операцийвключает талевую систему и лебедку. Талевая системасостоит из неподвижного кронблока(рис. 7), установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока(рис. 8),соединенного с кронблоком талевым канатом,один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка.

Рис.7. Кронблок:1 - шкивы; 2 - ось; 3 - рама;4-предохра-нительный кожух; 5-вспомогательные шкивы;

Рис.8. Талевый блок:1 - траверса; 2 - шкивы; 3 - ось; 4 - предохранительные кожухи; 5 - щеки; 6 - серьга;

Талевая система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке предназначен в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

Иногда применяют крюкоблоки- совмещенную конструкцию талевого блока и бурового крюка.

На крюке подвешивается бурильный инструмент: при бурении - с помощью вертлюга, а при спускоподъемных операциях - с помощью штропов и элеватора (рис. 9).

Рис. 9. Схема подвешивания бурильной трубы при спуско-подъёмных операциях:

а - схема; б - элеватор 1 - бурильная труба; 2 - элеватор; 3 - штроп

Буровая лебедкапредназначена для выполнения следующих операций:

1) спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

2) удержания на весу бурильного инструмента;

3) подтаскивания различных грузов, подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установок и т.п.

Буровая установка комплектуется буровой лебедкой соответствующей грузоподъемности.

Для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию замковых соединений бурильной колонны внедрены автоматические буровые ключи АКБ-ЗМ и подвесные ключи ПБК-1, пневматический клиновой захват ПКР-560 для механизированного захвата и освобождения бурильных труб.

Ключ АКБ-ЗМ(рис. 10) устанавливается между лебедкой и ротором 4 на специальном фундаменте.

Рис. 10. Ключ буровой АКБ-ЗМ:

1 - блок ключа; 2 - каретка с пневматическими цилиндрами; 3 - стойка; 4 - пульт управления

Его основными частями являются блок ключа 1, каретка с пневматическими цилиндрами 2, стойка 3 и пульт управления 5. Блок ключа - основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, которая перемещается при помощи двух пневматических цилиндров по направляющим: либо к бурильной трубе, установленной в роторе, либо от нее.

Зажимные устройства, как и механизм передвижения блока ключа, работают от пневматических цилиндров, включаемых с пульта управления 4. Для этого в систему подается сжатый воздух от ресивера.

Ключ ПБК-1подвешивается в буровой на канате. Высота его подвески регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления.

Пневматический клиновой захват ПКР-560служит для механизированного захвата и освобождения бурильных и обсадных труб. Он монтируется в роторе и имеет четыре клина, управляемых с пульта посредством пневмоцилиндра.

Наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении,включает вертлюг, буровые насосы, напорный рукав и ротор. Вертлюг(рис. 11) - это механизм, соединяющий не вращающиеся талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами, а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением.

Рис. 11 .Вертлюг: 1-подшипники; 2-корпус; 3-салышки; 4-штрощ 5-напорная труба; 6-крышка корпуса; 7-ствол

Корпус 2 вертлюга подвешивается на буровом крюке (или крюкоблоке) с помощью штропа 4. В центре корпуса проходит напорная труба 5, переходящая в ствол 7, соединенный с бурильными трубами. Именно к напорной трубе присоединяется напорный рукав (рис. 11) для подачи промывочной жидкости в скважину. Напорная труба и ствол жестко не связаны, а последний установлен в корпусе 2 на подшипниках 1, чем обеспечивается неподвижное положение штропа, корпуса и напорной трубы при вращении бурильных труб вместе со стволом. Для герметизации имеющихся зазоров между неподвижной и подвижной частями вертлюга служат сальники 3.

Буровые насосыслужат для нагнетания бурового раствора в скважину. При глубоком бурении их роль, как правило, выполняют поршневые двухцилиндровые насосы двойного действия. Напорный рукав(буровой шланг) предназначен для подачи промывочной жидкости под давлением от неподвижного стояка к перемещающемуся вертлюгу.

Ротор(рис. 12) передает вращательное движение бурильному инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем.

Рис. 12.Ротор:

1-станина; 2-стол с укрепленным зубчатым венцом; 3 - зажимы; 4 - вкладыши; 5 - кожух; б – вал

Ротор состоит из станины 1, во внутренней полости которой установлен на подшипнике стол 2 с укрепленным зубчатым венцом, вала 6 с цепным колесом с одной стороны и конической шестерней - с другой, кожуха 5 с наружной рифельной поверхностью, вкладышей 4 и зажимов 3 для ведущей трубы. Во время работы вращательное движение от лебедки с помощью цепной передачи сообщается валу и преобразуется в поступательное вертикальное движение ведущей трубы, зажатой в роторном столе зажимами.

Силовой приводобеспечивает функционирование всей буровой установки (рис. 6.13) - он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.

Рис. 13. Функциональная схема установки:

1,2,3 - трансмиссии; 4 - ведущая ветвь каната; 5 - манифольд высокого давления со стояком и шлангом; 6 - вкладыши ротора

Привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель- электрическим и дизель-гидравлическим. Дизельный приводприменяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический приводиз дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический приводсостоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора. При проведении спускоподъемных операций основная энергия потребляется лебедкой, а остальная часть - компрессорами, вырабатывающими сжатый воздух, используемый в качестве источника энергии для автоматического бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата и др.

Циркуляционная система буровой установкислужит для сбора и очистки отработанного бурового раствора, приготовления новых его порций и закачки очищенного раствора в скважину.

Рис. 14. Циркуляционная система бурового раствора: 1 - устье скважины; 2 - желоб; 3 - вибросито; 4 - гидроциклон; 5 - блок приготовления бурового раствора; 6 — ёмкость; 7 - шламовый насос; 8 - приёмная ёмкость; 9 - буровой насос; 10 - нагнетательный трубопровод

Она включает (рис. 14) систему отвода использованного раствора (желоба 2) от устья скважины 1, механические средства отделения частичек породы (вибросито 3, гидроциклоны 4), емкости для химической обработки, накопления и отстоя очищенного раствора 6,8, шламовый насос 7, блок приготовления свежего раствора 5 и буровые насосы 9 для закачки бурового раствора по нагнетательному трубопроводу 10 в скважину.

К привышечным сооружениямотносятся:

1. помещение для размещения двигателей и передаточных механизмов лебедки;

2. насосное помещение для размещения буровых насосов и их двигателей;

3. приемные мостки, предназначенные для транспортировки бурового технологического оборудования, инструмента, материалов и запасных частей;

4. запасные резервуары для хранения бурового раствора;

5. трансформаторная площадка для установки трансформатора;

6. площадка для размещения механизмов по приготовлению
бурового раствора и хранения сухих материалов для него;

7. стеллажи для размещения труб.