Назначение, комплектация и классификация.

Буровая установка - это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологиче­ских операций. Современные буровые установки включают в себя сле­дующие составные части:

- буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг, ротор, привод, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции, пневмосистема);

- буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркасно-панельные укрытия);

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

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

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

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

Классификация и характеристики установок

1959 г. была принята отраслевая нормаль Н900-59, регла­ментирующая основные характеристики буровых установок для экс­плуатационного и глубокого разведочного бурения. В ней предусматрива­лось пять классов буровых установок, различающихся по грузоподъем­ности (50, 75, 125, 200 и 300 т). Ее заменила нормаль Н900-66 с изменения­ми и дополнениями. На основе этой нормали был разработан и действовал ГОСТ 16293-70, взамен которого ввели ГОСТ 16293-82.

Из параметров, включаемых в стандарты буровых установок, выделя­ется главный параметр, наиболее полно характеризующий эксплуатацион­ные возможности буровой установки. В период действия нормалей Н900-59 и Н900-66 в качестве главного параметра принималась номинальная грузо­подъемность, значение которой приводилось в шифре буровой установки (например, БУ80БрД или Уралмаш 125БД).

В ГОСТ 16293-70 были представлены девять классов буровых устано­вок, различающихся по максимальной нагрузке на крюке, допускаемой в процессе проходки и крепления скважины, и по условной глубине бурения скважины, определяемой исходя из массы 1 м бурильной колонны, равной 30 кг. После введения ГОСТ 16293-70 в шифр буровой установки вместо номинальной грузоподъемности была внесена условная глубина бурения (например, БУ2500ДГУ или БУ3000БД).

В ГОСТ 16293-82 включено 11 классов буровых установок, главными параметрами которых являются допускаемая нагрузка на крюке и услов­ный диапазон глубин бурения (табл. 14.1). Соответственно в шифре новых буровых установок указывают условную глубину бурения и допускаемую нагрузку на крюке (например, БУ1600/100ЭУ). К важным отличительным признакам, указываемым в шифре буровой установки, относятся тип сило­вого привода (Д - дизельный, ДГ - дизель-гидравлический, ДЭР - дизель-электрический регулируемый, Э - электрический на переменном токе, ЭП - электрический на постоянном токе и др.) и монтажеспособность бу­ровой установки (Универсальная монтажеспособность).

Комплектные буровые установки

для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения

Выпускаемые буровые установки периодически обновляются более производительными и надежными моделями, отвечающими возрас­тающим требованиям бурения и новейшим достижениям науки и техники. Повышение производительности и надежности буровых установок - пред­посылка успешного выполнения непрерывно возрастающих объемов буре­ния. Во многих случаях смена выпускаемых моделей происходит в связи с изменением параметров буровых установок.

В комплектные буровые установки входят буровое оборудование и со­оружения, оборудование системы циркуляции промывочного раствора, комплекс механизмов АСП для автоматизации спускоподъемных операции, регулятор подачи долота и др.

Широко распространены буровые установки на базе комплектов ос­новного бурового оборудования Уралмаш. Для морских буровых установок Уралмашзавод выпускает буровое оборудование ПБУ 6000/60ПЭМ и ППБУ 6000/200ППЭМ. На предприятиях бурения эксплуатируются снятые с про­изводства буровые установки БУ80БрД, БУ80БрЭ, Уралмаш 3000ЭУК, Урал-маш 3000ЭУ, Уралмаш 4000Э-1, Уралмаш 4000Д-1, Уралмаш 6500Э, Уралмаш 6500ДГ, а также отдельные опытные модели.

Буровые установки БУ2500ДГУ и БУ2500ЭУ разработаны взамен буро­вых установок БУ80БрД и БУ80БрЭ-1. Основное и вспомогательное обору­дование этих установок монтируется на отдельных блоках, транспортируе­мых гусеничными тяжеловозами.

На вышечном блоке размещаются вышка, буровая лебедка с коробкой перемены передач, ротор, трансмиссии лебедки и ротора, вспомогательный привод, ключ АКБ-3М2, вспомогательная лебедка, консольно-поворотный кран, пульт бурильщика и некоторое другое оборудование. Основание это­го блока представляет собой металлическую платформу с опорами. Лебедка со вспомогательным тормозом и рамой образует лебедочную секцию вышечного блока. Коробка перемены передач, трансмиссия лебедки и вспо­могательный привод с рамой входят в приводную секцию вышечного блока. Приводной блок БУ2500ДГУ состоит из трех секций: дизельной, трансмиссионной и воздухосборников. В дизельной секции установлены три силовых агрегата, мощность которых через карданные валы передается цепному суммирующему редуктору. В трансмиссионной секции установле­ны цепной суммирующий редуктор и две компрессорные станции. Цепной редуктор позволяет передавать мощность силовых агрегатов буровой ле­бедке, насосам, ротору и одной компрессорной станции (вторая компрес­сорная станция имеет индивидуальный электрический привод). В секции воздухосборников располагаются два воздухосборника, агрегат подогрева воздуха АПВ 200/140, фильтр-влагоотделитель и маслоотделитель.

Насосный блок состоит из двух насосных секций с пультом управле­ния насосами, необходимыми коммуникациями и компрессором высокого давления для зарядки пневмокомпенсаторов. Каждая насосная секция вклю­чает раму, трехпоршневойнасосодностороннего действия НБТ-600 и привод.

Дизель-генераторный блок состоит из основания с укрытием, двух ди­зель-электрических агрегатов, станций управления, сливных баков и акку­муляторных батарей.

Приемные мостки для укладки и подачи на буровую площадку буриль­ных и обсадных труб, а также других механизмов и инструмента состоят из стеллажей, горизонтальных и наклонных трапов.

Секционная конструкция позволяет при необходимости транспортиро­вать буровую установку более мелкими частями, состоящими из отдельных секций рассмотренных блоков.

Установка БУ3000БД с пятидизельным приводом применяется для бу­рения эксплуатационных и разведочных скважин в неэлектрифицирован-ных районах. Она комплектуется на заводе-изготовителе комплексом меха­низмов АСП для автоматизации спускоподъемных операций, вышкой, ос­нованием и каркасом укрытий.

БУ3000БЭ1 – модификация БУ3000БД. Благодаря электрическому при­воду эта установка имеет более простую кинематическую схему и большую производительность (планируемая проходка в год соответственно 5700 и 3540 м).

БУ3000ЭУК поставляется с буровыми сооружениями, обеспечивающи­ми универсальный монтаж и транспортировку (крупными и мелкими бло­ками, а также поагрегатно). Она предназначена для кустового бурения скважин в условиях Западной Сибири. БУ3000ЭУК-1 – модификация БУ3000ЭУК и отличается от нее эшелонным расположением блоков, позво­ляющим значительно увеличить число разбуриваемых скважин в одном кусте (БУ3000ЭУК позволяет пробурить 16 скважин в кусте). Модернизи­рованная буровая установка БУ3000ЭУК-1М имеет допускаемую нагрузку на крюке 2000 кН против 1700 кН в установках БУ3000ЭУК.

В БУ3000ДГУ используются дизель-гидравлические силовые агрегаты СА-10 с дизелем 6ЧН21/21 мощностью 475 кВт вместо дизелей В2-450. В лебедках БУ3000ЭУ используется электромагнитный вспомогательный тор­моз вместо гидродинамического. Двухпоршневые насосы двустороннего действия У8-6МА2 заменены более эффективными трехпоршневыми одно­стороннего действия УНБТ-950. Установки БУ3000ДГУ и БУ3000ЭУ в отли­чие от БУ3000БД и БУ3000БЭ поставляются с основаниями для универсаль­ного монтажа и транспортировки. БУ4000ГУ-Т предназначена для экспорта в страны с тропическим кли­матом. Конструктивное исполнение и состав поставки учитывают требова­ния заказчиков. Параметры ее соответствуют мировым стандартам. БУ4000Д-1 и БУ4000Э-1 отличаются от комплексов Уралмаш 3ДЦ-76 и Уралмаш 4Э-76 тем, что буровое оборудование поставляется заводом-изготовителем вместе с буровыми сооружениями, комплексом механизмов АСП, регулятором подачи долота, краном для обслуживания мостков, тале­вым механизмом с оснасткой 5×6 или 6×7 в зависимости от пожелания по­требителя.

БУ5000ДГУ и БУ5000ЭУ снабжены комплексом механизмов АСП, регу­лятором подачи долота, насосами УНБ-600 и буровыми сооружениями для универсального монтажа и транспортировки. Установка БУ5000ДГУ имеет дизель-гидравлический привод на базе силовых агрегатов СА-10.

БУ6500Э иБУ6500ДГ, заменившие Уралмаш 200Д-IV и Уралмаш 200Э-IV, оснащены комплексом АСП, насосами У8-7МА-2, дизель-гидравлическим приводом от агрегатов 1АДГ-1000, современным электрооборудованием и буровыми сооружениями для мелкоблочного монтажа.

Комплект бурового оборудования Уралмаш 6000ПЭМ предназначен для плавучих самоподъемных буровых установок типа Уралмаш 6000/60 ПБУ, используемых для бурения скважин при глубине моря 60м. Комплект оснащен регулируемым электрическим приводом лебедки, насосов и рото­ра, комплексом АСП, благодаря которому степень механизации спуско-подъемных операций достигает 75 %.

Комплект бурового оборудования Уралмаш 6000/200ППЭМ предназна­чен для плавучих полупогружных буровых установок.

Буровая установка состоит из комплекса сооружений и механизмов для удержания на весу бурильной колонны, ее подачи, спуска, подъема и наращивания, комплекса оборудования для обеспечения циркуляции буро­вого раствора в скважине, его очистки от выбуренной породы и газа, восста­новления его свойств, а также оборудования для вращения бурильной ко­лонны.

Оборудование для герметизации устья скважины состоит из глухих и проходных плашечных превенторов, универсальных и вращающихся пре-венторов и системы их управления.

Независимо от способа вращательного бурения для выполнения всех операций основная схема буровой установки и состав ее оборудования почти во всех случаях одинаковые и различаются только параметрами и конструкцией.

На рис. 1 показан общий вид, а на рис. 2 приведена функцио­нальная схема буровой установки для глубокого вращательного бурения с промывкой скважины буровым промывочным раствором.

Буровая установка состоит из вышки, поддерживающей на весу буриль­ную колонну, силового привода, оборудования для вращения и подачи бу­рового долота, насосного комплекса для прокачивания бурового раствора, устройств для его приготовления и очистки от выбуренной породы и газа и восстановления качества, комплекса оборудования для спуска и подъема ко­лонн для смены изношенного долота, оборудования для герметизации устья скважины, контрольно-измерительных приборов и других устройств. В ком­плект буровой установки также входят основания, на которых монтируют, а иногда и перевозят оборудование, мостки, лестницы, емкости для топли­ва, раствора, воды, химических реагентов и порошкообразных материалов.

Рис. 2. Функциональная схема буровой установки:

1 – переводник и центратор; 2, 3 – переводники ведущей трубы и вертлюга; 4 – крюк; 5 – ведущая ветвь каната; 6, 7, 9 – трансмиссии лебедки и ротора; 8 – линия высокого давления; 10 – зажимы ротора

Максимальная скорость бурения скважины достигается, когда харак­теристики применяемого оборудования наиболее полно удовлетворяют требованиям режимов бурения. Физико-механические свойства горных по­род, определяющие их буримость, изменяются в широких пределах, поэто­му буровая установка должна позволять изменять в достаточно широком диапазоне параметры режимов бурения. К факторам, определяющим ре­жим бурения, можно отнести соответствие типа и размеров долота услови­ям бурения, осевую нагрузку на него, частоту его вращения, количество и качество прокачиваемой жидкости или газа, время работы долота на забое.

Время работы долота на забое зависит от типа и конструкции долота, качества его изготовления, свойств разбуриваемых пород и режима экс­плуатации долота Средняя продолжительность пребывания долота на забое (в ч): для шарошечных долот при турбинном бурении в твердых породах 1,5-3, в мягких - 5-15, при роторном бурении в твердых породах 20-100, в мягких - 80-250, для режущих и истирающих долот при турбинном бу­рении 10-30, при роторном - 30-60, для алмазных долот в твердых породах 10-20 ч, в средних и мягких породах до 200. Все механизмы и агрегаты бу­ровой установки должны обеспечивать бесперебойную работу в течение указанного времени.

Эти данные ориентировочные. По мере применения долот новых ти­пов и улучшения режимов бурения время пребывания долот на забое мо­жет увеличиваться.

Для наращивания бурильной колонны процесс бурения останавливают через каждые 6, 9 или 12 м углубления скважины. Время, затрачиваемое на наращивание, составляет 3-10 мин. ведущую трубу с вертлюгом от колонны и устанавливают ее в шурф, нахо­дящийся вблизи устья скважины. Затем колонну наращивают на одну за­ранее подготовленную трубу. После наращивания колонну приподнимают, освобождают в роторе, опускают на длину добавленной трубы, вновь уста­навливают на роторе и соединяют ведущую трубу с бурильной колонной. Затем промывают скважину, спускают колонну до забоя и снова продол­жают бурение.

Число наращиваний колонны в процессе каждого рейса (долбления) определяется проходкой на долото и длиной добавляемой трубы, а время долбления - скоростью углубления и проходкой на долото, которые зависят от конструкции и качества изготовления долота, соответствия его типа про­ходимым породам, а также от режима бурения, глубины скважины, физи­ко-механических свойств буримых пород и свойств бурового раствора, квалификации буровой бригады и др. Однако во всех случаях по мере уве­личения глубины скважины показатели работы долот ухудшаются. После срабатывания долота поднимают бурильную колонну для его замены. Ско­рость движения колонны при подъеме зависит от мощности подъемной системы и в среднем составляет около 1 м/с и меняется в пределах 0,4-1,8 м/с в зависимости от веса и длины колонны.