Средства контроля и управления процессом промывки скважин.

Насосы

В системе промывки скважин буровые насосы предназначены для следующего:

1) нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки забои и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность;

2) охлаждения и смазки долота;

3) создания гидромони­торного эффекта при бурении долотами с насадками;

4) приведения в дейст­вие забойных гидравлических двигателей.

К буровым насосам предъявляют следующие основные требования:

· подача бурового промывочного раствора должна быть регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины;

· мощность насоса должна быть достаточной дли промывки скважины и привода забойных гидравлических двигателей;

· скорость промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной при устранении инерционных нагрузок и пульсаций давлении, вызывающих осложнении в бурении, дополнительные энергетические за­траты и усталостные разрушении;

· приспособлены дли работы с абразиво- и масло-содержащими коррозионно-активными промывочными растворами различ­ной плотности;

· узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособленными к удобной и быстрой замене при выходе из строи;

· крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены устройства­ми дли надежного захвата и перемещении при ремонте и техническом об­служивании;

· узлы и детали приводной части должны быть защищены от промывоч­ного раствора и доступны для осмотра и тех. обслуживания;

· приспособлены к транспортировке в собранном виде на далекие и близкие расстоинии и к перемещению волоком в преде­лах буровой;

· конструкции насосов должна допускать правое и левое расположение двигателей насосного агрегата;

· надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их эконо­мичностью и безопасностью эксплуатации.

Буровой насосотносится к объемным насосам, конструкция – поршневой насос. Тип бурового насоса – двух или – трех поршневой.

Манифольд

Манифольдом или линией нагнетания называется участок тру­бопровода (с запорно-регулирующей арматурой в виде задвижек, клапанов и т.д.) между буровым насосом и вертлюгом, по которому буровой рас­твор подается в бурильную колонну. Буровые насосы, входящие в комплект циркуляционной системы, имеют индивидуальные всасывающие линии и общий манифольд. Реже, при небольшом удалении от оси скважины, буро­вые насосы снабжаются индивидуальными манифольдами.

Манифольд (рис. 16.20) состоит из трубной обвязки 6 буровых насо­сов, трубной обвязки 8 вышечного блока, трубопровода 7, соединяющего обвязки в насосном и вышечном блоках, вспомогательною трубопровода 1 и пультов управления 4. Трубная обвязка насосов предназначена для пода­чи буровою раствора по отводам 2 насосов к распределителю с дроссель-но-запорными устройствами 5. Отводы включают набор трубных секций и переходных колен, необходимых для соединения нагнетательного' патрубка насоса с распределителем. На отводах устанавливают задвижки для слива бурового раствора, а также манометры с предохранительным устройством. Задвижки 3 распределителя служат для подачи бурового раствора в сква­жину либо в перемешивающие и очистные устройства циркуляционной системы.

Трубная обвязка 8 вышечного блока состоит из стояка и распре­делительно-запорного устройства, позволяющего подавать буровой раствор в вертлюг либо в иревентор, а также откачивать его от цементировоч­ного агрегата. Стояк представляет собой набор трубных секций с лин­зовыми соединениями (рис. 16.21). К стояку крепится изогнутое колено для присоединения буровою рукава, по которому раствор подается в вертлюг.

Для плавного перевода бурового насоса с холостого режима работы на рабочий применяют дроссельно-запорное устройство [рис. 16.22), которое приводится в действие сжатым воздухом, поступающим от компрессорной станции буровой установки. Управление этим устройством осуществляется четырехклапанным краном, установленным на пульте управления.

Рис. 16.20. Схема манпфольда

Вертлюг

Вертлюг - предназначен для подвода бурового раствора во вращающуюся бурильную колонну. В процессе бурения вертлюг подвешивается к автоматическому элеватору либо к крюку талевого механизма и посредством гибкого буро­вого рукава соединяется со стояком напорного трубопровода буровых на­сосов. При этом ведущая труба бурильной колонны соединяется с помо­щью резьбы с вращающимся стволом вертлюга, снабженным проходным отверстием для бурового раствора.

Во время спускоподъемных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким рукавом (шлангом) отводится в шурф и отсоеди­няется от талевого блока.

При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических проворачиваний бурильной колонны с це­лью предотвращения прихватов.

В процессе эксплуатации вертлюг испытывает статические осевые на­грузки от действия веса бурильной колонны и динамические нагрузки, соз­даваемые продольными колебаниями долота и пульсацией промывочной жидкости. Детали вертлюга, контактирующие с раствором, подвергаются абразивному износу. Износостойкость трущихся деталей вертлюга снижа­ется в результате нагрева при трении.

К вертлюгам предъявляются следующие основные требования:

· попе­речные габариты не должны препятствовать его свободному перемещению внутри вышки при наращивании бурильной колонны и спускоподъемных операциях;

· узлы и детали должны быть удобными для быст­рой замены в промысловых условиях;

· подвод и распределение масла должны обеспечить эффективную смазку и охлаждение трущихся деталей вертлюга;

· устройство для соединения с талевым блоком должно быть надежным и удобным дли быстрого отвода и выноса вертлюга из шурфа.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ ВЕРТЛЮГА

Вертлюги, применяемые в буровых установках для бурения эксплуатационных и глубоких разведочных скважин, имеют общую конст­руктивную схему и различаются в основном по допускаемой осевой на­грузке. Конструктивные отличия некоторых узлов и деталей отечественных и зарубежных вертлюгов обусловлены требованиями изготовления и сбор­ки, разрабатываемых с учетом производственных возможностей заводов-изготовителей, а также периодической модернизацией вертлюгов с целью повышения их надежности и долго вечности.

На рис. 16.25 показано устройство современных вертлюгов. Корпус 4 вертлюга изготовляется из углеродистой или низколегированной стали и представляет собой полую отливку с наружными боковыми карманами для штропа 12, посредством которого вертлюг подвешивается к крюку талевого механизма. Штроп имеет дугообразную форму и круглое поперечное сече­ние. Он изготовляется методом свободной ковки из легированных сталей марок 40ХН, ЗВХГН, ЗОХГСА.

Рис. 16.23. Вертлюг УВ-250

На высаженных концах штропа растачиваются отверстия дли пальцев 7, соединяющих штроп с корпусом вертлюга. Пальцы устанавливаются в горизонтальных расточках карманов и корпуса и предохраняются от выпа­дения и проворотов стопорной планкой 8, которая входит в торцовый паз кольцо и приваривается к корпусу вертлюга. При отводе ведущей трубы в шурф штроп вертлюга отклоняется от вертикали и занимает положение, удобное для разьединения и соединения его с крюком талевого меха­низма.

Угол поворота штрона ограничивается стенками карманов корпуса вертлюга и не превышает 45°. На пальцах штропа выполнены смазочные канавки и отверстия с резьбой для пружинных масленок. Резьба смазоч­ных отверстий используется для завинчивания рым-болтов, с помощью ко­торых проводится распрессовка пальцев вертлюга.

В корпусе вертлюга на упорных и радиальных подшипниках вращается ствол 5 с переводником 1 для соединения вертлюга с ведущей трубой бу­рильной колонны. Ствол представляет собой стальной цилиндр с централь­ным проходным отверстием для промывочной жидкости и с наружным фланцем для упорных подшипников. Ствол вращается с частотой бурового ротора и испытывает нагрузки, создаваемые буровым инструментом и промывочной жидкостью, нагнетаемой в скважину. По сравнению с други­ми несущими узлами и деталями ствол вертлюга наиболее нагружен. Это предъявляет повышенные требования к его прочности. Стволы вертлюгов изготовляют из фасонных поковок, получаемых методом свободной ков­ки. Благодари применению таких заготовок снижаются расход материала и затраты на механическую обработку. Для стволов используют стали марок 40Х, 40ХН, 38ХГН, приобретающие в результате ковки более со­вершенную кристаллическую структуру и повышенные механические свойства.

Осевое положение ствола вертлюга фиксируется упорными подшип­никами 6 и 9. Основная опора ствола — подшипник б, нагружаемый весом ствола и бурового инструмента, когда вертлюг посредством штропа удер­живается в подвешенном состоянии. Вспомогательной опорой ствола явля­ется подшипник 9, нагружаемый собственным весом корпуса и других нев-ращающихся деталей, когда вертлюг опирается на ствол, а штроп вертлюга находится в свободном состоянии. Это происходит при установке вертлюга с ведущей трубой в шурф и в процессе бурения скважины, когда из-за не­достаточного веса бурильной колонны нагрузку на долото до полня юг весом вертлюга.

В рассматриваемой конструкции вертлюга в основной опоре ствола установлен упорный подшипник с короткими цилиндрическими роликами. Благодаря укороченной длине снижается скольжение роликов относитель­но колец при вращении ствола. Это благоприятно влияет на износ и нагрев подшипников. Подшипники с коническими и сферическими роликами об­ладаю! большей нагрузочной способностью по сравнению с подшипника­ми, имеющими короткие цилиндрические ролики. Поэтому в тяжело на­груженных вертлюгах преимущественно применяются упорные подшипни­ки с коническими либо сферическими роликами. Для повышения долго­вечности в модернизированных вертлюгах ОАО «Уралмашзавод» (УВ-250 МЛ1 используются конические упорные подшипники.

Для центрирования роликов относительно ствола подшипник 6 снаб­жен внутренним сепаратором. Наружный сепаратор предохраняет ролики от смещения под действием центробежных сил. В менее нагруженной вспомогательной опоре используется шариковый упорный подшипник. Ствол центрируется в корпусе радиальными роликовыми подшипниками 3 и 10. Упорные подшипники центрируются по кольцу, установленному на стволе. Второе кольцо является свободным и благодаря этому самоцентрируется относительно тел качения подшипника.

Осевое положение ствола и натяг подшипников 9 и 10 регулируют прокладками между корпусом 4 и крышкой 14 вертлюга. Осевой натяг нижнего радиального подшипника регулируют установочной втулкой, на­винченной на ствол вертлюга и предохраняемой от отвинчивания стопор­ными винтами. Наружное кольцо подшипника удерживается пружинным стопором, установленным в кольцевом пазу корпуса. Для соединения верт­люга с ведущей трубой бурильной колонны используется сменный нип­пельный переводник 1, предохраняющий резьбу ствола от износа и меха­нических повреждений.

На стволе вертлюга и верхнем переводнике ведущей трубы выполнена внутренняя резьба, поэтому для их соединения используется переводник ниппельного типа. С целью предотвращения самоотвинчивания при враще­нии долота на стволе вертлюга, переводниках и верхнем конце ведущей трубы выполнена левая резьба. Нижний переводник ведущей трубы и все другие соединения бурильной колонны имеют правую резьбу, совпадаю­щую с направлением вращения долота.

Корпус вертлюга закрывается верхней 14 и нижней 2 крышками с центральными отверстиями дли выводных концов ствола. Крышки крепятся к корпусу болтами. Верхняя крышка снабжена стойками и вторым флан­цем, на котором укреплен отвод 11 для соединения вертлюга с буровым шлангом. Из отвода промывочная жидкость поступает в проходное отвер­стие ствола через промежуточное устройство 13.

Полость между корпусом 4 с крышками 14, 2 и стволом вертлюга 5 за­полняется жидким маслом для смазки основного и нижнего радиального подшипников. Стакан 15 ствола образует отдельную масляную ванну для смазки вспомогательного и верхнего радиального подшипников. Масло за­ливается через отверстие в верхней крышке корпуса. Для слива отработан­ного масла предусмотрено отверстие в нижней крышке корпуса. Уровень масла проверяется контрольной пробкой, ввинченной в корпус вертлюга. Масляные отверстия закиываютсн оезьбовыми пообками.

Контрольные вопросы:

1.Для чего нужны центрифуга, серпаратор?

2.Для чего нужны буровые насосы?

3. Назначение и основное устройство конструкции манифольда.

4.Расскажите назначение и основное устройство вертлюга

5. Схема блока приготовления раствора

Литература

1. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Заканчивание скважин: Учеб. пособие для

вузов. — М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 670 с.

2. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учеб. для вузов. — М.: Недра,1988. — 501 с.

3. Болденко Д.Ф., Болденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели. — М.:Недра,

1999. — 375 с

и газовых скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. — 679 с.

4. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых

скважин: Учеб. для вузов. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001.— 679 с.

5. .Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Осложнения и аварии при бурении нефтяных