Назначение, техническая характеристика буровой установки

      Очень широко применяют вышки мачтового типа (А-образные вышки). Вышки А-образные секционные мачтового  типа представляют собой А-образную  металлическую конструкцию,  состоящую из двух-, трех- или четырехгранных ног и двух подкосов. Вверху ноги соединяются между собой подкронблочной рамой, на которой монтируется кронблок. Внизу ноги вышки крепятся в опорах вышечного основания. Для предохранения от случайного падения свечей бурильных труб на вышке устанавливаются предохранительные  пояса. Вышки А-образного типа по сравнению с вышками башенного типа имеют ряд преимуществ: на  их изготовление тратится меньше – металла, они имеют меньшее число деталей, облегчается их монтаж и демонтаж, улучшаются условия работы по затаскиванию труб в буровую и выбросу их на мостки из буровой, а также обзорность в буровой.

      Одновременно с монтажом буровой вышки ведут строительство привышечных сооружений. К привышечным относятся следующие сооружения.

      1.  Редукторный (агрегатный) сарай, предназначенный для укрытия двигателей и передаточных механизмов лебедки. Его пристраивают к фонарю вышки со стороны  ее задней панели в направлении, противоположном мосткам. Размеры редукторного сарая определяются типом установки.

      2.  Насосный сарай для размещения  и укрытия буровых насосов и силового оборудования. Насосный сарай строят или  в виде пристройки сбоку фонаря вышки редукторного сарая, или в стороне от вышки. В первом случае размеры сарая 5×15 м, во втором – 9×14 м, высота сарая 4,5-5 м.

      Стены и крышу редукторного и насосного сараев в зависимости от конкретных условий обшивают досками, гофрированным железом,  камышитовыми щитами, резинотканями или полиэтиленовой пленкой.

      Использование некоторых буровых установок требует совмещения редукторного и насосного сараев.

     3.  Приемный мост, предназначенный для укладки бурильных, обсадных и других труб и для перемещения по нему оборудования, инструмента, материалов и запасных частей. Приемные мосты бывают горизонтальные и наклонные. Высота установки приемных мостов регулируется высотой установки рамы буровой вышки, Ширина приемных мостов до 1,5-2 м, длина до 18 м.

      4.  Система устройств для очистки промывочного раствора от выбуренной по-роды, а также склады для химических реагентов и сыпучих материалов.

      5.  Ряд вспомогательных  сооружений: при бурении на электроприводе – трансформаторные площадки, при бурении на ДВС – площадки, на которых находятся емкости для горюче-смазочных материалов, и т.п.

      6.  Соцкультобъекты: культбудка, столовая, вагоны-общежития и т. п.

 БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ

      Буровую лебедку применяют для спуска и подъема бурильной колонны, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной бурильной колонны или медленного ее опускания (подачи) в процессе бурения. Кроме того, в ряде случаев, буровая лебедка используется для передачи мощности  от двигателя к ротору, свинчивания и развинчивания труб, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ. Лебедка является одним из основных агрегатов буровой установки.

      При подъеме крюка мощность подводится к лебедке от двигателей, а при спуске,наоборот, тормозные устройства должны  преобразовывать всю освободившуюся энергию в теплоту.

      Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены на подшипниках качения  подъемные и трансмиссионные (один или два) валы, ленточный и гидравлический или электрический тормоза и пульт управления. Кроме того, на некоторых лебедках монтируются коробки  перемены передач,  позволяющие сократить число валов лебедки.

      Буровые лебедки оборудуются  двумя видами тормозов: ленточными и гидравлическими или электрическими. Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб на весу, регулирования скорости  спуска и полного торможения в конце спуска, а также для подачи долота в процессе бурения, если бурят без автомата подачи. Буровые лебедки  обычно снабжаются двухленточными тормозами с ручным и  пневматическим управлением

 ТАЛЕВАЯ СИСТЕМА

      Талевая (полиспастовая) система буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения  барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка и уменьшения нагрузки на ветви каната

      Через канатные шкивы кронблока и талевого блока в определенном порядке пропускается стальной талевый канат, один конец которого крепится неподвижно. Другой конец, называемый ходовым (ведущим), крепится к барабану лебедки.

      Кронблок представляет собой раму, на которой смонтированы оси и опоры со шкивами. Иногда рама выполняется за одно целое с верхней частью вышки.

      Оснастка талевой системы. По мере углубления скважины вес груза, который приходится поднимать или спускать, беспрерывно увеличивается. Так как двигатель для лебедки подбирается исходя из условий подъема или спуска груза максимального веса, то совершенно очевидно, что в процессе бурения скважины он используется неэффективно. Полная мощность его используется только при достижении проектной глубины скважины и то лишь при подъеме первых свечей. Поэтому стремятся подобрать такой полиспастовый механизм, который потребовал бы меньшей мощности. Это достигается применением различных оснасток талевой системы: 2×3; 3×4; 5×6; 6×7.

      Буровые крюки и крюкоблоки. Буровые крюки изготовляют в  виде отдельных крюков или крюков, соединенных с талевым блоком (крюкоблоки). Они служат для подвешивания при помощи штропов с элеватором бурильной и обсадной колонн в процессе спуско-подъемных работ, в процессе бурения для подвешивания вертлюга с бурильной колонной, а также для подъема, спуска и подтаскивания грузов при буровых и монтажно-демонтажных работах.

      По конструкции крюки бывают одно-, двух-  и трехрогие. В настоящее время трехрогие крюки почти  полностью вытеснили двурогие  и однорогие крюки. Наличие трех рогов позволяет штропы, подвешенные на боковые рога крюков в начале бурения, не снимать до конца бурения скважины, в результате чего облегчается труд буровой бригады и сокращается время, затрачиваемое на вспомогательные операции.

      По способу изготовления крюки бывают коваными, составными, пластинчатыми и литыми.

 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СПО

      Для  производства спуско-подъемных операций буровая бригада должна быть оснащена, во-первых, инструментами для захвата и подвешивания колонны труб (элеваторами, клиновыми захватами и т. п.) и, во-вторых, инструментом для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб (машинные ключи, круглые ключи и т. п.).

      Инструмент для захвата и подвешивания колонны труб. В качестве такого инструмента применяют элеваторы, клинья и спайдеры (элеваторы с плашечными захватами). Устройства для захвата и подвешивания колонн различаются по размерам и грузоподъемности.

      Инструменты для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб.

      В качестве такого инструмента применяют различные ключи. Одни из них предназначаются для свинчивания, а другие  для крепления и открепления резьбовых соединений колонны, Обычно легкие круговые ключи для предварительного свинчивания рассчитаны на замки одного диаметра, а тяжелые машинные ключи для крепления и открепления резьбовых соединении на два, а иногда и более размеров бурильных труб и замков.

      Механические ключи для свинчивания и крепления труб. С целью  облегчения труда и ускорения процесса спуска и подъема широко применяют:

      1.  Стационарные  автоматические ключи типа АКБ, полностью механизирующие все операции по свинчиванию  и развинчиванию, включая крепление и раскрепление резьбовых соединений, а также вспомогательные операции (подвод-отвод ключа, захват и освобождение трубы), что  позволяет ускорить эти работы на 8-10%. Выпускаются автоматические ключи универсальные,  в том числе для свинчивания и крепления обсадных труб – АКБУ.  Автоматические ключи должны оснащаться моментомером;

      2.  Подвесные пневматические ключи  типа ПБК, механизирующие основные операции по свинчиванию бурильных труб. Применение ключей типа ПБК ускоряет эти работы на 3-5 %.

      Основное направление автоматизации спуско-подъемных операции в настоящее время-оснащение буровых установок средствами механизации и управления спуско-подъемом в оптимальном режиме.  Под оптимизацией спуско-подъемных операции понимают минимальные затраты на спуско-подъем с учетом ограничений по технологии проводки скважин.

      На основе создания ряда механизмов для автоматизации и механизации отдельных операций спуско-подъемных работ в нашей стране создан автомат спуско-подъем а (АСП). Эта установка позволяет комплексно механизировать спуско-подъемные операции. Комплекс механизмов АСП обеспечивает:

     1.  совмещение во времени спуска и подъема колонны бурильных труб и ненагруженного элеватора с операциями свинчивания и развинчивания свечей, их установку на подсвечник и вынос к центру  скважины;

     2.  механизацию свинчивания и развинчивания замковых соединений свечей;

     3.  автоматизацию захвата и освобождения колонны бурильных труб элеватором;

     4.  механизацию установки свечей на подсвечник и выноса их к центру скважины;

     5.  механизацию смазки резьбовых соединений свечей.

      Совмещение операций достигается введением в комплект установки специальной талевой системы и механизмов для расстановки свечей. При наличии этих механизмов буровая лебедка лишь поднимает и опускает колонну труб и порожний элеватор, все операции с отвинченной свечой производятся механизмами для их расстановки. Это позволяет значительно сократить время на спуско-подъемные операции.

      Буровые насосы предназначены для подачи под давлением бурового раствора в скважину. Для бурения применяются только горизонтальные,  приводные, поршневые насосы. Используются двух- и трехцилиндровые буровые насосы.

      Нагнетательный трубопровод предназначен для подачи бурового раствора от насоса к напорному буровому рукаву. Нагнетательный трубопровод состоит из горизонтального и вертикального (стояка) участков. На горизонтальном участке трубопровода монтируются патрубки для присоединения к насосам, патрубки для обвязки противовыбросового оборудования, магистральные и пусковые задвижки и патрубок для манометра. Горизонтальный участок трубопровода выполняется с уклоном в сторону насосов для обеспечения отекания бурового раствора через пусковую задвижку, которая устанавливается в самой низкой точке трубопровода.

      Стояк – вертикальный участок трубопровода – в верхней части имеет горловину с фланцем для присоединения бурового шланга, а в нижней части – патрубок с задвижкой для присоединения промывочных агрегатов и патрубок для  манометра.

      В процессе эксплуатации буровых насосов в нагнетательном трубопроводе может создаться давление, превышающее допустимое. Это может привести к разрыву напорной линии и самого насоса и к травмированию обслуживающего персонала.

      Для предупреждения аварий такого рода на каждом буровом насосе монтируется специальное  устройство,  в которое вставляется предохранитель – тарированная на определенное давление пластина.  Это устройство соединяется со сливной трубой, через которую при разрыве предохранительной пластины буровой раствор отводится в приемную емкость.

 СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

      Под силовым приводом понимается комплексное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии или энергии топлива в механическую и обеспечивающее управление преобразованной механической энергией.

      Основные элементы силового привода  – двигатель, передаточные устройства (механизмы) от него к исполнительному механизму и устройства системы управления.

      Привод основных исполнительных механизмов буровой  установки (лебедки, буровых насосов, ротора) называется главным приводом. В зависимости от вида двигателя и типа передачи он может быть электрическим, дизельным, дизель-гидравлическим, дизель-электрическим и газотурбинным.  Наиболее широко  применяются в современных  буровых установках электрический, дизельный, дизель-гидравлический, дизель- электрический приводы.

      Основные преимущества электрического привода переменного тока – его относительная простота в монтаже и эксплуатации, высокая надежность, экономичность. В то же время буровые установки с этим типом привода можно использовать лишь в электрифицированных районах.

      Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Основной недостаток ДВС – отсутствие реверса, поэтому необходимо специальное устройство для получения обратного хода. ДВС типа дизель допускают перегрузку не выше 20%.

      Дизель-гидравлический привод состоит из ДВС и турбопередачи. Турбопередача – это промежуточный механизм, встроенный обычно между дизелем и трансмиссией. Применение турбопередачи обеспечивает: плавный подъем груза на крюке; работу двигателя, если нагрузка на крюке больше той, которую сможет преодолеть ДВС, в этом случае двигатель будет работать при пониженных,  но вполне устойчивых частотах вращения; большую долговечность передачи.

      Наибольшим преимуществом обладает привод от электродвигателей постоянного тока, в конструкции которого отсутствуют громоздкие  коробки перемены передач, сложные соединительные части  и т. п. Электрический привод постоянного тока имеет удобное управление, может плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

      Дизель-электрический привод состоит из приводного электродвигателя, связанного с исполнительным механизмом; генератора, питающего этот электродвигатель; дизеля, приводящего во вращение генератор, также необходимо дизельное топливо, доставка!

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА

      Приготовление буровых растворов может осуществляться в механических мешалках и гидравлических смесителях.

      В настоящее время в отечественной практике для приготовления буровых растворов широко применяются порошкообразные материалы. Для приготовления буровых растворов из этих материалов используют следующее оборудование: блок приготовления раствора (БПР), выносной гидроэжекторный. смеситель, гидравлический диспергатор, емкости ЦС, механические  и гидравлические перемешиватели, поршневой насос.

      БПР  представляет собой единый транспортабельный блок,  на раме которого смонтированы две цилиндрические телескопические  емкости, состоящие из общего нижнего основания, на котором установлены неподвижные части емкости, и верхней подвижной части. Обе части емкости соединены между собой уплотнением из резинотканевой материи.

      В целом ряде случаев буровой раствор приготовляется при помощи механической мешалки (глиномешалки).  В механических глиномешалках можно приготовить растворы из сырых глин, глинобрикетов и глинопорошков.

      Более эффективны, чем глиномешалки, фрезерно-струйные мельницы. Фрезерно-струйная мельница представляет собой металлическую емкость, разделенную перегородкой на две части: приемный бункер  и метательную камеру с лопастным ротором. Комовая глина загружается в бункер, куда подается вода. Лопастной ротор измельчает и выбрасывает глину вместе с водой на диспергирующую рифленую плиту, где происходит интенсивное диспергирование глины.

      Очистка промывочной жидкости  от обломков выбуренной породы (шлама). Буровой раствор, выходящий на поверхность из скважины,  может быть вновь использован, но для этого он должен быть очищен от обломков выбуренной породы (шлама).

      Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко и маслоотделители), сепараторы, центрифуги. В составе циркуляционной системы все эти механические устройства должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения бурового раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина – газовый  сепаратор-  блок  грубой очистки от шлама (вибросита) -дегазатор-блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор)-блок регулирования  содержания  и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель)-буровые насосы –  скважина.

      Для очистки буровых  растворов,  как обязательная,  принята трехступенчатая система.

      Вибросита. Очистка бурового раствора от шлама с помощью вибрационных ситмеханический процесс,  в  котором частицы отделяются с помощью просеивающего устройства.

      Гидроциклонные шламоотделители. Буровой раствор подается насосом в гидроциклон. Под влиянием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии и по конусу гидроциклона спускаются вниз и сливаются наружу. Чистый буровой раствор концентрируется в центральной  части гидроциклона и сливается в приемный резервуар.

МАЛАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ

      К малой механизации относятся машинные ключи, элеваторы,  доска отворота долота, крючки (для подвода и отвода труб).

      Элеватор служит для захвата и удержания на весу колонны бурильных (обсадных) труб при спуско-подъемных операциях  и других работах на буровой. Применяют элеваторы различных типов, отличающиеся размерами в зависимости от диаметра бурильных или обсадных труб, грузоподъемностью, конструктивным исполнением и материалом для их изготовления.

      Элеватор при помощи штропов подвешивается к подъемному крюку.

      Клинья для бурильных труб используют для подвешивания бурильного инструмента в столе ротору Они вкладываются в конусное отверстие между трубой и вкладышами ротора. Применение клиньев ускоряет работы по спуско-подъемным операциям.  В последнее время широко  используются  автоматические клиновые захваты с пневматическим приводом – ПКР (в этом случае клинья в ротор вставляются не вручную, а при помощи специального привода, управление которым вынесено на пульт бурильщика).

      Клинья для  обсадных  труб (элеваторы с плашечными захватами). Для спуска тяжелых обсадных колонн применяют клинья с неразъемным корпусом. Клинья устанавливают на специальных подкладках над устьем скважины. Клин состоит из массивного корпуса, воспринимающего вес обсадных труб.

      Машинные ключи. Операция крепления и открепления резьбовых соединений бурильных и обсадных колонн осуществляется двумя машинными ключами,  при этом один ключ (задерживающий)  – неподвижный, а второй (завинчивающий) – подвижный.

 КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (КИП)

      К КИП относятся: манометры (МБГ-1), гидравлический и электрический индикаторы веса  (ГИВ-6 и МКН-1), датчик для измерения крутящего момента на роторе (ДКМ), уровнемер  (УП-11М), тахометры (используются для определения частоты вращения силового привода), расходомеры  (РГР-7), приборы для определения свойств промывочной жидкости.

      Нагрузку на забой определяют как разницу между весом буровой колонны, когда  инструмент чуть приподнят над забоем, и весом ее во время бурения. Вес буровой колонны измеряют индикатором веса по натяжению неподвижного конца талевого каната.

      Разработаны и находят применение в практике гидравлические и электрические индикаторы веса.

      Гидравлические индикаторы выпускают на пределы измерения 40-80 кН, 120-180 кН и 200-250 кН. Трансформаторы давления градуируют с канатами определенного диаметра. Основная приведенная погрешность составляет ±2,5%.

      Гидравлические индикаторы веса просты по конструкции, несложны в эксплуатации, однако не позволяют производить дистанционные измерения и регистрацию параметров, часто нарушается герметичность измерительных систем.

      Электрические индикаторы веса также измеряют  вес бурового инструмента и давление на забой  по нагрузке в «мертвом» конце талевого каната. В их состав входят датчик с преобразователем и вторичный прибор.

      Предел измерения нагрузки электрическим индикатором веса – до 250 кН, погрешность измерения – 2,5%.

      Крутящий момент на роторном столе контролируют по силе, передаваемой ротором подроторному основанию. Крутящий момент измеряют независимо от направления вращения ротора и натяжения цепной передачи. Крутящий момент роторного стола, приводящий во вращение  колонну труб с инструментом,  измеряют по изменению натяжения цепной передачи датчиком ДКМ, который устанавливают под ведущей вет-

вью цепи привода роторного стола. Один из важнейших параметров режима промывки скважины – расход бурового раствора. Для измерения расхода разработаны различные устройства. На практике наиболее широко применяют индукционный расходомер РГР-7, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции.

      Контроль за давлением бурового раствора имеет существенное значение. Изучение давления в нагнетательной системе буровой установки позволяет судить  о работе насосов и всей циркуляционной системы,  эффективности промывки скважины, сигнализирует о возможных осложнениях.

      Для контроля давления бурового раствора на выкиде насоса используют механические и электрические манометры. Наиболее широкое применение нашел манометр буровой геликсный МБГ-1, принцип действия которого основан на преобразовании измеряемого давления  в угол поворота бесконтактного сельсина-датчика с последующей дистанционной передачей показаний.

      Для непрерывного измерения уровня бурового раствора в приемной емкости буровых насосов и выдачи светового и звукового сигналов аварии при отклонении уровня от установленного служит уровнемер УП-11М, состоящий из двух датчиков (поплавкового типа) уровня, переключателя, регистратора, сигнальной сирены. Прибором можно измерять уровень до  0,9 м, основная приведенная погрешность его измерения составляет ± 6%.

      К наиболее важным  параметрам, характеризующим буровой раствор, относится плотность. От плотности зависит давление на пласты, образующие стенки скважины, перенос энергии от насоса к забойному двигателю (турбобуру), размыв породы на забое и т. д.

      Устройства для измерения, плотности жидкости – плотномеры по принципу действия делят на гравитационные (АВП-1), в которых взвешивается определенный объем жидкости; гидростатические,  измеряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические); поплавковые; радиоактивные (ПЖР-5), основанные на принципе  поглощения радиоактивного излучения; резонансные (вибрационные),  в которых используется частота собственных колебаний  твердых тел в исследуемой среде. В  гравитационных плотномерах чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема, через которую непрерывно протекает контролируемая жидкость. Приращение массы  чувствительного элемента пропорционально изменению плотности.

      К основным характеристикам буровых растворов относят реологические показатели (параметры):  предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, эффективную и пластическую вязкость.

      При нормальной температуре предельное статическое напряжение сдвига измеряют прибором СНС-2, который состоит из измерительной части и привода, смонтированного на прямоугольной плите.

      Для измерения предельных статического и динамического напряжении сдвига и эффективной  и  пластической  вязкости предназначены  ротационные  вискозиметры ВСН-2 и  ВСН-3. ВСН-2 применяют для исследования свойств бурового раствора при повышенных температурах (до 200° С) и давлениях (до 15 МПа).

      Ротационный вискозиметр ВСН-3  предназначен  для измерения пластической вязкости, предельных динамического и статического напряжений сдвига буровых растворов при атмосферном давлении и температуре до 373о К. Прибор применяют кк в промысловых, так  и в лабораторных условиях.

      Для исследования буровых растворов при высоких температурах и давлениях применяют высокотемпературный реометр. Реометр позволяет определить  предельное статическое напряжение сдвига в диапазоне от 60 до 200 Па. Максимальная температура нагрева исследуемого раствора 300° С, максимальное рабочее давление 15 МПа.

      От интенсивности водоотдачи буровых растворов и, следовательно, от коркообразования зависят  степень изменения объема склонных  к набуханию горных пород и сужения ствола, образование осыпей, следствием чего могут быть затяжки  и прихваты бурильного инструмента,  снижение коллекторских свойств продуктивных пластов в приствольной зоне, приводящее к снижению их нефтеотдачи, качества цементирования скважин.

      Разработаны различные методы и устройства для измерения водоотдачи в статическом и  динамическом режимах. Все устройства включают емкость для бурового раствора и фильтр и позволяют создавать перепады давления на фильтрующем элементе.

      Для измерения статической водоотдачи при нормальных условиях используют устройство ВМ-6.  Прибор типа УИВ-2 предназначен для измерения статической водоотдачи буровых растворов при 250° С и перепадах давления до 5 МПа.

      Существуют методы и устройства для установления общего содержания газа в буровом растворе и устройства для определения компонентного состава газа. К первой группе можно отнести метод, основанный на естественной дегазации жидкости при пятикратном разбавлении водой, и устройства ВГ-1, ВГ-2. ВГ-1 позволяет определить как содержание газа, так и водоотдачу бурового раствора.

      Ко второй группе устройств  относятся полуавтоматические приборы контроляпараметров растворов, автоматический детектор газа, автоматический прибор, установки для газометрических работ при бурении скважины.