Глава 2. Общие сведения о буровом оборудовании и наземных сооружениях

На Рис. 2.1 представлена буровая установка для вращательного бурения ZJ 70, производства КНР, изготовленная по стандартам API. В комплектацию буровой установки ZJ 70 входит механическое и энергетическое оборудование с цифровым управлением, функция автоподачи инструмента при бурении, механические и энергетические системы торможения, функция сбора информации по процессу бурения, оценка и интеллектуальная обработки информации. На рис. 2.2 представлена буровая установка Уралмаш 15000.

При вращательном бурении породу разрушают долотом, вращающимся на конце колонны бурильных труб, с одновременной циркуляцией промывочной жидкости через долото. Долото приводится во вращение либо на устье скважины ротором, либо забойным двигателем (турбобур, электробур, винтовой двигатель), либо верхним приводом. Для сокращения времени спускоподъемных операций бурильные трубы опускаются и поднимаются «свечами» от двух до четырех труб в свече, длина свечи 25–36 м.

При роторном бурении колонна бурильных труб приводится во вращение ротором, который имеет проходное отверстие, предназначенное для прохождения труб, ротор в свою очередь приводится во вращение силовым агрегатом через трансмиссии. Существует привод бурильной колонны, смонтированный на верхнем конце бурильной колонны. При роторном способе бурения вращающий момент на ведущую трубу, имеющую квадратное сечение, передается при помощи съемных клиньев.

Разрушенная порода с забоя скважины выносится промывочной жидкостью на дневную поверхность, которая подается с поверхности буровыми насосами. Промывочная жидкость по нагнетательной линии, стояку и буровому шлангу поступает в вертлюг. Затем по рабочей трубе и бурильной колонне она доходит до забоя скважины, проходит через промывочные отверстия в долоте, захватывает выбуренную породу и по кольцевому пространству вместе со шламом поднимается на поверхность. На поверхности промывочная жидкость поступает на блок очистки бурового раствора, где очищается от шлама, дегазируется и поступает в приемные емкости.

Блок очистки состоит из: вибросита, пескоотделителя, илооотделителя, дополнительно может комплектоваться центрифугами грубой и тонкой очистки, дегазатором и сепаратором.

Вертлюг при помощи серьги подвешивают на крюке, который в свою очередь, подвешивают к талевому блоку, либо он может быть одним целым. Крюкоблок подвешен талевым канатом на кронблоке, который находится наверху вышки.

Талевая система (кронблок, крюкоблок, верхний силовой привод, талевый канат) предназначена для спуска, подъема и удержания на весу, вращения колонны бурильных, обсадных труб и НКТ. В процессе бурения долото углубляется в породу на величину квадрата, после чего приподнимают всю колонну, выключают циркуляцию, отворачивают квадрат, спускают его в шурфы и наращивают очередной трубой. После наращивания колонну труб соединяют с квадратом, включают насос и продолжают углубление скважины. В процессе бурения долото изнашивается, для его замены колонну бурильных труб поднимают из скважины, свечи устанавливают внутри буровой за палец, либо вручную, либо автоматом установки свечей. После замены долота, колонну опускают на забой и продолжают бурение. По мере углубления ствол скважины обсаживается трубами, которые цементируются по затрубному пространству тампонажными материалами, путем подачи жидкой тампонажной смеси через спущенные трубы, либо обратной циркуляцией через затрубье.

При бурении раствор, выходя на поверхность по сливному желобу попадает, на вибросито, где очищается от крупного шлама, который сбрасывается в амбар, после чего раствор подается в гидроциклон, где очищается от песка, затем в илоотделитель, дегазатор (действующий за счет создания вакуума), удаляет из раствора газ и воздух. Затем раствор попадает в центрифуги, которые удаляют из раствора излишнюю твердую фазу по степени дисперсности, которая относится к коллоидам.

Объем циркуляционной системы должен быть не менее 2 кратного максимального объема скважины (требования правил НГП). [78] Очищенный раствор забирается из приемных мерников буровыми насосами и подается по манифольду по бурильным трубам в скважину. Циркуляционная система включает в себя также оборудование для приготовления бурового раствора: глиномешалка или гидромешалка, вакуумная гидроворонка, вертикальные емкости для сыпучих материалов.

Строительство нефтяных и газовых скважин на современном этапе развития народного хозяйства в связи с большим разнообразием геологических и географических условий требует использования разнообразных технических средств: буровых установок, включающих в свой комплект различные машины и механизмы; технических средств для морского бурения; специальных видов оборудования устья скважин. Правильный выбор буровой установки и комплектация ее, играет большую роль в успехе строительства скважин. Знания и соблюдение правил эксплуатации оборудования, позволит иметь высокое производительное время, снизить вероятность аварий, осложнений, и следовательно, достичь высокую коммерческую скорость бурения.

§ 2. Буровые установки (БУ)

Представляют собой совокупность наземных сооружений и механизмов, силового привода, контрольно-измерительных приборов, вспомогательных грузоподъемных механизмов, средств автоматизации и механизации трудоемких работ. БУ должны соответствовать целям бурения, конструкциям скважин, климатическим, геологическим и географическим условиям. В связи с этими многообразными требованиями БУ можно разделить на три группы: для геологоразведочного бурения на нефть и газ, для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения, для сверхглубокого разведочного и эксплуатационного бурения.

Кроме импортных буровых установок (в основном Китайского производства), в настоящее время в России сформировались основные производители буровых установок, это:

ЗАО УРБО (в прошлом Уралмаш) продукция сертифицирована по стандартам API, выпускаемая продукция:

Буровые вышки по конструкции мачтовые и башенные. Мачтовые: А образные, П образные, 4 опорные и с открытой передней гранью.

Кустовые буровые установки, для бурения на нефть и газ, с условной глубиной бурения 3200–6500 м, оснащены электрическим приводом.

Номенклатура кустовых установок: 3900/225 ЭК-БМ, 4200/250 ЭК-БМ, 4500/270 ЭК БМ, 500/320 ЭК-БМ, 6500/450 ЭК-БМ.

Мобильные буровые установки, для бурения скважин глубиной 200–3200 м. Оснащаются дизельным, дизель-электрическим и электрическим приводом. Характерный признак – модульная компоновка и наличие собственной транспортной базы. Встроенные транспортные устройства позволяют обеспечить перевозку модулей с помощью седельных тягачей и подкатных тележек. Комплектуются насосами НБТ-600 с приводом от двигателей постоянного тока.

Номенклатура мобильных установок: 2500/160 ДП-БМ, 2500/160 ДЭР-П(ЭР-П), 2900/175 ДЭР(ЭП-П), 3200/200 ДЭР.

Стационарные буровые установки, предназначены для бурения скважин на нефть и газ с условной глубиной бурения 4000–8000 м. Оснащены электрическим, дизель – электрическим или дизель – гидравлическим приводом.

Номенклатура стационарных установок: 3200/200 ДГУ-1, 5000/320 ДГУ-1, 6500/500 ДГ, 8000/600 ДЭР.

Кроме того, выпускает лебедки, роторы, системы верхнего привода, вертлюги, кронблоки, насосы, комплексы АСП и др.

ООО «генерация – Буровое оборудование», впускаемая продукция:[64]

Кустовые буровые установки, для бурения на нефть и газ, с большим отходом или горизонтального участка, с глубиной скважины до 5000 м., оснащены электрическим приводом. Комплектуются 4 различными типами вышек.

Номенклатура кустовых буровых установок:

• TD-180 DEC, глубина бурения 2900 м.;

• TD-200 DEC, глубина бурения 3200 м.;

• TD-225 DEC, глубина бурения 3900 м.;

• TD-270 DEC, глубина бурения 4500 м.;

• TD-320 DEC, глубина бурения 5000 м.

Мобильные буровые установки для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Выпускаются на самоходном шасси или автомобильном прицепе.

Номенклатура мобильных установок:

• TD80 CAA4, глубина бурения 1800 м, ремонта скважин 3100 м, колтюбинг 4800 м.;

• TD100 CAA5, глубина бурения 2300 м, ремонта скважин 4000 м, колтюбинг 5600 м.;

• TD125 CAA6, глубина бурения 2800 м, ремонта скважин 5100 м, колтюбинг 6100 м.;

• TD160 CAA7, глубина бурения 3200 м, ремонта скважин 6700 м, колтюбинг 8700 м.;

• TD180 CAA7, глубина бурения 3500 м, ремонта скважин 7600 м, колтюбинг 10000 м.;

• TD200 CAA7, глубина бурения 4000 м. TD225 CAA-T, глубина бурения 4500 м.

Стационарные буровые установки, предназначены для бурения скважин на нефть и газ с условной глубиной бурения 3200–7200 м. с нагрузкой на крюке от 200 до 450 т. Оснащены электрическим или дизельным приводом. Продукция сертифицирована по стандартам API.

Номенклатура стационарных установок: [64]

• TD-200 DE, быстромонтируемая, глубина бурения 3200 м;

• TD – 225 DE, быстромонтируемая, глубина бурения 3900 м;

• TD-250 DE, глубина бурения 3200 м;

• TD-270 DE, глубина бурения 4500 м;

• TD-320 DE, глубина бурения 5000 м;

• TD-400 DE глубина бурения 6500 м;

• TD-450 DE, глубина бурения 7200 м.

ООО «Бентек Дриллинг энд Ойлфилд Системс», основана для производства автономных буровых установок HR-5000 грузоподъемность установки 500 т., для кустового бурения и технического обслуживания. ООО «Бентек Дриллинг энд Ойлфилд Системс» является дочерним производственным предприятием “Bentec Drilling & Systems GmbH” (Германия).

Продукция сертифицирована по стандартам API. Номенклатура автономных буровых установок:

4F; API 5CT; API 6A; API 7; API 7–1, API 8C; API 16A.

§ 3. Методы монтажа и транспортировки буровых установок

Место заложения скважины определяется геологическим отделом буровой организации в соответствии с проектом работ. Оформление и отвод земельных участков производится в соответствии с Основами земельного законодательства. Буровые здания и привышечные сооружения размещаются с учетом глубины скважины, типа буровой установки, требований правил охраны труда, а также в зависимости от рельефа, наличия водоемов, времени года и т. п. Выбирая площадку для буровой установки, следует избегать заболоченных участков и глинистых склонов, чтобы предупредить оползни и бездорожье в период дождей. Летом буровую целесообразно размещать на повышенных частях местности, зимой – в местах, защищенных от сильных ветров и снежных заносов. Схема размещения вспомогательных устройств и сооружений должна обеспечивать максимальную экономию времени при бурении и выполнении монтажно-демонтажных работ. Выбирая площадку под буровую установку, следует учитывать, что расстояние от буровой установки до жилых помещений и производственных зданий, линий электропередач, железных и шоссейных дорог, магистральных трубопроводов (на поверхности) должно быть не менее полуторной высоты вышки (мачты). На выравненной и подготовленной площадке монтируют буровую вышку, насосный, силовой блоки и циркуляционную систему. Монтаж вышек и коммуникаций должен осуществляться силами монтажных бригад. Современные буровые установки представляют собой сложные инженерные сооружения, обычно включающие в свой состав буровые сооружения (вышки, основания, мостики и стеллажи для бурильных и обсадных труб); спускоподъемное оборудование (лебедка, кронблок, талевый блок, крюк); оборудование для промывки скважин и очистки раствора от выбуренной породы (буровые насосы или компрессоры, циркуляционные системы сита, пескоилоотделители, устройства по приготовлению буровых растворов и вводу реагентов); оборудование для вращения бурильной колонны (ротор, вертлюг); силовой привод; средства автоматизации и механизации спускоподъемных операций и подачи долота; противовыбросовое оборудование; контрольно-измерительные приборы. Наличие большого числа элементов, их размеры и массовые характеристики обуславливают сложную проблему транспортирования, монтажа и демонтажа буровых установок. Указанные операции по способу их осуществления могут быть разделены на крупноблочный, мелкоблочный и поагрегатный методы монтажа и демонтажа.

Крупноблочный метод используется для буровых установок, состоящих из отдельных блоков, в которые объединены несколько агрегатов и узлов и являющейся отдельной транспортабельной монтажной единицей. Эти блоки перевозятся специальными транспортными средствами только по открытой местности (гусеничные тележки). Блок обычно состоит из жестко соединенных между собой цельносваренных металлоконструкций, на которой смонтированы узлы и агрегаты буровой установки. Перевозка таких блоков используется в районах с ровным рельефом, при отсутствии на пути следования промышленных и гражданских сооружений, а также иных препятствий, мешающих транспортировке.

Мелкоблочный, применяется при большой дифференциации блоков, что позволяет перевозить отдельные единицы универсальными транспортными средствами по железной и шоссейной дороге и с помощью воздушного транспорта.

Поагрегатный метод применяется для буровых установок, собираемых из отдельных агрегатов, секций и элементов, которые перевозят обычным транспортом.

§ 4. Оборудование и агрегаты буровой установки

Привышечные сооружения

Привышечные сооружения, это комплекс механизмов, агрегатов и оборудования обеспечивающий функциональность буровой установки, чем совершенствованней и насыщеннее комплекс, тем выше результативность и успех бурения. К при вышечным сооружениям относятся: приемные мостки, стеллажи для труб, кран 8 КП-3, силовой блок, насосный блок, циркуляционная система, в которую входит блок очистки, блок приготовления раствора, парк емкостей, блок хранения ГСМ и жидких химических реагентов.

Буровая лебедка и талевая система

Основные параметры буровой лебедки: наибольшая оснастка, длина свечи (м), скорость спуска пустого блока (м/с); мощность на барабане, при максимальной нагрузке, диаметр талевого каната (мм); диаметр шкива талевой системы (мм), скорость подъема крюка при наибольшей оснастке (м/с), число скоростей вращения барабана (Рис. 2.5). [9]

Буровая лебедка для нефтегазовых установок

Назначение: спуско-подъем бурильных и обсадных труб при А-образной вышке – дополнительно, подъем и опускание вышки. В талевую систему входят: кронблок, талевый блок, крюк, механизм крепления «мертвого» конца талевого каната и талевый канат.