17. Оборудование для герметизации устья скважины. Устройство и принцип действия превенторов.

Противовыбросовое оборудование предназначено для герметиза­ции устья скважины с целью предотвращения открытых выбросов жидкости или газожидкостной смеси и фонтанов при бурении, ис­пытании, опробовании и освоении скважины. Основная причина этих явлений — превышение пластового давления (давления в продуктивном пласте залежи) над давлением промывочной жидкости, заполняющей скважину. Д ля герметизации устья скважин используют плашечные, универ­сальные и вращающиеся превенторы. Плашечный превентор предназначен для герме­тизации устья скважины при наличии и отсутствии труб в сква­жине. В плашечных превенторах применяют трубные плашки для герметизации устья скважины с подвешенной колонной буриль­ных или обсадных труб и глухие плашки при отсутствии труб в скважине. При необходимости используют специальные плашки для перерезания труб.В це­лях снижения высоты стволовой части противовыбросового оборудования пользуются сдвоенными превенторами, заменяю­щими два обычных плашечных превентора. Плашечные превенторы не обеспечивают герметизации устья скважины, если на уровне плашек располагаются ведущая труба, бурильный замок, муфта и другие части колонны труб, диаметр и геометрические формы которых не соответствуют установлен­ным в превенторе плашкам. При закрытом превенторе допуска­ется медленное расхаживание колонны в пределах гладкой части труб и невозможно вращение, спуск и подъем бурильной колонны.

Универсальные превенторы обладают более широкими возмож­ностями. Они герметизируют устье скважины при на­личии и отсутствии в ней подвешенной колонны труб и вместе с тем позволяют, сохраняя герметичность устья скважины, проворачивать бурильную колонну и протаскивать трубы вместе с муф­тами и бурильными замками. Универсальный превентор способен герметизировать устье скважины независимо от диаметра и гео­метрической формы уплотняемого предмета.

В ращающиеся превенторы предназначены для герметизации кольцевого зазора между устьем скважины и бурильной колонной и обеспечения возможности вращения, подъема и спуска буриль­ной колонны при герметизированном устье. В составе противовыбросового оборудования вращающийся превентор используется при роторном бурении с очисткой забоя от выбуренной породы газом, воздухом или аэрированным промывочным раствором, а также при обратной промывке скважины и вскрытии пластов с высоким пластовым давлением.Вращающийся превентор в отличие от плашечного и универсального превенторов, имеющих гидравличе­ский привод, во вращающемся превенторе используется самоуп­лотняющаяся манжета, которая обжимает обхватываемую часть бурильной колонны под действием собственной упругости и дав­ления на устье скважины. Диаметр отверстия опорного фланца зависит от типоразмера превентора и должен быть достаточным для прохода долота. УПРАВЛЕНИЕ ПРОТИВОВЫБРОСОВЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ. Внезапность выбросов нефти и газа и непредсказуемость возни­кающих аварийных ситуаций требуют оперативных и безопасных средств управления противовыбросовым оборудованием, сохраня­ющих работоспособность в произвольный момент времени. Эти требования удовлетворяются при использовании дистанционного гидравлического привода и механического привода, применяюще­гося в качестве дублирующего. Превенторы, задвижки и дроссели открываются и закрываются с основного и вспомогательного пультов. Основной пульт вместе со станцией гидравлического управления устанавливается на рас­стоянии не менее 10 м от устья скважины, обеспечивающем безопасность доступа к нему в случае возникновения пожара. Вспомо­гательный пульт располагается у поста бурильщика и дублирует основной пульт управления. Механический привод используется для закрытия плашечных превенторов в случае отказа гидравли­ческого привода, а также для фиксации плашек в закрытом со­стоянии на длительное время.

Основной и вспомогательный пульты монтируют на отдельных рамах, представляющих собой компактные транспортабельные блоки.

18. Забойные двигатели. Турбобуры. Турбодолото. Турбобуры для забуривания наклонных скважин. Забойные двигатели(ЗД)- используются для криволинейной,либо наклонной скважины.

Турбобуры представляют собой забойные гидравлические двигатели с многоступенчатой турбиной. Гидравлическая энергия потока бурового раствора приводит во вращение вал шпинделя. На вал шпинделя устанавливается породоразрушающий инструмент. Рис.15.1. ЗГСШ -195.Неподвижная группа двигателей. 1- переводник свинчен с 8- корпус турбобура, 7-статор гидротормоза, 10-турбина,11-регулируемое кольцо,12-нижний проводник. Вращающаяся группа:3-регулируемое кольцо,4- втулка уплотнительная,5- распорная втулка,6- радиальная опора,7-роторы,10-ротор турбины,9-вал секции,2- стежная полумуфта. Турбина состоит из 370 ступеней. Рис.15.2.Отдельная ступень турбины.2- наружный обод статора, 3- внутренний, 4-лопатки ротора,5- лопатки статора. Лопатки ротора и статора расположены под туглом друг к другу в следствии этого поток меняет направление и заставляет вращаться вал. Турбобуры делятся по устройству: 1) низкометражные, высоконапорные (N=max, n=max,Mвр.высокий); 2) низкометражные (N=max, n=средняя, Q высокий); 3) высокометражные (Мmax/ nmax=max; Q высокий).n - частота вращения, М-момент, Q-расход жидкости. Требования к эксплуатации турбобура: 1)перепад давления турбобура должен соответствовать паспортному,2) все резьбовые соединения герметичны. Различают: роторное бурение, — когда двигатель, приводящий во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб, находиться на поверхности; турбинное бурение и бурение с использованием элек­тробура, — когда двигатель расположен у забоя скважины, над долотом. Поток бурового раствора, кроме известных функций, выполняет функции источника энергии!

В основе турбинного бурения лежит применение забойного турбинно­го гидравлического двигателя. Гидравлическим двигателем принято назы­вать машину, которая преобразовывает энергию потока жидкости (бурово­го раствора) в механическую энергию ведомого звена — вала или штока. По принципу действия различают гидравлические двигатели объемно­го (гидростатического) типа и гидродинамические двигатели. Объемные двигатели работают под действием гидростатического напо­ра в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вы­теснителей. Под вытеснителем понимается рабочий орган, непосредственно совершающий работу под действием на него давления жидкости. Конст­руктивно вытеснитель может быть выполнен в виде поршня, пластины, зу­ба шестерен или ротора. В объемных гидравлических двигателях ведомое звено может совершать как циклическое возвратно-поступательное или возвратно-поворотное, так и непрерывное движение. Объемные двигатели характеризуются тремя основными признаками: а) наличием рабочих камер, которые периодически сообщаются с входом или выходом машины, при этом жидкость наполняет каждую камеру или выталкивается из нее; б)изменением давления в рабочей камере от начального до конечного постепенно из-за изменения объема камеры или скачкообразно вследствие сообщения камеры с выходом;

в)несущественной зависимостью усилий на рабочих органах двигателя от скорости движения жидкости в камерах. Гидродинамические двигатели (турбины) функционируют при измене­нии момента количества движения жидкости в рабочих органах машины. В этом типе гидравлических двигателей ведомое звено совершает только вращательное движение. Гидродинамические двигатели характеризуются также тремя особен­ностями: а)рабочие органы двигателя выполнены в виде лопаточного аппарата состоящего из статора и ротора, обтекаемого жидкостью; б)в каналах двигателя циркулирует непрерывный поток жидкости; в)взаимодействие между лопаточным аппаратом и жидкостью носит гидродинамический характер. Турбобур — машина быстроходная. Поэтому большое значение имеют работы, направленные на создание низкооборотных турбобуров, способных эффективно отрабатывать шарошечные долота с герметизированными мас-лонаполненными опорами типов ГНУ и ГАУ. В области турбоалмазного бурения особую актуальность приобрета­ет создание высокомоментных турбобуров для работы с новыми долотами с поликристаллическими алмазными режущими элементами. Современный турбобур должен обеспечивать: Достаточный крутящий момент при удельных расходах жидкости не более 0,07 л/с на 1 см² площади забоя. Устойчивую работу при частотах вращения меньше 7 с^-1 для шаро­шечных и 7 — 10 с^-1 для алмазных долот. Максимально возможный КПД. Срабатывание перепада давления на долоте не менее 7 МПа. Наработку на отказ не менее 300 ч. Долговечность не менее 2000 ч. Постоянство энергетической характеристики по меньшей мере до наработки на отказ. Независимость энергетической характеристики от давления и тем­пературы окружающей среды. Возможность изменения реологических свойств бурового раствора в процессе долбления. Возможность введения в буровой раствор различных наполнителей а добавок. Возможность осуществления промывки ствола скважины без вра­щения долота. Возможность проведения замеров траектории ствола скважины в любой точке вплоть до долота без подъема бурильной колонны. Стопорение выходного вала с корпусом в случае необходимости и освобождение от стопорения.

Гашение вибраций бурильного инструмента. Экономию приведенных затрат на 1 м проходки скважины по сравнению с альтернативными способами и средствами бурения. Секционные унифицированные шпиндельные турбобуры типа ЗТСШ1 предназначены для бурения скважин шарошечными и алмазными доло­тами.