2. Техника и механизмы: Буровая установка. Выбор типа буровой установки и ее комплектность для бурения эксплуатационных и разведочных скважин.
2.1 Буровая установка
БУРОВАЯ УСТАНОВКА (а. drilling rig; н. Воhranlage; ф. foreuse, sondeuse, installation de forage; и. equipo perforador) — комплекс машин и механизмов, предназначенный для бурения, крепления скважин, а также шахтных стволов (рис.1). Буровые установки для разведки месторождений полезных ископаемых, разработки месторождений нефти, газа, подземных вод и глубинных геологических исследований по способу монтажа и виду транспортирования разделяются на разборные и неразборные.
Разборные буровые установки (крупноблочные и мелкоблочные) предназначены для сооружения скважин глубиной 2000-10000 м. Крупноблочные буровые установки транспортируются на специальных несамоходных шасси (тяжеловозах), мелкоблочные — на универсальном транспорте (например, автомобильном, авиационном). Неразборные буровые установки разделяются на самоходные и несамоходные. Самоходные буровые установки постоянно смонтированы на транспортном средстве (автомашине, тракторе, самоходном буровом основании, буровом судне), которое обеспечивает перемещение буровой установки, несамоходные буровые установки перевозятся на транспортном средстве, не имеющем движительной установки (салазочной раме, прицепе, несамоходном буровом основании). Для строительства нефтяных и газовых скважин на заболоченной территории и акваториях созданы буровые установки для кустового бурения и плавучие установки (см. Морское бурение). Буровые установки для кустового бурения обеспечивают возможность сооружения большого числа скважин (до 50 и более) с одной площадки. В этом случае буровая установка перемещается с помощью гидроцилиндров с устья построенной скважины на новую скважино-точку по рельсовому пути или на катках без разборки.
Рисунок 1 – Буровая установка
По виду энергоснабжения буровые установки делятся на установки с автономным и централизованным энергоснабжением. При автономном энергоснабжении в качестве первичного двигателя буровой установки могут использоваться двигатели внутреннего сгорания (бензиновые, дизельные, газовые турбины) или дизель-генераторные агрегаты. Централизованное энергоснабжение осуществляется от промышленных электросетей. Суммарная мощность буровых установок при строительстве скважин малой глубины (до 2000 м) достигает 800 кВт, средней глубины (до 4500 м) 800-2000 кВт, глубоких и сверхглубоких (свыше 4500 м) до 5000 кВт.
В зависимости от длины и диаметра ствола, вида бурения в буровые установки могут входить следующие узлы: буровые сооружения (буровая вышка, основание, укрытие); буровые механизмы (буровая лебёдка с талевой системой или подъёмник, вращательный или вращательно-подающий механизм); энергетическое оборудование (двигатели внутреннего сгорания, дизель-генераторная станция, преобразователи энергии, электро-, гидродвигатели); оборудование для работы с жидкими, газожидкостными и газообразными очистными агентами (буровой насос, компрессор, резервуар, машины и механизмы для приготовления, очистки и обработки буровых агентов, трубопроводы, шланги и вертлюг); оборудование и буровой инструмент для механизации спускоподъёмных операций (ключи, клиновые захваты, элеваторы, спайдеры); противовыбросовое оборудование; система управления буровых установок; контрольно-измерительная система.
Контрольно-измерительная система состоит из датчиков, устанавливаемых в местах измерения параметров, глубинного канала связи (электрических или гидравлических), и вторичных приборов, расположенных в месте, удобном для наблюдения. Применяют системы наземного контроля и глубинные измерительные системы. Для наземного контроля используются измерительные системы отдельных параметров (индикаторы веса, расходомеры промывочной жидкости) и комплексные системы — комплект датчиков и блок показывающих и самопишущих вторичных приборов (пульты контроля процессов бурения). В состав пульта входят блоки указателей и регистраторов, датчик веса на крюке, датчик давления промывочной жидкости, преобразовательный блок расходомера, датчик подачи инструмента, отдельный измеритель числа оборотов ротора и распределительный блок. Скважинные измерительные системы (турбо-тахометры, измерители осевой нагрузки на долото, инклинаторы) предназначены для контроля на забое скважины в процессе бурения. Они обладают устойчивостью к ударам, вибрациям, высокой температуре, давлению, воздействию коррозионной среды.
Основные контролируемые параметры в процессе бурения — нагрузка на крюк, крутящий момент на роторе, частота вращения ротора, механические скорости бурения, давление и расход промывочной жидкости, подача инструмента, нагрузка на долото. Число контролируемых параметров изменяется, увеличиваясь с глубиной бурения и мощностью буровой установки (для каждого типа буровой установки набор контролируемых параметров определён). Об устройстве буровой установки для бурения шахтных стволов см. в статье буровая проходка вертикальных шахтных стволов.
Диапазон бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые очень широк и колеблется от нескольких метров до нескольких тысяч метров. В целях наиболее экономичного бурения скважин в указанном диапазоне глубин СТ СЭВ 771-77 и СТ СЭВ 770-77 предусмотрено создание параметрического ряда буровых установок, которые отличаются друг от друга числовыми значениями по основным параметрам (грузоподъемности, глубине бурения, мощности и др.)
Параметрический ряд подразделяет все буровые установки для колонкового бурения на 8 классов и характеризует каждый класс 16 значениями основных параметров. В качестве главного параметра принята номинальная глубина бурения скважин.
В настоящее время существует еще три параметрических ряда буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения, геологоразведочного бурения на нефть и газ и бурения гидрогеологических скважин. Главным параметром в названных рядах выбрана грузоподъемность буровой установки.