Глава I

БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ

§ 1. Общие сведения

Бурение скважин представляет собой совокупность взаимосвя­занных последовательных процессов — спуск долота в скважину на бурильных трубах, разрушение долотом горной породы на забое при одновременном подъеме ее на поверхность буровым раствором, закачиваемым через бурильные трубы в скважину, подъем долота после его сработки для замены новым. После спуска в скважину бурильной колонны с новым долотом про­цесс буровых работ продолжается в той же последовательности, пока не будет достигнута проектная глубина скважины. В про­цессе бурения по мере необходимости для укрепления стенок скважины спускают обсадные трубы (колонны), а перед сда­чей скважины в эксплуатацию спускают эксплуатационную ко­лонну.

Все операции в процессе бурения осуществляются с помо­щью буровых установок. Последние используют также для ло- вильных работ и ликвидации осложнений в скважинах, иссле­дований скважин в процессе бурения, ав ряде случаев для испытаний (опробований) скважин перед сдачей их в эксплуа­тацию.

Состав комплекта установки, габаритные размеры, масса, способ транспортировки и монтажа зависят от назначения и проектной глубины скважины, способа разрушения породы Ца забое, типов приводов и ряда других факторов, в том числе климатических и дорожных.

На рис. 1.1 показан общий вид буровой установки, выпускае­мой заводом «Баррикады», смонтированной на металлических основаниях. Эта компоновка не является единственно возмож­ной. В настоящее время выпускаются установки с другими тех­ническими решениями. Значительно (до 7 м) увеличивается вы­сота основания вышечного блока, лебедка опускается на более низкую отметку (на уровне сигового блока), двухцилиндровые поршневые насосы двустороннего действия будут заменены в ряде случаев быстроходными трехцилиндровыми односторон­него действия с подпорными центробежными насосами, уста­новки для бурения скважин глубиной более 3000 м в большин­стве случаев будут оснащаться механизмами АСП, облегчаю­щими труд рабочих при спуско-подъемных операциях. Все это

Рис. 1.1. Общий вид бу­ровой установки с элек­троприводом:

1 — пол буровой; 2 •— подъ­емный поворотный кран; 3 — А-образная вышка; 4 — шланг; 5 — вертлюг; 6' — крюкоблок; 7 — балкон; 8 — талевый канат; 9 — от­тяжки; 10 — кронблок; 11 — ротор; 12 — лебедка; 13 — подкос; 14 — КПП; 15 — си­ловой электропривод; 16 — компрессорная установка; 17 — напорная линия для раствора; 18 — станция уп­равления; 19 — двигатели насосов; 20 — буровые на­сосы; 21 — емкости для бурового раствора; 22 — основание под вышку; 23 — вибросито; 24 — приемные мостки и стеллажи для

изменяет компоновку оборудования и его отметки по вы­соте.

В состав любой современной буровой установки входит сле­дующее оборудование.

Сооружения и металлические конструкции буровых устано­вок, являющиеся как бы каркасом всей установки:

буровая вышка 3, устанавливаемая над устьем скважины и предназначенная для выполнения спуско-подъемных операций (СПО) и удержания бурильной колонны при бурении или об­садных труб при креплении скважины;

основание под вышку 22 (вышечный или вышечно-лебедоч- ный блок), предназначенное для установки и закрепления на нем вышки, основной и вспомогательной лебедок, ротора, буро­вого ключа АКБ-ЗМ, механизма крепления неподвижного конца талевого каната и подсвечников для установки бурильных труб (свечей) при спуско-подъемных операциях; на это основание укладывается деревянный или металлический (из рифленого железа) пол /;

основание силового привода и в отдельных случаях основной лебедки;

основание буровых насосов и их привода; приемные мостки и стеллажи для укладки бурильных и об­садных труб 24; наклонные приемные мостки предназначены для затаскивания по их поверхности в буровую оборудования, инструмента, а также труб.

Укрытия различных конструкций и размеров предназначены для защиты рабочих и оборудования от атмосферных осадков, солнечных лучей, непогоды и холода (на рисунке не показаны).

Буровая лебедка 12 является одним из основных агрегатов в комплекте буровой установки. Она предназначена для спуско­подъемных операций, удержания бурильных труб, спущенйых в скважину в процессе бурения, и производства других операций.

Талевая система состоит из кронблока 10, установленного на верхней площадке вышки, крюкоблокаб, подвешенного с по­мощью стального каната 8, и приспособления для крепления неподвижного конца талевого каната. В ряде конструкций та­левый блок и крюк представляют собой отдельные механизмы.

Система представляет собой полиспаст, кронблок которого является неподвижной частью, тале&ый блок и крюк составляют , ее подвижную часть, а канат является гибкой связью между ними. Один конец каната — ходовой — закрепляется на бара­бане буровой лебедки. Другой конец — неподвижный — закреп­ляется при помощи приспособления, установленного на полу или под полом основания вышки. Применение талевой системы в буровых установках позволяет снизить усилие на ведущем конце каната, в результате чего значительно уменьшается его диаметр. Поэтому можно поднимать тяжелые бурильные и об­садные колонны массой до нескольких сот тонн.

ю

Вертлюг 5 имеет двойное назначение:

удерживать колонну бурильных труб, спущенных в сква­жину, в подвешенном состоянии, и давать возможность ей сво­бодно вращаться вокруг своей оси в процессе бурения роторным способом;

обеспечивать подачу бурового раствора под давлением в бу­рильные трубы как при спокойном их положении, так и при вращении.

Ротор И устанавливается над устьем скважины; он пред­назначен вращать при роторном бурении с помощью ведущей (кбадратной) трубы бурильную колонну с долотом. Стол ротора приводится во вращение при помощи цепной или карданной пе­редачи. В отдельных случаях вращение его осуществляется с помощью индивидуального привода (ПИР).

При турбинном способе бурения, а также при бурении элект­робуром ротор препятствует вращению бурильных труб против часовой стрелки от действия реактивных моментов, возникаю­щих на забое скважины при вращении долота.

При спуско-подъемных операциях ротор обеспечивает удер­жание всей спущенной в скважину колонны бурильных или обсадных труб как в процессе их развинчивания и свинчивания, так и в процессе спуска и подъема.

Буровые насосы 20 являются одним из главных видов обо­рудования, входящего в состав любой буровой установки. От правильно подобранных насосов, от их надежности и долговеч­ности во многом зависит успех вращательного бурения. Они предназначены для закачки бурового раствора в скважину. Давление, при котором работают насосы, зависит от глубины скважины, количества закачиваемого раствора, его вязкости и плотности, диаметра скважины и бурильных труб, диаметра отверстий в долоте. В течение ряда лет с целью увеличения производительности вращательного бурения наблюдается систе­матическое повышение давления буровых насосов. При бурении скважин глубиной до 4000 м potopHHM способом прогнозиру­ется увеличить давление до 35 МПа. С внедрением гидромони­торных долот при бурении ожидается повышение давлений до 50 МПа и более.

Буровой раствор из приемной емкости самотеком или с по­мощью подпорного насоса попадает в буровые насосы, которые через специальные манифольды нагнетают его через стояк, бу­ровой шланг 4 в горловину вертлюга 5 и далее в ведущую трубу, бурильные трубы, и через отверстия в долоте раствор выходит в зону разрушения породы — на забой. От забоя поток раствора, насыщенный выбуренной породой, по кольцевому про­странству между стенками скважины и бурильными трубами поднимается к устью, затем попадает в желоба и механизмы 23, предназначенные для очистки от выбуренной породы, восстанов­ления его качества, затем снова направляется в приемную

емкость 21. Таким образом, с помощью насосов создается зам­кнутая циркуляция бурового раствора при бурении скваяшн. Обычно устанавливают два насоса. Однако когда это требуется, число насосов увеличивают до трех-четырех.

Силовые приводы 15 существуют двух типов — дизельный и электрический *. Наиболее приемлемым и экономичным является электрический привод с двигателями трехфазного переменного тока. Однако из-за экономической нецелесообразности подвода электрической энергйи к разведочным буровым, расположенным на большом расстоянии от источников электрической энергии (иногда многие десятки километров), используют автономный дизельный привод. Суммарная мощность современных буровых приводов достигает 3000 кВт. Приводы делятся на групповые, когда от общего привода обслуживаются лебедка, ротор и на­сосная установка, и индивидуальные, когда каждый из этих ви­дов дования имеет co6cTBef

настоящее время

А , си перемены передач

применяются в приводе лебедок, ротора, насосов цементиро­вочных агрегатов. При использовании КПП можно ступенчато изменять частоту вращения ведомого вала и, как следствие этого, рационально использовать мощность силового привода.

Редукторы, понижающие частоту вращения исполнительных механизмов, широко применяются в буровой технике. Их уста­навливают в силовом приводе между дизелями и трансмисси­ями, в приводе лебедки У2-5-5, в приводе ротора (установка БУ-125ДГУ) и в другом оборудовании.

Оборудование для приготовления и очисти бурового раст­вора предназначено для создания циркуляции бурового раствора на поверхности, а самое главное — для приготовления раствора необходимых качеств, очистки его от выбуренной породы и де­газации, а также утяжеления. Таким образом, это оборудова­ние можно разделить на две группы: 1) для приготовления бу­рового раствора и 2) для очисткй раствора.

Высокое качество бурового раствора и соответствие его па­раметров условиям бурения имеют большое значение. При на­личии в растворе значительного количества твердой фазы срок службы клапанно-поршневой группы насосов, особенно при вы­соких давлениях, сильно снижается, что вызывает большие про- ' стой. В связи с предстоящим внедрением новых быстроходных трехцилиндровых насосов очистка растворов приобретает еще большее значение.

В комплект буровых установок входят также ключ АКБ-ЗМ, компрессоры, передвижные электростанции, грузовые краны и другие механизмы.