книги из ГПНТБ / Денисов П.Г. Сооружение буровых учеб. пособие

Г Л А В А II

БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ БУРЕНИЯ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН

ХРОНОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

В первые годы Советской власти в нефтяных районах Баку и Грозного скважины бурились в основном ударным способом. Для ударного бурения применялись штанги, треноги и лебедки с паровым приводом. Вращательное бурение занимало незначительный объем и велось также на паровом приводе с применением котлов локо­ мобильного типа. Для вращательного бурения использовались двух­ скоростные лебедки Л1, насосы ПНГ Коломенского завода с макси­ мальным давлением до 40 кгс/см2, роторы открытого типа с подшип­ никами скольжения и деревянные вышки.

К 1924 г. в Баку стали выпускать четырехскоростные ле-- бедки Л1-4М и электропривод на лебедку, ротор и насосы. С этого времени началась электрификация буровой техники.

К началу 1928 г. разрушенная гражданской войной нефтяная промышленность полностью восстанавливается и в значительной мере реконструируется. Объем вращательного бурения достигает более 90%. В районах Баку бурение полностью переводится на электропривод, а в районах Грозного электропривод составляет свыше 80%. Увеличивается применение четырехскоростных лебедок, подшипники скольжения заменяются подшипниками качения, вы­ сота вышек достигает 41 м.

До 1936 г. все буровое оборудование выпускалось по узлам и агрегатам различными заводами. С 1936 г. отечественная промыш­ ленность стала создавать комплектные передвижные установки. Первая такая установка РА-400 была выпущена Кунгурскнм заво­ дом для бурения скважин роторным способом на глубину до 400 м. Оборудование установки монтировалось на двух платформах на колесно-гусеничном ходу, на одной — ротор, лебедка и двигатель М-17-ЧТЗ мощностью 65 л. с., на второй — два насоса НГ-4, транс­ миссия, такой же двигатель и генератор. Комплектовалась установка металлической вышкой с талевой системой, вертлюгом, крюком и гли­ номешалкой.

Для бурения скважин на глубину до 800 м Бакинский завод выпустил установку ПТ1-800. Она состояла из узлов: тракторного подъемника ЛТ2М-65, ротора, коробки скоростей и двигателя, смонтированных па общей раме, двух насосов, трансмиссии и дви­ гателя, установленных на колесно-гусеничном прицепе.

Одновременно с установкой ПТ1-800 была создапа установка ПРА-800, рассчитанная также для бурения на глубину до 800 м. В первом выпуске она имела групповой привод на лебедку и насосы от двух двигателей М-17-ЧТЗ, а во втором — для привода насосов

31

были введены два дополнительных двигателя. В установке ПРА-800 были применены клиноременные и зубчатые передачи, карданный вал к ротору, фрикционные муфты, ротор закрытого типа, транспор­ табельные блоки на санях.

Вдальнейшем установка была модернизирована на установку ПРА2-800. В ней шестеренчатые передачи были заменены на цепные

ивведен реверс.

Впредвоенные годы Бакинский завод выпустил установку

ПРА-1200, рассчитанную на бурение до 2000 м. По компоновке оборудования установка была идентична установке ПРА-800. Но в нее были введены редукторы от двигателя к трансмиссии, бензи­ новые двигатели мощностью 130 л. с., пятискоростная лебедка

сбезопасной катушкой и цепные передачи на насосы.

Ввоенные годы выпуск буровых установок резко сократился. С 1946 г. полукомплектные буровые установки начал изготовлять

Уральский завод тяжелого машиностроения (Уралмашзавод). В ком­ плект первых установок этого завода входили четырехскоростная лебедка У2-4-1 с кулачковыми муфтами, насосы У8-1, кронблок, талевый блок, крюк и 'вертлюг грузоподъемностью 130 т. С этого времени для привода установок стали использоваться силовые агрегаты с танковыми двигателями В2-300. Для индивидуального привода лебедки использовались силовые агрегаты САЛ, а для при­ вода насосов — САН. В комплект таких агрегатов входили два дви­ гателя и спаривающая трансмиссия. Силовой агрегат лебедки выпу­ скали в двух вариантах: с клиноременной передачей и с редукто­ ром РД2-2. Затем Уралмашзавод создал установку УЗТМ-1М с груп­ повым приводом на лебедку, ротор и насосы и клиноременной транс­ миссией. В установке применялась лебедка У2-4-3 с кулачковыми муфтами управления. В это же время начинают выпуск буровых установок БУ-40 на Волгоградском заводе «Баррикады» для бурения на глубину до 1000 м. Вся установка состояла из двух блоков, уста­ новленных на металлических санных основаниях. На основании вышечного блока высотой 2,2 м монтировали вышку высотой 39 м

В 1954 г. завод «Баррикады» создает комплектную буровую установку БУ-65, которая проходит промышленные испытания, и на ее базе разрабатывает установку БУ-75Бр. Серийный выпуск этой установки начинается с 1958 г., а с 1967 г. завод «Баррикады» приступает к выпуску буровых установок БУ-80Бр на дизельном и электрическом приводах. Этот же завод изготавливает установку БУ-50.

На базе установки УЗТМ-1М Уралмашзавод создает полуком­ плектную буровую установку Уралмаш-5Д, рассчитанную на буре­ ние скважин глубиной до 3000 м. Установка снабжается лебед­ кой У2-4-5, в которой кулачковые муфты заменяются шинно-пневма­

32

тическими, насосами У8-3, ротором У7-520-2, компрессорами КС-ЗМ для пневматического управления установкой, талевым блоком и крон­ блоком, пятидизельным приводом с клиноременной трансмиссией. Несколько позже для электрифицированных районов создается установка Уралмаш-6Э с индивидуальным электроприводом на ле­ бедку и насосы. В это же время проектируются и серийно выпу­ скаются установки Уралмаш-ЗД и Уралмаш-4Э, рассчитанные на бурение скважин глубиной до 5000 м. Вышками, основаниями, системой очистки и приготовления раствора и другим оборудованием установки заводом не комплектовались.

В1959 г. на Уралмашзавод возлагается комплексное проекти­ рование буровых установок, включая вышки, основания, укрытия, средства механизации и автоматизации трудоемких процессов в бу­ рении. В 1963 г. Уралмашзавод начал выпускать установки Урал- маш-ЗООЭ с электрическим приводом постоянного тока и Урал- маш-ЗООДЭ с дизель-электрическим приводом, которые предназна­ чены для бурения скважин глубиной до 8000 м. Установки комплек­ туются вышкой пилонного типа с механизмами для спуско-подъем­ ных операций АСП-5, основанием, подъемными кранами, системой очистки и приготовления раствора и другим оборудованием.

Вэтом же году для бурения скважин глубиной до 3000 м Урал­ машзавод создал опытные образцы новых комплексных установок Уралмаш-9Д и Уралмаш-10Э, которые после доработки отдельных узлов были заменены установками Уралмаш-125БД и Урал-

маш-125БЭ. Серийный выпуск их начат с 1965 г.

Буровые установки БУ-125БД и БУ-125БЭ укомплектованы крупноблочными основаниями, укрытиями, циркуляционными си­ стемами и другим оборудованием. Применение механизмов АСП-3 вызвало необходимость в изменении талевой системы, вышки и осно­ ваний.

В 1967 г. эти установки были модифицированы на установки БУ-125БД-67 и БУ-125БЭ-67. В них были заменены насосы У8-4 на У8-6М, ротор У7-520-3 на У7-560-6 и пол деревянный на метал­ лический. В 1970 г. в этих установках были изменены отдельные узлы, и с Этого времени они стали выпускаться с индексом «70».

В этом же году усовершенствуются и установки Уралмаш-ЗД и Уралмаш-4Э. Они комплектуются насосами У8-6М вместо насо­ сов У8-4. Для привода насосов в установке Уралмаш-4Э применен синхронный электродвигатель типа СДЗБ-13-52-8 с шинно-пневма­ тической муфтой, что облегчает его запуск. После модификации установки стали выпускаться с индеком «67».

В 1969 г. Уралмашзавод изготовил новые опытные образцы буро­ вых установок БУ-125Э и БУ-125ДГ-ІІ, предназначенные для буре­ ния скважин глубиной до 4200 м, и установки БУ-200 ДГ-ІІІ и БУ-200Э-ІІІ для бурения скважин глубиной до 6500 м.

Установки БУ-125Э и БУ-125ДГ-ІІ укомплектованы крупно­ блочными основаниями, мачтовой вышкой, механизмами АСП-ЗМ, новой буровой лебедкой ЛБУ-1100 с электромагнитным тормозом

и регулятором подачи долота, насосами У8-6М, циркуляционной системой, коммуникациями и другим оборудованием. Для привода агрегатов применяются современные цепно-карданные трансмиссии, в результате чего уменьшились габариты агрегатов, повысилась их надежность и облегчился монтаж. Серийный выпуск установок начат в 1972 г.

Установки БУ-200ДГ-ІІІ с дизельгидравлическим приводом и БУ-200Э-ІІІ с электрическим приводом по конструктивному испол­ нению имеют следующие особенности. В них введены новые двух­ секционные лебедки с коробкой передач и регулятором подачи долота, насосы У8-7М, башенные вышки для работы со свечами дли­ ной 36 м, оснащенные комплексом механизмов АСП-4, металличе­ ские основания, укрытия, циркуляционная система с очистными механизмами, обвязка насосов, краны для погрузо-разгрузочных и ремонтных работ.

Привод установки БУ-200ДГ-ІІІ изготовлен на базе вновь соз­ данных дизельгидравлических агрегатов АДГ-1000 с мощностью 1000 л. с. Мощность агрегатов суммируется цепно-карданной транс­ миссией.

В 1970 г. Уралмашзавод выпустил установки БУ-160ДГ с дизель­ гидравлическим приводом и БУ-160Э с электрическим приводом, которые предназначены для бурения скважин глубиной до 5000 м. Установки снабжаются вышками башенного типа с механиз­ мами АСП-4, металлическими блочными основаниями, каркасами укрытий, системой приготовления и обработки раствора.

Установка БУ-160ДГ приводится в движение силовыми агрега­ тами СА-10 с гидротрансформаторами. Мощность четырех силовых аг­ регатов передается цепной трансмиссией на лебедку и буровые насосы.

Вустановке БУ-160Э привод лебедки осуществляется от двух синхронных электродвигателей типа СДЗБ-13-42-8, насосов — от электродвигателей типа АКЗ-15-41-8Б-2, а ротора — от электро­ двигателя постоянного тока типа Д-127-8К.

Вэтих установках и установках БУ-125ДГ и БУ-125Э унифи­ цированы лебедки, роторы, вертлюги, цепно-карданные трансмиссии, компрессоры и элементы пневмообвязки, шкивы талевых систем,

буровые насосы, электропривод насосов.

С выпуском комплектных буровых установок, оснащенных цепно­ карданными трансмиссиями и транспортабельными крупноблочными основаниями, в значительной мере повысилась их монтажеспособ­ ность и снизились сроки сооружения буровых.

Современные буровые установки обеспечивают высокую степень механизации и автоматизации трудоемких спуско-подъемных опе­ раций, бурения, а также погрузо-разгрузочных и ремонтных работ.

КЛАССИФИКАЦИЯ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Буровые установки характеризуются номинальной и максималь­ ной грузоподъемностью. Номинальная грузоподъемность — это спо­ собность буровой установки воспринимать основные, наиболее часто

34

возникающие нагрузки, непосредственно связанные с технологией процесса бурения. Она соответствует нагрузке на крюке от наиболь­ шего веса бурильной колонны и определяет глубину бурения.

Максимальная грузоподъемность — это способность установки воспринимать нерегулярные и случайные нагрузки, например при спуске обсадных колонн, прихватах колонн.

Таблица 12

Т ехн и ч еск ая харак тер и сти к а устан ов ок с эл ектроп риводом

36

За основу классификации буровых установок, согласно утвер­ жденной нормали Н900—66, принимается их номинальная грузо­ подъемность. В соответствии с этим все установки подразделяются на пять основных классов: БУ-50, БУ-80, БУ-125, БУ-200 и БУ-250. Размерным рядом нормали Н900-66 допускаются дополнительно две установки классов БУ-100 и БУ-160, которые соответственно являются модернизацией установок классов БУ-80 и БУ-125.

Каждый класс буровых установок делится на типы, отличающиеся грузоподъемностью, видом привода основных исполнительных меха­ низмов, комплектностью поставки.

Классификация буровых установок по их типам в зависимости от привода приведена в табл. 10.

Применение буровых установок определенного класса и типа главным образом зависит от глубины бурения скважины, наличия и возможности использования внешних источников электроэнергии. Технические характеристики буровых установок с дизельным и элек­ трическим приводами приведены в таблицах И и 12.

БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ С ДИЗЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ

Установки, имеющие привод основных исполнительных механиз­ мов — лебедки, ротора и насосов — от дизельных силовых агрега­ тов, относятся к установкам с дизельным приводом. Вспомогатель­ ные механизмы в этих установках (механизмы приготовления и очистки раствора, компрессоры, регулятор подачи долота н др.) приводятся в движение от электродвигателей. Для питания энергией двигателей вспомогательных механизмов установки снабжаются дизельгенераторными станциями. Комплект оборудования устано­ вок с дизельным приводом приведен в табл. 13.

Установки с дизельным приводом в основном применяются в раз­ ведочном бурении, а также в районах, удаленных от источников энергоснабжения.

Буровая установка БУ-75БрД

Буровая установка (рис. 14) имеет групповой привод на лебедку, ротор и насосы, состоящий из двух силовых агрегатов. Каждый сило­ вой агрегат состоит из дизеля 1Д12Б мощностью 420 л. с. и турбо­ трансформатора ТТК-І, смонтированных на общей раме. Вал турбо­ трансформатора силовых агрегатов соединяется через муфту ШПМ-500 с цепным редуктором. От редуктора мощность передается на коробку передач лебедки и через клиноременную передачу на насосы. Коробка передач соединена карданным валом с ротором.

Компоновка силовых агрегатов с редуктором и трансмиссией обеспечивает передачу вращения на лебедку и на насосы от одного или обоих силовых агрегатов.

, . Переключение скоростей вращения барабана лебедки, управле­ ние пневматическими цилиндрами и муфтами лебедки, ротора,

37

38

коробки передач, силовых агрегатов, насосной трансмиссии и при­ вода компрессора осуществляется дистанционно с пульта буриль­ щика. Переключение зубчатых муфт цепного редуктора и реверса коробки передач производится механическим способом при помощи рычагов, расположенных на корпусах соответствующих агрегатов.

Буровая установка комплектуется сборно-разборным крупно­ блочным основанием, мачтовой секционной вышкой и приемным мостом. Основание состоит из трех сварных ферм: правой, левой

а іг із W

Р а с . 14. Б у р о в а я у стан ов к а Б У -7 5 Б р Д .

1 - приемный мост; 2 — основание бурового блока; 3 — подсвечник; 4 — пневматический клиновой захват; 5 — ротор; 6 — вышка; 7 — карданный вал; 8 — пульт бурильщика; у — лебедка; 10 — коробка передач; 11 — электрооборудование; 12, 14 — дизсльгенераториая станция; 13 — компрессорная станция с воздухосборником; 15 — силовой агрегат; 16 — цепной редуктор; 17 — трансмиссия насосов; 18 — топливомаслоустановка; Ю — компрес­ сов; 20 — буровой насос; 21 — всасывающий трубопровод; 22 — приемная емкость; 23 — пневматический буровой ключ; 24 — вибросито; 25 — желоб; 26 — гидротормоз; 27 — наг­

нетательный трубопровод; 28 — компенсатор; 29 — пусковая задвижка.

ицентральной, соединенных между собой болтами. На правой н левой фермах закреплены шарнирные опоры для вышки и кронштейны под тяжеловозы Т-40. В передней части основания между боковыми

ицентральной фермами имеется проем для стаскивания блока при

наличии фонтанной арматуры на скважине. В проеме на правую и левую фермы устанавливаются рамы ротора и подсвечников. Снизу в задней части центральной фермы установлена шаровая опора под тележку.

На основании монтируются вышка, ротор, подсвечники, лебедка с коробкой передач, цепной редуктор, силовые агрегаты, компрессор­ ная установка, шкив клиноременной передачи на насосы и укрытие. При монтаже буровой блок устанавливается на металлические опоры. Остальное оборудование монтируется агрегатным способом на фун­ даментах.

39