книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

7.1. Технологическая схема бурения вращ ательным способом - * \ г 331

должают бурение долотом меньш его диаметра. Если при бурении под эксплуатационную колонну возникаю т ослож нения, препятствую щ ие бурению, то после кондуктора в скваж ину спускаю т одну или две про­ межуточные колонны

Основные термины, которы е использую тся специалистами по буре­ нию скважин, следующ ие.

Бурение — процесс образования горной вы работки круглого сече­ ния посредством разруш ен и я горных пород буровым инструментом с удалением продуктов разруш ения.

Бурильная колонна — ступенчаты й полый вал из свинченных бу­ рильных труб, соединяющ ий породоразруш аю щ ий инструмент с назем ­ ным оборудованием.

Бурильная свеча — часть бурильной колонны, неразъем ная во вре­ мя спускоподъемных операций и состоящ ая из нескольких свинченных между собой труб.

Бурильный зам ок — соединительны й элем ент бурильных труб д ля свинчивания их в колонну.

Буровая вы ш ка — сооруж ение, устанавливаем ое над буровой сква­ жиной для осущ ествления спуска и подъема бурового инструмента, з а ­ бойных двигателей и обсадных труб.

Буровая лебедка — механизм, предназначенны й для спуска и подъе­ ма колонны бурильных труб, подачи бурового долота на забой скваж и ­ ны, спуска обсадных труб и передачи мощности на ротор.

Буровая установка — комплекс маш ин, механизмов и конструкций, предназначенных для бурения и крепления скважин.

Буровая платф орм а — установка для бурения на акваториях с це­ лью разведки и добычи м инеральны х ресурсов ш ельфа.

Буровой инструмент — механизмы и приспособления, применяемые при бурении скважин.

Буровое долото — инструмент, используемы й при бурении для р а з ­ рушения горных пород.

Буровой (промы вочный) раствор — многокомпонентная дисперсная система, применяемая для промывки скваж ин в процессе бурения.

Ведущая бурильная труба — труба чащ е всего квадратного сече­ ния, устанавливаемая наверху бурильной колонны и передаю щ ая ей вращение от ротора.

Вертлюг — механизм, обеспечиваю щ ий удерж ание и вращ ение под­ вешенной бурильной колонны, а такж е подачу бурового раствора.

Вибрационное сито — м еханизм д л я очистки бурового раствора от выбуренной породы и других м еханических примесей.

Вращательный способ бурения — способ сооружения скважин, при котором разрушение горных пород осущ ествляется за счет вращения прижатого к забою долота.

Индикатор веса — прибор для определения осевой нагрузки на до­ лото и на крюк талевой системы в процессе бурения.

Ротор — механизм для передачи вращения колонне бурильных труб и поддержания ее на весу при спускоподъемных операциях.

Турбобур — забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин и сообщающий вращение долоту.

Цементирование (тампонирование) скваж ины — закачка тверде­ ющего цементного (тампонажного) раствора в кольцевое пространство между стенкой скважины и обсадной колонной.

7.2.УСТАНОВКИ ГЛУБОКОГО БУРЕНИЯ

Вкомплект буровой установки входят: вы ш ка для подвеши­ вания талевой системы, размещения бурильных труб, оборудования для спуска и подъема инструмента, оборудования для подачи и вращения инструмента; силовой привод; буровые насосы; механизмы для приго­ товления и очистки промывочной жидкости; контрольно-измеритель­ ные приборы и вспомогательные устройства (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Типовая схема размещ ения обо­

рудования и материалов на буровой ус­ тановке:

1 — пол бур ов ой вы ш ки; 2 — бур овой ротор;

3 — б у р ов ая л ебед к а; 4 — си л ов ой привод;

5 — бур овы е насосы ; б — п л ощ ад к а горю чес­ м азоч н ы х м ат ер и ал ов ; 7 — глином еш алка;

8 — си стем а очи стк и б у р ов ы х растворов; 9 —

п л ощ ад к а гл и н о х о зя й ст в а ; 10 — зап асн ы е ем к ости бур овы х р аствор ов; 11 — стеллаж и;

1 2 — п р и ем н ы е м остки; 13 — п л ощ адк а от­ работанны х долот; 14 — п л ощ адк а ловильного и н стр ум ен та; 15 — бур и л ь н ы е трубы ; 16 —

и н стр ум ен тал ьн ая п л ощ ад к а

Различные условия и цели бурения не могут быть достигнуты и обес­ печены одним типоразмером буровой установки, поэтому выпускается

72. Установки глубокого бурения

ряд буровых установок. Н априм ер, Волгоградский завод буровой тех ­ ники (Россия) производит ком плектны е буровые установки для буре­ ния нефтяных и газовы х скваж ин глубиной до 3500 м с дизельны м и дизель-гидравлическим приводами, электрическим приводом перемен­ ного тока и регулируем ы м (тиристорным) приводом постоянного тока.

Таблица 7.1. Технические характеристики буровых установок

Завод «Уралмаш» выпускает буровые установки и наборы бурового обо­ рудования для бурения скважин глубиной до 8000 м с различными силовымиприводами Например, буровая установка УРАЛМ АШ 6500/450 ДГ пред­ назначена для бурения скваж ин с условной глубиной бурения 6500 м в районах с умеренным климатом при тем пературах от -4 5 °С до +45 °С, при разработке м есторож дений с содерж анием сероводорода до 6 %. Установка имеет д и зел ь -ги д р авл и ч ески й привод, обеспечиваю щ ий плавное регулирование парам етров основных рабочих органов.

Основные технические характеристики установки: допускаемая на­ грузка на крюке 4500 кН; высота четырехопорной вышки 45,3 м; мощность на входном валу лебедки 1100 кВт; мощность насоса 950 кВт; полезный объем циркуляционной системы 420 м3; число струн талевой системы 12.

Кроме стационарных установок для бурения скважин на нефть и газ (рис. 7.3) выпускаются самоходные уст ановки. Например, буровая пе­ редвижная блочно-модульная установка УРАЛМАШ 2500/160ДМ раз­ мещена в модулях и блоках, транспортировка и установка которых на рабочее место производится с помощью тягачей и подкатных тележек. Привод лебедки и ротора выполнен от двух дизельных агрегатов. Трех­ поршневой буровой насос самоходной установки такж е имеет привод от двух дизелей. Установка укомплектована циркуляционной системой с четырьмя ступенями очистки бурового раствора. Для механизации монтажных и спускоподъемных операций в состав установки вклю­ чены тали, электротельферы, а такж е пневмораскрепитель и пневмосвинчиватель для замковых соединений бурильных и обсадных труб, устройство для эвакуации верхового рабочего. Технические харак­ теристики самоходной буровой установки следующие: условная глу­ бина бурения— 3200 м; высота вышки — 34 м; допускаемая нагрузка на крюке — 1600 кН; мощность на входном валу лебедки — 550 кВт; мощ­ ность привода ротора -440 кВт; мощность насоса — 600 кВт; число струн талевой системы — 8.

Для несамоходных установок характерны следующие методы мон­ тажа и транспортировки: агрегатный, мелкоблочный и крупноблочный.

Агрегатный метод заключается в индивидуальной транспортиров­ ке и монтаже каждого агрегата и применяется, как правило, при пер­ вичном монтаже. Этот метод связан с большим комплексом трудоем­ ких работ и применяется редко.

Мелкоблочный метод заключается в том, что агрегаты и узлы уста­ новки перевозят без разборки на металлических основаниях. Обычно буровая разбирается на 15—20 мелких блоков или секций, вес которых позволяет перевозить их на универсальном транспорте.

Крупноблочный метод заключается в перевозке на специальном транспорте агрегатов установки крупными блоками: два-три блока ве­ сом по 60— 120 тонн. Крупный блок состоит из металлического основа­ ния, на котором смонтированы кинематически связанные меж ду собой агрегаты и узлы. Этот метод позволяет до минимума сократить сроки монтажа буровых установок.

Буровую установку для бурения конкретной скважины выбирают по допускаемой нагрузке на крюке. Использование установок более высокого класса, чем это требуется конструкцией скважины, нерацио­ нально, так как приводит к увеличению стоимости работ. При выборе типоразмера буровой установки учитывают конкретные геологические, климатические, дорожно-транспортные и энергетические условия.

Рис. 7.3. Схема стационарной буровой ус­ тановки для бурения глубоких скважин [75]:

а — основные элементы установки: 1 —доло­ то; 2, 6, 7 — утяжеленные бурильные трубы; 2,8 — переводники; 4— центратор; 5— муф­ товый переводник; 9 — предохранительное кольцо; 10 —бурильные трубы; 11 — предох­ ранительный переводник; 12, 23 — перевод­ ники штанговые; 12 — ведущая труба; 14 — редуктор; 15—лебедка; 16—переводник вер­ тлюга; 17 — крюк; 18 — кронблок; 19— выш­ ка; 20 — талевый блок; 21 — вертлюг; 22 — шланг; 24 — стояк; 25 — ротор; 26 — шламоотделитель; 27 — буровой насос;

б — общий вид установки

Процесс бурения сопровождается постоянными спусками и подъемами бурильной колонны и поддержанием ее на весу. При этом совокупный вес инструмента может достигать многих сотен тонн. Неотъемлемой частью буровой установки является подъемное обору­ дование, включающее в себя вышку, буровую лебедку и талевую сис­ тему.

Для уменьшения нагрузки на канат и снижения установочной мощ­ ности двигателей применяют талевую систему, которая состоит из не­ подвижной части— кронблока, устанавливаемого в верхней части выш­ ки, подвижной части, талевого каната, крюка и штропа.

Буровая вышка предназначена для подъема и спуска бурильной ко­ лонны, спуска в скважину обсадных труб, удерж ания колонны на весу в процессе бурения, для размещения в ней талевой системы, буриль­ ных труб и части оборудования. Буровые вышки различаю тся по гру­ зоподъемности, высоте и конструкции: мачтовые А -образные, П-образ- ные, четырехопорные и башенные. Вышки изготавливают из труб или прокатной стали.

Основными элементами вышки являются секции ног мачты, монтаж­ ные козлы для ремонта кронблока, подкронблочная рама, балкон верх­ него рабочего, подъемная стойка, растяжки. Внутри одной из ног выш­ ки имеется лестница тоннельного типа до кронблочной площадки, внут­ ри второй ноги расположены лестницы маршевого типа до платформы верхнего рабочего.

Основные параметры вышки: грузоподъемность; высота; размеры основания; длина свечи бурильных труб; емкость хранилищ а для све­ чей и масса. Высота вышки и грузоподъемность определяю тся глуби­ ной бурения. Для бурения скважин на глубину 300— 500 м использует­ ся вышка высотой 16 — 18 м, на глубину 4000— 6500 м высотой 53 м.

Наиболее серьезной опасностью при работе на буровых вышках яв­ ляется их разрушение или падение из-за недостаточного надзора за их состоянием. Вышка должна подвергаться тщательному осмотру перед началом буровых работ, перед спуском обсадных колонн и освобожде­ нием прихваченных колонн. Транспортировка вышки осуществляется в собранном виде в горизонтальном положении. При этом талевая сис­ тема не демонтируется. Вышки мачтового типа монтируются в горизон­ тальном положении, а затем поднимаются при помощи специальных устройств.

Одновременно с монтажом буровой установки и выш ки ведут стро­ ительство привыш ечных сооружений:

• агрегатный ангар для укры ти я двигателей и передаточны х м еха­ низмов лебедки;

•насосный ангар для разм ещ ения буровых насосов и силового обо­ рудования;

•приемный мост для укладки бурильны х, обсадных труб и перем е­ щения по нему оборудования и материалов;

•система устройств для очистки промывочного раствора от вы бу­ ренной породы, а так ж е склады реагентов, сыпучих и горючесма­ зочных материалов;

•объекты соцкультбыта.

Таблица 7.2. Основные параметры мачтовых вышек двух типоразмеров

Буровая лебедка явл яется одним из основных агрегатов буровой ус­ тановки и применяется д л я спуска и подъема бурильной колонны, спус­ ка обсадных труб, уд ерж ан и я на весу бурильной колонны и медленной подачи ее в процессе бурения. В ряде случаев лебедка используется для передачи мощности от двигателя ротору, свинчивания и развинчива­ ния труб, подтаскивания грузов.

Буровая лебедка состоит из сварной рамы , на которой установлены подъемный и трансмиссионный валы, ленточный и гидравлический (или электрический) торм оза и пульт управления. К инем атическая связь между валами осущ ествляется цепной передачей. На подъемном валу монтируется барабан для навивки талевого каната, ленточный тормоз и Муфта, соединяю щ ая вал с гидравлическим или электрическим тор ­ мозом. Трансмиссионный вал в р я д е случаев используется д л я переда­ чи вращения ротору и присоединения к лебедке автомата подачи доло-

та. Регуляторы подачи долота позволяю т автоматически поддерживать заданную скорость подачи инструмента.

Спускоподъемные операции повторяю тся много раз в строго опре­ деленной последовательности, при этом нагрузки на лебедку носят цик­ лический характер. П ри подъем е груза мощ ность подводится к лебед­ ке от силового привода, а при спуске груза вклю чаю тся тормозные уст­ ройства лебедки. Д ля лучш его использования мощ ности приводные трансмиссии лебедки вы полняю тся многоскоростными. В случае при­ хвата колонны развиваем ое лебедкой тяговое усилие м ож ет быть быс­

Талевая (поли сп астовая) с и с т е м а буровы х установок предназначе­ на для преобразования вращ ательного дви ж ен ия барабана лебедки в поступательное перем ещ ение крю ка и ум еньш ения нагрузки на ветви каната (рис. 7.4). Стальной канат пропускается в определенном порядке чер ез ш кивы неподвижного (кронблок) и подвижного блоков талевой системы. Один конец талевого каната крепится неподвижно, другой ве­ дущ ий конец крепится к барабану лебедки.

Кронблок представляет собой закрепленную наверху выш ки раму, на которой смонтированы опоры со шкивами. П одвиж ный талевы й блок п редставляет собой сварной корпус, в котором такж е помещаются шки­ вы и подш ипниковые узлы .

В талевы х систем ах прим еняю т круглы е ш естипрядны е канаты, которые получаю тся в резул ьтате двойной свивки: высокоуглеродис­ той стальной проволоки в пряди и прядей в канаты . Н аруж ны й слой

проволок в прядях имеет больш ой диам етр, что предохраняет канат от быстрого износа. Внутренний слой сделан из проволок меньшего диа­ метра, что придает канату гибкость. Н аиболее распространены канаты диаметром 28 и 32 мм. Н аиболее быстро изнаш ивается ведущ ая ветвь каната. Здесь под износом поним ается усталостны й обрыв проволок. Расход каната на 1 м проходки скваж ины составляет от 0,5 до несколь­ ких килограммов.

Кронблок

Талевый блок

Крюк

Талевый канат

Буровая лебедка

Рис. 7.4. С пускоподъемное оборудование буровой установки

Полная мощность двигателя лебедки используется только во врем я подъема первых свечей после достиж ения скважиной проектной глу ­ бины. Поэтому подбираю т такой полиспастовы й м еханизм, которы й требует меньшей мощности. Это достигается применением различны х оснасток талевой системы: 2 х 3; 3 х 4 и т. д. Здесь первая циф ра означа­ ет число работающих ш кивов талевого блока, а вторая — кронблока. О д­ нако процесс переоснастки талевой системы заним ает много времени, поэтому многократное изменение оснастки целесообразно применять, если время, затраченное на ее осущ ествление, меньш е времени, кото­ рое будет выиграно в процессе подъема и спуска инструмента.

Буровые крю ки служ ат для подвеш ивания при помощи штропов с элеватором бурильной и обсадной колонн в процессе спускоподъемных

работ, для подвеш ивания вертлю га в процессе бурения, а такж е для производства м онтаж ны х работ.

Ш тропы бурильны е — звено, соединяю щ ее буровой крю к и верт­ люг, буровой крю к и элеватор, на котором подвеш ивается буровой ин­ струм ент или колонна обсадных труб. Ш тропы изготавливаю тся одно-

идвухструнны м и грузоподъемностью до 300 тонн.

Элеватор — устройство д л я захвата и уд ерж ан и я на весу колонны

бурильны х и обсадных труб при осущ ествлении различны х операций. Э леваторы разли чаю тся по разм ерам и грузоподъемности. Для буриль­ ных труб диаметром от 60 до 169 мм вы пускаю тся элеваторы грузоподъ­ емностью, соответственно, от 75 до 320 тонн.

К ли н ья д л я бурильны х труб вклады ваю тся в конусное отверстие ротора для подвеш ивания бурильного инструм ента в его столе.

Клю чи использую тся для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб, а такж е д л я крепления и открепления резьбовых со­ единений колонны.

Подъем и спуск бурильны х труб в целях зам ены отработанного до­ лота состоит из одних и тех ж е многократно повторяемы х операций. Больш инство операций являю тся маш инно-ручными или ручными, тре­ бующ ими затр ат больш их ф изических усилий.

При подъеме к таким операциям относятся: посадка колонны на эле­ ватор; развинчивание резьбового соединения; установка свечи на под­ свечник; спуск порожнего элеватора; перенос ш тропов на загруженный элеватор.

При спуске к таким операциям относятся: вы вод свечи с подсвечни­ ка; свинчивание свечи с колонной; спуск свечи в скваж ину; посадка ко­ лонны на элеватор; перенос ш тропов на свободный элеватор.

На площ адке буровой у с та н о в к и располож ены : ротор с пневмати­ ческим клиновым захватом , автом атический буровой ключ и подсвеч­

ник. Б урильны е свечи устанавливаю тся на подсвечник.

Д ля м еханизац и и и частичной автом ати зац и и спускоподъемных операций разработан а в т о м а т спуска-подъем а (АСП), в состав кото­ рого входят, в частности, автом атический буровой ключ и автоматичес­ кий элеватор. Пост АСП разм ещ ается на площ адке подсвечника. Авто­ мат спуска-подъем а обеспечивает совмещ ение во времени подъема и спуска колонны труб и незагруж енного элеватора с операциями уста­ новки свечи на подсвечник и выноса ее с подсвечника, с развинчивани­ ем и свинчиванием свечи с колонной, обеспечивает такж е захват или освобож дение колонны бурильны х труб автоматическим элеватором. АСП поднимает свечи с помощью сж атого воздуха.