3.3 Выбор категории, класса, вида и основных параметров буровой установки

Естественно, что для бурения разведочных, эксплуатационных, вертикальных или наклонных скважин различной глубины на суше, с поверхности воды и в других условиях не может существовать одна категория или один класс и вид буровой установки, хотя во всех случаях установка выполняет почти одинаковые функции. В то же время не представляется возможным для каждой конструкции скважин создавать специальную установку. Поэтому буровые установки должны обладать определенной универсальностью или допускать быструю модификацию и приспособляемость к конкретным словиям бурения непосредственно на промыслах. В связи с этим первой задачей проектирования буровой установки является выбор ее категории, класса, а затем вида.

Буровые установки делятся на две категории:

1. для бурения глубоких эксплуатационных и разведочных скважин;

2. для бурения неглубоких структурных и поисковых скважин.

Основные характеристики установок приведены в табл. 3.1. Установки первой категории отличаются от установок второй категории большей возможной глубиной бурения скважин, большим диаметром скважины, более тяжелыми бурильными трубами. Естественно, что мощность и максимально допустимая нагрузка на эти установки значительно выше, больше и их масса.

Буровые установки первой категории (см. рис. 3.3) обычно перевозят с одной точки бурения на другую по частям (блоками) в зависимости от дорожных условий и транспортных средств. Установки второй категории выполняются мобильными, обычно все оборудование монтируется на одном шасси или нескольких самоходных или буксируемых гусеничных платформах.

Каждая категория буровой установки имеет несколько классов, которые обеспечивают наибольшую эффективность бурения скважин определенной глубины и конструкции. Поскольку каждой буровой установкой при определенной мощности ее двигателей, максимально допустимой нагрузке на крюке можно пробурить скважины различной глубины и конструкции, то для сравнительной оценки мощности и класса буровой установки для глубокого бурения принимают допустимую нагрузку на крюке и номинальную глубину скважины конечного диаметра 215 мм, которые могут быть достигнуты при использовании бурильной колонны с бурильными трубами диаметром 114 мм и массой 1 м труб 30 кг.

Таблица 3.1 Основная характеристика буровых установок различного назначения

Параметры	Установки для бурения
	эксплуатационного и глубокого разведочного	структурного и поискового
Глубина бурения, м Мощность привода, кВт Максимальная допустимая нагрузка на крюк, МН Диаметр скважины, м Диаметр бурильных труб, мм	1000—15 000 440—4000 1,2—8,0 0,14—0,9 89—140	25—3000 15—400 0,01—0,80 0,076—0,17 43—89

Рис.3.5 Классификация буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения:

Р_к - максимально допустимая нагрузка на крюк; штриховая линия соответствует пределу минимальных глубин рационального использования установок; 1, 2,….., 11 – класс установки

Таблица 3.2. Буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения

Параметры	Класс буровых установок
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Допускаемая нагрузка на крюке*, кН	800	1000	1250	1600; 1400**	2000; 1700 **	2500; 2000 **	3200; 2500 **	4000; 3200 **	5000	6300	8000
Условный диапазон глубин бурения ***, м	600— 1250	1000— 1600	1250— 2000	1600— 2500	2000— 3200	2500— 4000	3200— 5000	4000— 6500	5000— 8000	6500— 10 000	8000— 12 500
Наибольшая оснастка талевой системы	4Х5				5X6		6X7		7X8
Диаметр талевого каната, мм	22; 25		22; 25; 28	25; 28	28; 32		32; 35		35; 38	38; 42	42; 44
Скорость подъема крюка при расхаживании обсадных колонн и ликвидации аварий, м/с	0,1 - 0,2
Скорость установившегося движения при подъеме незагруженного элеватора, м/с, не менее	1,5								1.4
Мощность на приводном (входном) валу подъемного агрегата, кВт	200—240	240—300	300—440	440—550	550—670	670—900	1900—1100	1100— 1475	1475—2200	2200— 2950	2500—2950
Проходной диаметр стола ротора, мм	460; 560		320,7; 560	560		700		950		1260
Мощность на приводном валу ротора, кВт, не более	180		180—370	370				440	500	540
Допускаемая статическая нагрузка на стол ротора, кН	2000		3200				4000		5000	6300	8000
Момент, передаваемый столом ротора, кН·м, не более	30		50				80			120	180
Число основных буровых насосов, не менее	1		2								3
Мощность привода бурового насоса, кВт	300; 375		475	475;600; 750			600; 750; 950		950; 1180	1180	1180; 1840
Наибольшее давление на выходе насоса (в манифольде), МПа	20; 21	20	21; 25	25; 32		25; 32; 35	25; 32	25; 32; 35	32; 40	40	40; 105
Номинальная длина свечи, м	18		18; 25; 27		25; 27; 36						27; 36
Высота основания (отметка пола буровой), м, не менее	3	4	4,4; 5,5		5; 5,5	6		6,7; 8	6,9; 8	7,5; 8	8,5
* Допускаемая нагрузка на крюке определяется прочностью канатов в оснастке талевой системы. Коэффициент запаса прочности талевого каната при спуске обсадных колон и ликвидации аварий должен быть не менее 2, а при СПО и бурении — не менее 3. ** Для нового проектирования не применять; допускается изготовление до 1 января 1986 г *** Предельная глубина бурения указана для бурильных труб диаметром 114 мм и массой 1 м 30 кг.

При работе с бурильными трубами других диаметров и массы глубина бурения этой же буровой установкой может значительно отличаться от ее условной глубины. Буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения стандартизованы. ГОСТ 16293—82 (СТСЭВ 2446—80) предусматривает 11 классов буровых установок для бурения скважин глубиной 1250—12500 м и более (табл. 3.2). На рис. 3.5 приведена схема 11 основных классов буровых установок.

Максимально допустимую нагрузку на крюк буровой установки выбирают в соответствии со следующим рядом по ГОСТ 1575—81 (в МН): 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0. При проектировании установки нового класса максимально допустимую нагрузку подъемного комплекса следует выбирать из приведенного ряда.

Выбор параметров и пределов их изменения для отдельных агрегатов буровой установки рассмотрен в соответствующих разделах.

Вид буровой установки для одного и того же класса определяется рядом факторов: условиями бурения (равнина, горы, леса, болота, море, температура окружающего воздуха и ее колебания, сила ветра и др.); целью бурения (разведочное или эксплуатационное); типом скважины (вертикальная или наклонная); способом бурения (роторный или забойными двигателями); технологией бурения (гидравлическая мощность на забое; типы и свойства бурового раствора; метод спуска и подъема колонн); геологическими условиями бурения (характер буримых пород, возможные осложнения, аномальное пластовое давление, температура на глубине, степень агрессивности подземных вод).

Буровая установка должна обеспечивать наибольшую эффективность. Единицей продукции, производимой буровой установкой, является законченный куст скважин, скважина или каждый пробуренный метр. Мера производительности в определенных условиях бурения — коммерческая скорость, определяемая числом пробуренных установкой метров за месяц ее работы (м/ст.-мес), а мера производительности и эффективности установки— стоимость куста, скважины или 1 м в заданных условиях.

Очевидно, что скважину глубиной 1000 м можно пробурить с использованием установки, предназначенной для бурения более глубоких скважин, например для скважин глубиной 6000— 7000 м, но заранее можно сказать, что это неэкономично, а пробурить скважину глубиной 6000—7000 м с применением установки, предназначенной для бурения скважин глубиной 1000 м, естественно, невозможно. Во многих случаях пределы экономической целесообразности применения той или иной установки теоретически найти довольно трудно без соответствующего анализа ее параметров (характеристик и данных эксплуатации).

Различные виды буровых установок, даже одного класса, могут иметь отличающиеся друг от друга параметры и характеристики отдельных машин и агрегатов. Параметры каждого агрегата выбирают: 1) на основе анализа результатов бурения скважины; 2) по конструкции скважины и условиям бурения, близким к тем условиям, для которых проектируется новая установка. После этого выбирают типовую конструкцию скважины и типовую технологию ее проходки и строительства.