МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ. Конспект лекций.

Монтаж и эксплуатация бурового оборудования (мэбо) конспект лекций

2011

Тема№1. Буровые установки Лекция №1.1 Буровые установки. Назначение, функции и состав оборудования. Требования. Классификация. Параметры. Типы

На основании археологических находок и исследований установлено, что первобытный человек около 25 тыс. лет назад при изготовлении различных инструментов сверлил в них отверстия для прикрепления рукояток. Рабочим инструментом при этом служил кремневый бур.

В Древнем Египте вращательное бурение (сверление) применялось при строительстве пирамид около 6000 лет назад.

Первые сообщения о китайских скважинах для добычи воды и соляных рассолов содержатся в работах философа Конфуция, написанных около 600 г. до н.э. Скважины сооружались методом ударного бурения и достигали глубины 900 м.

Бурение первых скважин в России относится к IX веку и связано с добычей растворов поваренной соли в районе г. Старая Русса. Первая скважина в США была пробурена для добычи соляного раствора близ г. Чарлстона в Западной Вирджинии в 1806 г. При дальнейших поисках рассолов в 1826 г. близ г. Бернсвилла в шт. Кентукки случайно была найдена нефть.

Первые упоминания о применении бурения для поисков нефти относятся к 30-м годам XIX века. На Тамани, прежде чем рыть нефтяные колодцы, производили предварительную разведку буравом.

В декабре 1844 г. член Совета Главного Управления Закавказского края В.Н. Семенов направил своему руководству рапорт, где писал «о необходимости углубления посредством бура некоторых колодцев и произведения вновь разведки на нефть также посредством бура между балаханскими, байбатскими и кабристанскими колодцами. О результатах бурения говорится в докладной записке наместника Кавказа графа Воронцова от 14 июля 1848 г.:«... на Биби-Эйбате пробурена скважина, в которой найдена нефть». Это была первая нефтяная скважина в мире!

Незадолго до этого в 1846 г. французский инженер Фовель предложил способ непрерывной очистки скважин - их промывку. Сущность метода заключалась в том, что с поверхности земли по полым трубам в скважину насосами закачивалась вода, выносящая кусочки породы наверх. Этот метод очень быстро получил признание, т.к. не требовал остановки бурения.

Число пробуренных скважин на нефтяных промыслах в конце XIX века стремительно росло. Так в Баку в 1873 г. их было 17, в 1885 г. – 165, в 1890 г. – 356, в 1895 г. – 604, то к 1901 г. – 1740. Одновременно значительно возросла глубина нефтяных скважин. Если в 1872 г. она составляла 55...65 м, то в 1883 г. - 105...125 м, а к концу XIX в. достигла 425...530 м.

В конце 80-х гг. прошлого века близ г. Новый Орлеан (шт. Луизиана, США) было применено вращательное бурение на нефть с промывкой скважин глинистым раствором. В России вращательное бурение с промывкой впервые применили близ г. Грозного в 1902 г. и нашли нефть на глубине 345 м.

Первоначально вращательное бурение осуществлялось вращением долота вместе со всей колонной бурильных труб непосредственно с поверхности. Однако при большой глубине скважин вес этой колонны весьма велик. Поэтому еще в XIX в. появились первые предложения по созданию забойных двигателей, большинство из них осталось нереализованными.

Впервые в мировой практике советским инженером (впоследствии членом-корреспондентом АН СССР) М.А. Капелюшниковым в 1922 г. был изобретен турбобур, представлявший собой одноступенчатую гидравлическую турбину с планетарным редуктором. Турбина приводилась во вращение промывочной жидкостью. В 1935...1939 гг. конструкция турбобура была усовершенствована группой ученых под руководством П.П. Шумилова.

В 1897 г. в Тихом океане в районе о. Сомерленд (шт. Калифорния, США) впервые было осуществлено бурение на море. В нашей стране первая морская скважина была пробурена в 1925 г. в бухте Ильича (близ г. Баку) на искусственно созданном островке. В 1934 г. Н.С. Тимофеевым на о. Артема в Каспийском море было осуществлено кустовое бурение, при котором несколько скважин (порой более 20) бурятся с общей площадки. Впоследствии этот метод стал широко применяться при бурении в условиях ограниченного пространства (среди болот, с морских буровых платформ и т.д.).

С начала 60-х годов с целью изучения глубинного строения Земли в мире стали применять сверхглубокое бурение.

Буровая установка  – комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения.

Назначение

Буровые установки предназначены (по ГОСТ 16293-89) для бурения разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.

Функции

1. подвод к долоту необходимой мощности (нагрузки и частоты вращения);

2. закачивание в колонну бурильных труб необходимого количества раствора;

3. очистка бурового раствора от выбуренной породы и хранение раствора;

4. наращивание бурильной колонны;

5. спуск бурильных и обсадных труб;

6. подъем бурильных труб, их раскрепление;

7. обеспечение натяжения бурильной колонны для ее освобождения при осложнениях и авариях;

8. обеспечение герметизации устья скважины.

Состав

Буровая установка состоит из буровых комплексов и оснований (металлоконструкций)

Буровые комплексы:

1. Комплекс оборудования для спускоподъемных операций: вышка, лебедка с приводом, талевая система. Оборудование располагается на вышечно-лебедочном блоке.

2. Комплекс оборудования для работы с трубами: ротор с клиновым захватом, ключи АКБ (автоматический ключ буровой), УМК (универсальных машинный ключ), вспомогательная лебедка, приемный мост со стеллажами и механизмом подъема труб.

3. Комплекс оборудования для обеспечения циркуляции раствора: состоит из двух частей: скважинной и наземной. Наземная включает:

• оборудование для очистки, удаления и утилизации шалама и приведения раствора к определенным параметрам (вибросита, гидроциклонные установки, центрифуга, дегазатор, емкости для хранения бурового раствора, механизмы для приготовления раствора);

• оборудование для нагнетания и долива в скважину бурового раствора (буровой насос с приводом, манифольд, стояк и рукав буровой, вертлюг).

4. Комплекс оборудования для подготовки и распределения сжатого воздуха (пневмосистема): компрессоры, воздухосборники, краны управления, вертлюжки, клапаны-разрядники).

5. Комплекс оборудования для электроснабжения и управления: электродвигатели, дизельные двигатели, дизель-электростанции, оборудование и устройства для распределения, преобразования и управления исполнительными механизмами (трансформаторы, шкафы, посты и пульты управления). Оборудования располагается во всех блоках.

6. Комплекс оборудования для водоснабжения и обогрева: котельные установки, регистры паровые, теплогенераторы паровые, вентиляторы, укрытия, напорная емкость, резервуары. Располагается во всех блоках.

7. Комплекс противовыбросового оборудования: превенторы, крестовина, манифольд противовыбросовый, пульты управления, коммуникации.

8. Оборудование для управления и контроля за процессом бурения и исследования скважин и обеспечения безопасной работы: индикатор веса ГИВ 6, станция «Разрез-2», установка манометров контроля давления в буровом манифольде и на выкиде буровых насосов, блокировки от превышения нагрузки на крюке и давления на насосах, расходомеры контроля подачи бурового раствора в приемных емкостях.

9. Оборудование для заканчивания скважин: цементировочные агрегаты, цементно-смесительные агрегаты, манифольд цементировочный. Работает непродолжительное время поэтому располагается на транспортной базе.

10. Комплекс оборудования для охраны окружающей среды.

11. Комплекс оборудования для транспортировки блоков и модулей и их выравнивания:

• оборудование для транспортировки в пределах одной площадки;

• оборудование для транспортировки с площадки на площадку.

12. Комплекс оборудования для социального и культурного быта: вагон мастера, вагон-столовая, вагон-душевая, вагон для отдыха, вагон для хранения спецодежды.

13. Комплекс оборудования для механизации ремонтных и погрузочно-разгрузочных работ: краны, блоки подвесные, кранбалки, тали ручные и электрические.

Требования предъявляемые к буровым установкам

Все требования, предъявляемые к буровым установкам можно разделить на 5 групп:

1. Технические:

• обеспечить процесс бурения на уровне мировых стандартов;

• простота обслуживания и ремонтопригодность (возможность замены быстроизнашивающихся узлов и деталей);

• высокая степень оснащенности КИП и автоматики.

2. Технологические:

• унификация и стандартизация деталей;

• взаимозаменяемость.

3. Экономические:

• высокая производительность бурения и спуско-подъемных операций;

• снижение материалоемкости;

• минимальные производственные и эксплуатационные расходы.

4. Социальные:

• удобство управления и обслуживания;

• обеспечение нормальных условий труда;

• автоматизация и механизация.

5. Специальные:

• ограничение по занимаемой площади;

• блочность буровой установки;

• приспособленность к климатическим условиям.

Классификация

По ГОСТ 16293-89 «Установки буровые комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Основные параметры» выделяют 12 классов. Классы различаются по допускаемой нагрузке на крюке.

Класс	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Qдоп, кН	800	1000	1250	1600	2000	2500	3200	4000	5000	6300	8000	10000
L,м	1250	1600	2000	2500	3200	4000	5000	6300	8000	10000	12500	16000

ОМЗ выпускает установки с 4-го по 11-й классы, ВЗБТ со 2-го по 7-й классы.

Каждый из 12-ти классов включает установки нескольких модификаций, отличающихся:

1. типом привода: дизельный (Д), дизель-гидравлический (ДГ), электрический (Э, ЭР, ЭП), дизель-электический (ДЭР, ДЭП);

2. общей компоновкой;

3. назначением: для одиночного, кустового бурения или бурения вторых стволов;

4. монтажеспособностью: стационарные с приводом Э, Д, ДГ, универсальной монтажеспособностью (У), блочно-модульные (БМ), передвижные (П), мобильные.

Параметры

1. Допускаемая нагрузка на крюке – главный параметр буровой установки определяющий ее важнейший эксплуатационный показатель и не зависит от технического усовершенствования и технологии изготовления.

2. Условная глубина бурения трубами имеющими вес одного погонного метра 0,3 кН (30 кг).

3. Скорость подъема крюка при расхаживании колонны: 0,10…0,25 м/с.

4. Скорость подъема порожнего элеватора:

1,43…1,82 м/с (ОМЗ), 1,50…1,92 м/с (ВЗБТ).

5. Расчетная мощность, развиваемая приводом на входном валу подъемного агрегата:

300…500 кВт (ВЗБТ), 670…2000 кВт (ОМЗ).

6. Расчетная мощность привода ротора:

180…370 кВт (ВЗБТ), 218…1000 кВт (ОМЗ).

7. Расчетная мощность привода насоса:

475…600 кВт (ВЗБТ), 600…1600 кВт (ОМЗ).

8. Диаметр отверстия в столе ротора:

   Завод/класс	2…4	5…8	9, 10	11, 12
   ВЗБТ	440	560	-	-
   ОМЗ	560	700	950	1250

9. Высота отметки пола буровой: 6, 8, 10 м.

10. Масса установки в тоннах.

Шифр

БУ5000/320 ЭК-БМ или БУ 5000/320 ДГУ:

• БУ – буровая установка;

• 5000 – условная глубина бурения, м;

• 320 – допускаемая нагрузка на крюк, т;

• Э, ДГ – тип привода;

• К – назначение (для кустового бурения);

• БМ, У – монтажеспособность (блочно-модульная, универсальная)

Типы

ВЗБТ (Волгоградский завод буровой техники):

1. Старые модификации: БУ 80БрД, БУ 75БрЭ.

2. Буровые установки с дизель-гидравлическим (БУ1600/100 ДГУ, БУ2500/160ДГУ) и не регулируемым электрическим приводом постоянного тока (БУ 1600/100 ЭУ, БУ2500/160 ЭУ). Установки скомпонованы укрупненными секциями и блоками для перевозки универсальным транспортом.

3. Буровые установки с регулируемым приводом постоянного тока через тиристорные преобразователи с питанием от автономного источника (БУ2500/160 ДЭП-1) и от промышленных сетей (БУ2500/160 ЭП, БУ2500/160 ЭПК).

4. Буровые установки для наклонного бурения горизонтальных скважин, частично в блочно-модульном исполнении:

БУ2900/175ЭП, БУ2900/175 ДЭП, БУ 2900/175 ДЭП-2

5. Блочно-модульные буровые установки однорядного бурения:

БУ 2900/175 ЭП-БМ, БУ2900/175ДЭП-БМ, БУ3900-225 ДЭП-БМ

6. Блочно-модульные буровые установки для кустового бурения в эшелонной компоновке:

БУ2900/200 ЭПК-БМ, БУ3900-225 ЭПК-БМ, БУ4000/250 ЭПК-БМ.

7. Мобильные буровые установки в блочно-модульном исполнении с дизель-электрическим приводом постоянного тока с цифровой системой управления: БУ2500-140 ДЭП-М, БУ3200/200 ДЭП-М.

ОМЗ (Объединенные машиностроительные заводы):

1. Наборы бурового оборудования (без металлоконструкций оснований и буровой вышки, циркуляционной системы, манифольда и укритий):

С дизельным (НБО-Д) и электрическим приводом (НБО-Э).

2. Ранее выпускавшиеся модификации, с дизельным приводом: БУ 3Д76, БУ 3Д86.

3. Стационарные буровые установки:

• с дизель-гидравлическим приводом: БУ 3200/200ДГУ;

• с электрическим приводом постоянного тока: БУ 5000/320 ЭР;

• с дизель-электрическим приводом постоянного тока: БУ8000/500 ДЭР.

4. Буровые установки для кустового бурения:

БУ3200/200 ЭУК-МЯ, БУ3200/200 ЭУК-Я

5. Блочно-модульные буровые установки для кустового бурения эшелонного типа

• с электрическим приводом постоянного тока:

БУ3900/225 ЭК-БМ, БУ5000/320 ЭК-БМ;

• дизель-электрическим приводом постоянного тока:

БУ5000/335ДЭК-БМ;

6. Передвижные буровые установки для кустового бурения дизель-электрическим (БУ2500/160 ДГ-П) и электрическим приводом (БУ2500/160 ДЭР-П, БУ3200/200 ДЭР-П);

7. Мобильные буровые установки для заканчивания скважин на депрессии путем забуривания наклонных скважин из ранее пробуренных

БУ1200/80 ДМ, БУ1600/100 ДМ, БУ2000/125 ДМ, БУ2500/160 ДМ