Состав комплекса буровой установки для бурения нефтяных скважин: разъясняем по полочкам

Состав комплекса буровой установки для бурения нефтяных скважин: разъясняем по полочкам

Нефтяная буровая установка представляет собой комплекс специализированного оборудования для бурения нефтегазовых скважин. Устанавливается непосредственно на месте бурения, с помощью нее операции выполняются самостоятельно, поскольку все механизмы автоматизированы. Буровое оборудование позволяет добывать нефть при любых погодных условиях.

Виды буровых способов

Ранее бурение водоносных скважин для личного пользования осуществлялось в основном ручным способом. Это было трудоёмкий и длительный процесс, поэтому не каждый владелец участка или дачи мог похвастаться наличием собственного источника водоснабжения. Постепенно механизированное бурение вытеснило ручные методы благодаря значительному облегчению и ускорению процесса.

Сегодня практически все водоносные скважины бурятся механизированным способом, который основан на разрушении грунта, подаче его на поверхность одним из двух способов: сухим, когда отработанный грунт убирается из скважины при помощи механизмов и гидравлическим, когда он вымывается водой, поданной под напором или самотёком.

Различают три основных способа механического бурения:

• Вращательный (грунт разрабатывается вращением).
• Ударный (бурснаряд разрушает грунт ударами).
• Вибрационный (грунт разрабатывается высокочастотными колебаниями).

Вращательный способ считается самым высокопроизводительным, в 3-5 раз превышающий по эффективности ударный и в 5-10 вибрационный. Кроме этого вращательный способ самый недорогой и доступный, его нередко применяют в качестве основного метода ручного бурения.

В свою очередь вращательный способ бурения, широко применяемый для сооружения скважин на воду, подразделяется на три основных вида бурения:

• колонковое;
• шнековое;
• роторное.

Каждый вид вращательного бурения имеет свои особенности и выполняется специально предназначенным для этого оборудованием. Рассмотрим эти виды бурения более подробно, определим, в чём их различия и какой метод необходимо применять в каждом конкретном случае.

Принцип действия установок роторного типа

Схема роторного бурения с промывкой.

Бурение скважин роторным способом выполняется с применением решетчатой или рамной вышки, на которой крепится подъемное оборудование и другие системы установки. Она обеспечивает возможность поднимать и опускать в ствол скважины протяженные участки бурильной колонны.

В составе установки может применяться электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. В качестве такого двигателя может использоваться ДВС транспортного средства, на котором смонтировано оборудование. Привод передает вращение от двигателя на ротор. На привод может быть возложена функция изменения диапазона оборотов вращения бурового инструмента.

Ротор с помощью зубчатой передачи преобразует вращение приводного вала во вращение детали, которую называют столом ротора. На оси стола есть отверстие для ведущей трубы бурильной колонны. Отверстие и сама колонна имеют квадратную, шестигранную или другую профилированную форму. По способу передачи усилия соединение напоминает шлицевое. Ведущая труба воспринимает крутящий момент от ротора, но сохраняет возможность свободно перемещаться в осевом направлении. Часть стола с профильным отверстием является съемной и может заменяться под различные типы труб. Эту деталь называют рабочим вкладышем.

Установка роторного бурения.

Бурильная колонна состоит из отдельных труб, что соединены с ведущей трубой и между собой – разъемными муфтами. По трубам вращение передается на долото. Долото вращается и своими рабочими кромками разрушает породу в зоне забоя. Долото может иметь разные типы рабочих органов. Могут применяться алмазные, твердосплавные, композитные материалы. Форма кромок может быть режущей или с шарошками. В разных грунтах и слоях грунта оправдано применение разных типов рабочих граней долота.

Буровая колонна не воспринимает осевое усилие от ротора. Для исключения изгиба труб колонна должна пребывать в растянутом положении. Но и давление от рабочих органов на зону забоя тоже должно присутствовать. Усилие создается непосредственно над долотом, его обеспечивает повышенная масса специальных утяжеляющих труб. Действие силы тяжести распределяется следующим образом: ¾ массы давят на долото, а ¼ растягивает подвешенную буровую колонну.

Верхний приводной вал колонны подвешен к талевой системе через вертлюг, который обеспечивает свободное вращение груза. Через вертлюг и полые трубы буровой колонны к соплам долота подается промывочная жидкость.

Напор жидкости помогает размывать грунт под долотом, подхватывает и выносит его на поверхность по зазору между стволом и бурильными трубами.

Попадая на поверхность, жидкость собирается и поступает на очистку. Удаление продуктов бурения производится с помощью вибрационных, решетчатых и инерционных фильтров.

После очистки насосы вновь закачивают жидкость в колонну. Большей частью применяются ступенчатые поршневые насосы. Бурение скважин в разных материалах и на разные ресурсы требует использование своих промывочных жидкостей. При бурении скважин на воду в скалистых породах может применяться чистая вода, а для рыхлых осыпающихся грунтов – раствор воды с глиной. В некоторых случаях скважину продувают сжатым воздухом.

Когда применяется метод

Бурение роторным способом используется когда разрабатываются полускальные и скальные грунты для устройства скважин глубиной до ста пятидесяти метров. Для успешного бурения скал необходимо правильно подобрать бурильный инструмент – долото и утяжеленные трубы. По словам специалистов, для эффективной работы роторное бурение следует применять, если соблюдаются такие условия:

• Изучение гидрогеологического разреза участка проведено достаточно подробно.
• Известно, что почва состоит из скальных пород.
• Есть данные об уровне залегания водоносной жилы.
• Имеется хороший напор подземной воды.
• Есть возможность постоянной доставки промывочной жидкости.

Кроме того, следует учитывать, что условия южных районов позволяют проводить буровые работы круглогодично, а в северных областях работы ограничены температурными показателями внешней среды, при которых замерзает жидкость для промывки.

Использование нефтяных систем

Устанавливают системы для получения нефти блоками или агрегатами. В качестве монтажной основы применяются облегченные опоры. Эксплуатация осуществляется в несколько этапов:

1. Подготовка участка, где будет находиться данная система, проверка всего оборудования на исправность и целостность.
2. На местности проводят разметку, а также убирают все устройства, которые характеризуются высокой степенью пожароопасности.
3. В первую очередь собирается опорная часть, состоящая из лебедки и ротора, к ним уже при помощи специальных болтов прикрепляют хозяйственную и вспомогательную установку.
4. После этого осуществляется сборка осей, стола ротора и будущего центра скважины.

Заключительным этапом проводится сборка вышки и дополнительного к ней оборудования. Все работы ведутся с помощью машинного крана.

Доставка машины для бурения считается довольно сложным процессом, который включает в себя:

• Расчет, согласно ему решается вопрос о методе транспортировки.
• Определение маршрута, в этом случае учитываются все уклоны местности, а также качество дороги.
• Проверка и подготовка оборудования, с помощью которого будет крепиться агрегат к транспортировочному оборудованию.
• Погрузка.

Доставка буровой установки может осуществляться полуприцепным механизмом, если позволяют размеры агрегата.

Видео по теме: О самоподъемной буровой установке «Тамдао 05»

Конструкция и принцип работы [ править | править код ]

Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:

двигателя с плоскостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления. [3]
• Ротор-винт, носящий название ведущего через который крутящий момент передается исполнительному механизму. [3]
• Замыкатели-винты, носящие название ведомых, назначение которых уплотнять двигатель, то есть препятствовать перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления [3] .

Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому использованию роторных гидромашин в современной технике.

РО ВЗД является винтовой героторный механизм — зубчатая пара с внутренним пространственным зацеплением, состоящая из ротора и статора с циклоидальными профилями зубьев.

Ротор совершает планетарное движение внутри неподвижного статора, центры их поперечных сечений смещены на расстояние эксцентриситета зацепления.

К отличительным особенностям ВЗД относятся:

• Отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств, поскольку распределение жидкости по камерам рабочих органов осуществляется автоматически за счет соотношения чисел зубьев и шагов винтовых поверхностей ротора и статора. [4] рабочих органов, в относительном движении которых сочетается качение и скольжение при относительно невысоких скоростях скольжения, что снижает износ рабочей пары. [4]
• Непрерывное изменение положения контактной линии (геометрического места точек касания ротора и статора) в пространстве, в результате чего механические примеси, находящиеся в жидкости, имеют возможность выносится потоком из рабочих органов. [4]

Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси [4] .

Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса. [5]

Двигательная (силовая) секция предназначена для преобразования энергии потока жидкости в вращательное движение ротора. Она состоит из стального ротора с винтовыми зубьями и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью, выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны соответствовать некоторым условиям: [5]

• Числа заходов статора и ротора должны отличаться на единицу [4] ;
• Шаги винтовых поверхностей статора и ротора должны быть пропорциональны числам их заходов;

• Винтовые поверхности статора и ротора должны иметь одинаковое направление [4]

Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор, проходя через эти камеры, проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигатели. [5]

Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долота и узла соединения планетарного ротора и вала шпинделя (шарнир или гибкий вал). [6]

Шпиндель выполняется в виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с шарниром или гибким валом [6] По конструктивному исполнению шпиндели бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды. [7] .

Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты. [5]

В большинстве компоновок низа бурильной колоны, включающих ВЗД, устанавливаются переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой и стенки ствола скважины, предотвращает перелив бурового раствора на устье скважины. Устанавливаются над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД [8] .

Технология сборки МГБУ (малогабаритной буровой установки)

Итак, рабочий механизм буровой установки подготовлен, теперь можно приступать непосредственно к сборке всей конструкции. Учтите, что вам понадобятся некоторые инструменты для работы: электродрель, болгарка, сварочный аппарат, а также оцинкованная труба, сгон и крест сантехнический. Рассмотрим процесс сборки конструкции пошагово:

• Подготавливаем отрезки трубы для создания основы бурильной установки. Их нужно будет крепить в сгон и крест. На концах отрезков труб нарежьте резьбу вглубь на пару сантиметров.

• К торцам металлических отрезков приварите предварительно заостренные пластины из металла (подобная установка позволит осуществлять непрерывную подачу воды).
• Чтобы в установку осуществлялась подача воды, к одному из отрезков креста подсоедините насосный шланг.
• Подсоединяем подготовленные детали к резьбовым соединениям. К нижней части основной трубы привариваем металлический отрезок с наконечником.
• Приступаем к сбору основы установки из квадратного профиля. Металлические опоры соединяем с основной стойкой посредством сварки.
• К профилю крепим двигатель и платформу. Сам профиль должен быть прикреплен к основной стойке таким образом, чтобы он свободно по ней перемещался.

• Мощность двигателя будет регулироваться при помощи редуктора, к валу которого нужно прикрепить фланец. К нему крепим еще один, а между фланцами прокладываем резиновую шайбу.
• Осталось осуществить последний шаг – проверить подачу воды. Она должна происходить бесперебойно.

На этом мы заканчиваем рассмотрение технологии создания в домашних условиях буровой установки для подачи воды. Желаем удачи!