Буровая установка способ работы

Принцип работы нефтяной буровой установки

Нефтяные буровые установки состоят из различных металлоконструкций, приспособлений и устройств. С помощью этой техники быстро находят нефть и налаживают ее добычу.

Места использования нефтяных буровых установок

С их помощью бурят скважины на суше и в море. В первом случае чаще используют передвижные установки. Во втором случае их размещают на эстакадах, плавучих платформам или судах.

Назначение установок

Они предназначены для бурения скважин следующих типов:

1. Эксплуатационных. Позволяют добывать нефть и газ.
2. Нагнетательных. С их помощью закачивают в продуктивные слои воду, газ или обычный воздух. Благодаря этому удается поддерживать в них необходимое для извлечения сырья давление, тем самым увеличивается эффективность использования добывающих скважин.
3. Разведочных. Они позволяют находить месторождения и определять их контуры. При этом проводят испытания и оценивают запасы черного золота.
4. Специальных (опорных, параметрических, оценочных и контрольных). Позволяют специалистам изучить пластовое строение участка, определить изменение свойств продуктивного пласта, отслеживать давление, а также определить уровень выработки определенных участков. Также с их помощью нефтяники обеспечивают внутрипластовое горение, газифицируют нефть, сбрасывают сточные воды в нижние слои и т. д.
5. Структурно-поисковых. Позволяют определить расположение нефтегазоносных структур по верхним маркирующим горизонтам. При этом информацию удается получить с помощью неглубоких и недорогих скважин.

Виды и классификация нефтяных буровых установок

Это оборудование классифицируют следующим образом.

По виду работ

Они могут предназначаться для выполнения:

• эксплуатационных работ;
• разведочных работ;
• технических скважин.

Способу бурения

В них применяются следующие технологии бурения:

• вращательная;
• вращательно-ударная;
• ударно-вращательная;
• вибрационная;
• огнеструйная;
• ударная;
• разрядно-импульсная.

Типу привода

В них может использоваться следующий привод:

• электрический;
• электрогидравлический;
• дизельный;
• дизель-электрический;
• дизель-гидравлический.

Способу передвижения

По способу передвижения они могут быть:

По ГОСТу 16293-89 они классифицируются так, как указано на нижней картинке.

Конструкция нефтяных буровых установок

Они состоят из следующих органов и систем.

Исполнительные органы и системы

Вышка — это основная несущая конструкция любой буровой установки. По конструкции она может быть:

1. Мачтовой (механическая рабочая часть размещается на двух опорах).
2. Башенной (в их конструкции используются четыре несущие опоры, которые равномерно передают нагрузку на грунт).
3. С двумя или четырьмя опорами.
4. А- или П-образной.

Башенные конструкции более габаритные, потому что они рассчитаны на глубинное бурение.

К исполнительному оборудованию также относят:

• буровую лебедку;
• СВП;
• ротор;
• талевую систему;
• буровой насос.

Силовые системы и агрегаты

К ним относятся дизельные и электрические моторы, пневмо- и гидроприводы.

Вспомогательные конструкции, механизмы и системы

Сюда входят основания, укрытия, механизмы передвижения, приемный мост, вспомогательная лебедка, система водоснабжения, обогрева, звукоизоляции, осветительная и вентиляционная техника.

Органы управления

К ним относятся системы пневматического и электрического управления.

Органы информирования

Это комплекс приборов контроля за бурением.

Виды оборудования для бурения

К этому оборудованию относится вся техника, используемая в бурении и ремонте, а также вспомогательный инструмент.

Все это оборудование условно делится на 2 группы: технологическое и вспомогательное.

Небольшой группой являются вспомогательные инструменты. В основном они рассчитаны на обслуживание технологического оборудования, а также на укрепление стенок скважины.

К ним относятся:

• хомуты;
• вертлюги;
• обсадные трубы;
• шарнирные ключи.

Большой группой является — технологическое оборудование, к которому относятся разнообразные инструменты, используемые при бурении. Основным элементом любой буровой является долото, разрушающее породу и прокладывающее в земной коре скважину. Долота могут быть разных конструкции и диаметров.

По конструкции они делятся на 3 группы:

Важным элементом долота являются лопатки, которые, как лезвие, разрезают грунт. По назначению они могут быть для грунта, песка, глины и скальной породы. Эти детали вместе с долотами считаются самыми быстроизнашиваемыми.

Следующим элементом этого оборудования являются штанги, с помощью которых соединяют долото с приводом. Они могут быть цельноковаными и сварными, но тоже предварительно откованными.

Расширители — позволяют расширять скважину до необходимых для протаскивания труб размеров. Они отличаются по типу грунта, в котором могут использоваться.

Вертлюги, адаптеры и трубные захваты — тоже технологические приспособления. Каждое из них предназначено для выполнения определенной работы.

Необходимо отметить и аварийное оборудование, позволяющее предупреждать и устранять аварийные ситуации. Оно рассчитано на извлечение буровых колонн и обсадных труб.

Электрогенераторы, буровые насосы

Электрогенератор — это тоже один из главных элементов буровой установки, потому что он позволяет обеспечить автономным электропитанием все электрооборудование. Для запуска он оснащается мощным аккумулятором. Благодаря электрогенератору удается практически все аварии устранять на месте работы.

Буровой насос — неотъемлемый элемент циркуляционной системы любой буровой. Он позволяет подавать в скважину буровой раствор и откачивать его обратно. Благодаря этому удается поднимать из недр земли выработанную породу, укреплять скважину и охлаждать долото.

Его изготавливают в различных вариантах. Наиболее используемыми считаются двух- и трехпоршневые устройства. Состоит такая конструкция из гидравлической и приводной части. В последней вращательный момент привода преобразуется в поступательное движение, которое передается поршням. В первой же части энергия, идущая от поршней, преобразуется в гидравлическую.

Технология добычи нефти

Нефть добывается несколькими способами, но для организации этого процесса требуется правильно обустроенная скважина.

Устройство скважин

Бурят скважины буровыми машинами на глубину до нескольких километров. При этом их делают:

• вертикальными;
• наклонными;
• прямолинейно искривленными;
• искривленными;
• прямолинейно искривленными (с горизонтальным участком);
• сложноискривленными.

Их поперечное сечение чаще всего круглое, ⌀ до 40 см.

Стенки скважин укрепляют высокопрочными металлическими обсадными трубами, при этом в пустоты между этими трубами и стенками скважины под давлением закачивают цементный раствор, которым разделяют пласты, а также хорошо защищают обсадную колонну от вод.

Технология добычи

Когда скважина полностью обустраивается, то на нее устанавливают оборудование для добычи.

Существуют три наиболее распространенных способа добычи нефти.

Фонтанный

Нефть или газ поднимается на поверхность земли по стволу скважины самостоятельно (под действием пластового давления).

• простой;
• минимальные затраты электричества;
• простое управление откачкой;
• длительный срок эксплуатации техники.

Для контроля над такой скважиной на нее устанавливают запорную арматуру, которая в процессе добычи позволяет управлять потоком сырья (контролировать его давление и консервировать скважины).

После окончания фонтанирования остатки нефти начинают качать газлифтным и насосным способами.

Газлифтный

Это способ применяют в том случае, если пластового давления не хватает для естественного извлечения сырья из недр. В этом случае для выталкивания нефти на поверхность в скважину компрессорами закачивают воздух или углеводородный газ. Данный способ бывает компрессорным и бескомпрессорным.

Первый мы уже рассмотрели, во втором же случае в пласт подают газ, уже находящийся под нужным давлением. Его берут с соседних месторождений.

Преимущества этого способа:

• позволяет более эффективно разрабатывать месторождения (выкачивать из них больше нефти);
• с его помощью можно вести добычу на сильно искривленных скважинах;
• можно работать с очень загазованными и перегретыми пластами;
• позволяет полностью контролировать рабочий процесс;
• удается автоматизировать управление;
• можно сразу эксплуатировать несколько пластов;
• позволяет контролировать отложение парафина и солей.

Основными минусами газлифта считаются:

• высокая цена оборудования;
• небольшой КПД.

Из-за этого его используют чаще всего для подъема легкой нефти с большим содержанием попутного газа.

Насосный

Этот способ предусматривает подъем нефти с помощью насосов, опускаемых в скважины. Данным способом качают сырье с глубины до 2500 м. При этом один насос выкачивает за сутки из скважины до 500 м³ сырья.

По конструкции насосы бывают штанговыми и бесштанговыми. Последние являются погружными электрическими центробежными устройствами.

Штанговые устройства состоят из насосных труб и подвешенных в них плунжеров. При этом возвратно-поступательное движение плунжеров в них позволяет создать станок-качалка. На него передает крутящий момент электромотор с помощью многоступенчатого редуктора.

Из-за не слишком низкой надежности и производительности штанговые устройства сегодня заменяют электрическими центробежными погружными насосами (ЭЦН).

Использование нефтяных систем

Собираются системы для добычи нефти из модулей и агрегатов. Основой для рабочего оборудования являются металлические вышки с опорами.

Монтируют их поэтапно:

1. Подготавливают земельный участок для размещения системы, при этом проверяют всю технику на работоспособность.
2. Участок размечают и убирают с него все, для чего характерна повышенная огнеопасность.
3. Собирают опорную часть и крепят к ней вспомогательную установку.
4. Собирают оси, стол ротора и центр будущей скважины.
5. Устанавливают опорную вышку и вспомогательное оборудование. Монтаж выполняют подъемным краном.

Транспортировка буровой техники — сложная работа.

1. Расчета способа перевозки.
2. Выбора подходящего маршрута для перевозки с учетом всех имеющихся уклонов на местности и качества дороги.
3. Проверки и подготовки всех приспособлений, которыми будет фиксироваться перевозимая техника.
4. Погрузки.

Транспортируют буровую установку до месторождения с помощью полуприцепных механизмов, если это позволяют делать габариты агрегата.

Источник

Информационно-аналитическое издание ТЕХНОmagazine

Издается с 2007 года

1. Главная страница
2. Что, где, когда Википедия издания ТЕХНОmagazine
3. Область применения, виды, принцип работы современных установок для бурения скважин

Описание буровых установок, их типы и разновидности

Область применения буровых установок очень обширна. Они используются в строительстве, горной промышленности, пищевой индустрии. В повседневной жизни люди каждый день пользуются тем, что получено с помощью установок для бурения – водой.

Общее описание буровой установки

Вода, впрочем, как и нефть, залегает на разных глубинах. Буровая установка помогает проникнуть в глубь и поднять драгоценную жидкость на поверхность. Или сделать скважину в скале для закладки заряда. Такая техника может иметь как промышленные масштабы, так и ограничиваться организацией водоснабжения на дачном участке.

Все буровые представляют собой систему взаимосвязанных узлов, которые позволяют… сделать отверстие в любом, или почти любом, грунте. В процессе их применения образуется скважина цилиндрической формы, стенки которой называются стволом, верхняя часть – устьем, а дно – забоем.

Стандартные буровые установки для бурения скважин на воду состоят из следующих основных элементов:

• конструкции для организации устойчивой работы установки: вышки, треноги, стеллажи, мосты;
• двигателя;
• ударного элемента: долото, труба с острым наконечником, шнек;
• механизма для спуска и поднятия ударного элемента: крюки, лебедки, канаты;
• оборудования для очистки жидкости: отстойники, очистные емкости, насосы, вертлюги;
• элементов для защиты от выброса жидкости;
• оборудования для приготовления бурового раствора (при использовании такой технологии.

Принцип работы

Буровая машина работает на сочетании кинетической и динамической энергии. Динамическое движение обеспечивает подъемный механизм, например, лебедка или кран, которые поднимают ударный элемент. Кинетическую силу реализует бурильное устройство, которое бьет по грунту трубной колонной и постепенно продвигается вниз.

Чтобы защитить скважину от обвала грунта, вдоль ствола устанавливаются обсадные трубы. Для устранения лишней почвы в процессе работ, используются водяные насосы и отстойники.

Классификация буровых установок

Бурильные установки имеют широкую сферу применения за счет дополнительного оборудования в комплектации. Они применяются в разработке и реставрации скважин под воду, для закрутки свай, добычи газа, нефти и других полезных ископаемых.

Классификация оборудования проводится по нескольким критериям, среди которых:

• метод бурения;
• вид силового агрегата;
• тип перемещения.

Классификация по типу бурения

Буровые установки имеют свои особенности, которые зависят от температуры воздуха, типа грунта, назначения скважины. Наиболее распространены три основных типа бурения:

Обратите внимание! Есть ещё горизонтально-направленное бурение. Оно немного отличается от остальных типов. О его особенностях можно прочитать тут.

Ударные

Принцип действия бурового станка ударного типа довольно прост: груз резко опускается вниз с высоты, затем поднимается лебедкой в исходное положение и процесс повторяется. Удар приходится в одно и то же место, поэтому почва постепенно разрушается. После окончания работ в скважину для того, чтобы предотвратить осыпание грунта, спускаются обсадные трубы.

Установка для ударного бурения скважин состоит из:

• треноги, которая раскладывается непосредственно над местом бурения;
• прочного и гибкого троса, к которому крепится ударный элемент;
• заостренной трубы весом до 80 кг;
• лебедки.

Риск преждевременного осыпания грунта – один из недостатков этого типа бурения. Кроме того, к недостатком данной буровой техники стоит отнести относительно небольшую глубину бурения.

Однако у ударного метода есть и преимущества:

• работы можно проводить при низких температурах;
• за один прием можно поднять большой объем почвы;
• можно сформировать скважину увеличенного диаметра;
• высокая производительность.

Шнековые

Шнековые буровые используют на мягких и песчаных почвах. По сути – это передвижная установка с ручным или механизированным буром, закрепленным на регулируемую штангу. Как несложно догадаться по названию – основным рабочим органом подобного оборудования является шнековый бур.

Бур вкручивается в землю и шнек разрезает почву, передавая её на поверхность. Охлаждение происходит от самой почвы. Наиболее эффективны шнеки с полым центральным каналом. Через него с помощью гидравлического насоса подается вода или воздух, что снижает силу трения во время процесса.

Обратите внимание! Если режущие лопасти меньше 10 см, то частота вращения должна быть не более 500 об/мин.

В зависимости от нужной глубины штангу наращивают. Делают первый проход на длину одной штанги, затем установку выключают, штангу отсоединяют, поднимают наверх и наращивают еще одной. Максимальная глубина бурения шнековым методом составляет 120 метров, хотя обычно работают до 50 м.

Среди преимуществ шнековой установки можно отметить:

• простоту эксплуатации;
• возможность работать на небольшой площади;
• маневренность установки и высокая скорость работ.

Кроме того, для работы не нужно привлекать квалифицированного специалиста.

Роторные

Подходят для любого типа грунта. Часто используются при строительстве и бурении скважин на воду на твердых почвах с галькой, щебнем и известняком. Роторный буровой станок проходит породу благодаря мощному долоту на конце бура.

Диаметр долота больше, чем сама буровая колонна. Это позволяет, во-первых, получить максимальную силу удара, а, во-вторых, увеличить срок службы колонны, поскольку отсутствует ее трение о грунт. Кроме того, без потерь от трения, вся энергия машины идет на проворачивание долота в забое, что позволяет сократить энергозатраты.

Роторная бурильная машина подойдет для скважин глубиной свыше 300 м и диаметром до 70 см. Её используют в строительстве, горных разработка для буровзрывных работ, в промышленности для добычи артезианской и минеральной воды.

По ходу бурения диаметр скважины уменьшается. То есть сначала делается самый большой размер, затем скважина обсаживается трубами с технологическими отверстиями. Через них в пространство между трубой и скважиной поступает цемент. Дальше продолжается бурение меньшего диаметра и снова обсадка. Чем реже приходится делать обсадку, тем быстрее идет работа, а значит меньше общие затраты на процесс в целом.

Для промывки бура, подъема грунта и охлаждения инструмента необходимо использование воды. Её подача может осуществляться двумя способами: прямым и обратным.

При прямой подаче жидкость с помощью насоса нагнетается в технологические отверстия долото, а через них на дно скважины. После размытия почвы она выбрасывается наверх по затрубному пространству – за пределами штанги – и попадает в очистительный комплекс.

При обратной подаче вода самотеком поступает в скважину, а поднимается наверх по штанге под действием обратного давления, создаваемого насосом. Этот способ считается более эффективным по нескольким причинам:

• увеличивается скорость бурения, поскольку жидкость откачивается из забоя, а не нагнетается;
• вместе с водой насос откачивает остатки породы;
• нет необходимости добавлять в воду присадки для размыва грязных частиц.

Однако оборудование с обратной подачей воды изначально стоит дороже.

Силовые агрегаты буровых станков

В качестве привода буровых установок используются силовые агрегаты различных типов. Основными являются:

• дизельные;
• дизель-электрические;
• электрические;
• электрогидравлические.

Дизельные двигатели используются в основном на малогабаритных буровых установках (МГБУ), которые отличаются высокой мобильностью. Кроме того, такие силовые агрегаты применяются на самоходных буровых станках.

Для повышения эффективности работ, снижения выбросов и расходов на топливо применяется смешанный тип привода – дизель-электрические установки. Они применяются в горнодобывающей отрасли и способны обустраивать скважины глубиной до 6 км.

Также на твёрдых породах применяются электрогидравлические буровые установки. Этот тип питания довольно распространен, поэтому такие буровые станции имеют широкую сферу применения.

Электрическое буровое оборудования используются при малых глубинах бурения, а также на участках с доступом к сетям электроснабжения. В основном это малоэтажное коттеджное строительство при организации водозаборных скважин для личного пользования.

Буровые установки по типу перемещения

Работа оборудования по бурению скважин производится на различных участках. В зависимости от мощности и габаритов, такая техника может быть переносной или передвижной.

Переносные представляют собой малогабаритные буровые установки весом до 1 тн. МГБУ просты в сборке, легко перевозятся. Обычно работают на скважинах и водяных колодцах глубиной до 100 м. Преимущественно имеют привод от стандартной сети 220 В.

Ручные переносные установки – это разновидность мини буровой, которые используют для местного ремонта или пробивки отверстий под сваи.

Самоходные могут монтировать на колесную или гусеничную базу. Они отличаются высокой проходимостью и грузоподъемностью. Такая техника чаще используется для бурения скважин на воду, а также в нефтегазовой отрасли. Установку не нужно демонтировать, она подходит для длительной стационарной работы.

К самоходным агрегатам относят и машины с гидравлическим приводом. Их основное достоинство в том, что такие системы не нуждаются в электропитании, бурение происходит за счет увеличенной массы рабочего инструмента.

Стационарные – это мощные буровые станции, которые в основном работают на газо- и нефтедобычи. Стандартное оборудование укомплектовано усиленными опорами, монтажными элементами, системами очистки и вышкой с электронным управлением процессом бурения. Также среди дополнительных функций стоит отметить специальные обогревательные элементы для работы в условиях низких температур.

Источник