Классификация способов бурения
Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рис. 6.2.
По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.
Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.
В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.
Нефтяные и газовые скважины сооружаются методомвращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.
Турбобур — это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности.Винтовой двигатель — это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. Присплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя.Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечениякерна — цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.
Всебуровые долота классифицируются на три типа:
1) долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота);
2) долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);
3) долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долот
. 
Буровое и промысловое оборудование
Бурение — это процесс сооружения скважины путем разрушения горных пород.
Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.
Буровая установка — это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважины. В состав буровой установки входят (рис. 6.4):
1. — буровая вышка;
2. — оборудование для механизации спуско-подъемных операций;
3. — наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении;
4. — силовой привод;
5. — циркуляционная система бурового раствора;
6. — привышечные сооружения( насосная, трансформаторная, стенд для труб и т. д.)
1.Буровая вышка — это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение двух-трех бурильных труб между собой длиной 25. 36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.
Различают два типа вышек: башенные (рис. 6.5) и мачтовые . Их изготавливают из труб или прокатной стали.
Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-образные). Последние наиболее распространены.
А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.
Рис. 6.4 Схема бурения скважины
Рис. 6.5 Башенная и мачтовая буровые вышки
Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300. 500 м используется вышка высотой 16. 18 м, глубину 2000. 3000 м — высотой — 42 м и на глубину 4000. 6500 м — 53 м.вышки.
Буровая установка(рисунок виден при распечатывании)
1-вышка, 2-крон-блок, 3-вертлюг, 4-буровая лебедка, 5-буровой насос, 6-вспомогательная лебедка , 7-ротор, 8-пневмоключ, 9-приемные мостки, 10-пневмокомпресор, 11-электрораспределительное устройство,
12-циркуляционная система, 13-блок приготовления бурового раствора, 14-подпорный насос, 15,16- обсадные и бурильные трубы, 17- долото, 18-талевая система.
Источник
Классификация способов бурения скважин схема
Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рис. 2.
По способу воздействия на горные породы различают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы (гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.
Механические способы бурения подразделяются на ударное и вращательное.
Рис. 2. Классификация способов бурения скважин на нефть и газ
При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.
1 — долото; 2 — ударная штанга; 3 — канатный замок;
4 — канат; 5 — блок; 6 — буровой станок.
По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндричность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.
Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку, похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается и смесь извлекается наверх.
По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.
Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.
В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.
Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения. При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.
Турбобур — это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробур представляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель — это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
По характеру разрушения горных пород на забое различают сплошное и колонковое бурение. При сплошном бурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковое бурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна — цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.
Все буровые долота классифицируются на три типа:
Источник
Классификация способов бурения
Классификация способов бурения на нефть и газ приведена на рис. 6.2.
По способу воздействия на горные породыразличают механическое и немеханическое бурение. При механическом бурении буровой инструмент непосредственно воздействует на горную породу, разрушая ее, а при немеханическом разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на нее. Немеханические способы(гидравлический, термический, электрофизический) находятся в стадии разработки и для бурения нефтяных и газовых скважин в настоящее время не применяются.
Механические способыбурения подразделяются на ударное и вращательное.
При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом 1, подвешенным на канате (рис. 6.3). Буровой инструмент включает также ударную штангу 2 и канатный замок 3. Он подвешивается на канате 4, который перекинут через блок 5, установленный на какой-либо мачте (условно не показана). Возвратно-поступательное движение бурового инструмента обеспечивает буровой станок 6.
По мере углубления скважины канат удлиняют. Цилиндрич-ность скважины обеспечивается поворотом долота во время работы.
Для очистки забоя от разрушенной породы буровой инструмент периодически извлекают из скважины, а в нее опускают желонку,похожую на длинное ведро с клапаном в дне. При погружении желонки в смесь из жидкости (пластовой или наливаемой сверху) и разбуренных частиц породы клапан открывается и желонка заполняется этой смесью. При подъеме желонки клапан закрывается и смесь извлекается наверх.
По завершении очистки забоя в скважину вновь опускается буровой инструмент и бурение продолжается.
Во избежание обрушения стенок скважины в нее спускают обсадную трубу, длину которой наращивают по мере углубления забоя.
Рис. 6.2 Классификация способов бурения скважин на нефть и газ
 | Рис. 6.3 Схема ударного бурения 1 — долото; 2 — ударная штанга; 3 — канатный замок; 4 — канат; 5 — блок; 6 — буровой станок. |
В настоящее время при бурении нефтяных и газовых скважин ударное бурение в нашей стране не применяют.
Нефтяные и газовые скважины сооружаются методом вращательного бурения.При данном способе породы дробятся не ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка. Крутящий момент передается на долото или с поверхности от вращателя (ротора) через колонну бурильных труб (роторное бурение) или от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом.
Турбобур— это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости. Электробурпредставляет собой электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подается по кабелю с поверхности. Винтовой двигатель— это разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
По характеру разрушения горных пород на забоеразличают сплошное и колонковое бурение. При сплошномбурении разрушение пород производится по всей площади забоя. Колонковоебурение предусматривает разрушение пород только по кольцу с целью извлечения керна— цилиндрического образца горных пород на всей или на части длины скважины. С помощью отбора кернов изучают свойства, состав и строение горных пород, а также состав и свойства насыщающего породу флюида.
Все буровые долотаклассифицируются на три типа:
1) долота режуще-скалывающего действия, разрушающие породу лопастями (лопастные долота);
2) долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие породу зубьями, расположенными на шарошках (шарошечные долота);
3) долота режуще-истирающего действия, разрушающие породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, которые расположены в торцевой части долота (алмазные и твердосплавные долота).
Буровые установки, оборудование и инструмент
Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.
Буровые установки
Буровая установка— это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважины. В состав буровой установки входят (рис. 6.4):
— оборудование для механизации спуско-подъемных операций;
— наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении;
— циркуляционная система бурового раствора;
Буровая вышка— это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение двух-трех бурильных труб между собой длиной 25. 36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.
Различают два типа вышек: башенные (рис. 6.5) и мачтовые (рис. 6.6). Их изготавливают из труб или прокатной стали.
Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Ее основными элементами являются ноги 1, ворота 2, балкон 3 верхнего рабочего, подкронблочная площадка 4, козлы 5, поперечные пояса 6, стяжки 7, маршевая лестница 8.
Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-образные). Последние наиболее распространены.
В конструкцию мачтовой вышки А-образного типа входят подъемная стойка 1, секции мачты 2,3,4,6, пожарная лестница 5, монтажные козлы 7 для ремонта кронблока, подкронблочная рама 8, растяжки 9, 10, 14, оттяжки 11, тоннельные лестницы 12, балкон 13 верхнего рабочего, 15 — предохранительный пояс, маршевые лестницы 16, шарнир 17.
А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать.
Основные параметры вышки — грузоподъемность, высота, емкость «магазинов» (хранилищ для свечей бурильных труб), размеры верхнего и нижнего оснований, длина свечи, масса.
Грузоподъемность вышки — это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины.
Рис. 6.4 Схема бурения скважины
Рис. 6.5 Вышка ВМ-41:
1 — нога; 2 — ворота; 3 — балкон; 4 — подкронблочная площадка; 5 — монтажные козлы; 6 — поперечные пояса; 7 — стяжки; 8 — маршевая лестница
Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300. 500 м используется вышка высотой 16. 18 м, глубину 2000. 3000 м — высотой — 42 м и на глубину 4000. 6500 м — 53 м.
Емкость «магазинов» показывает какая суммарная длина бурильных труб диаметром 114. 168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость «магазинов» показывает на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.
Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия работы буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бурильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2×2 м или 2,6×2,6 м, нижнего 8×8 м или 10×10 м.
Общая масса буровых вышек составляет несколько десятков тонн.
Оборудование для механизации спуско-подъемных операцийвключает талевую систему и лебедку. Талевая системасостоит из неподвижного кронблока(рис. 6.7), установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока(рис. 6.8), соединенного с кронбло-ком талевым канатом,один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка.Талевая система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке предназначен в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.
Иногда применяют крюкоблоки— совмещенную конструкцию талевого блока и бурового крюка.
На крюке подвешивается бурильный инструмент: при бурении — с помощью вертлюга, а при спускоподъемных операциях — с помощью штропов и элеватора (рис. 6.9).
Буровая лебедкапредназначена для выполнения следующих операций:
1) спуска и подъема бурильных и обсадных труб;
2) удержания на весу бурильного инструмента;
3) подтаскивания различных грузов, подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установок и т.п.
Буровая установка комплектуется буровой лебедкой соответствующей грузоподъемности.
 | Рис.6.6 Мачтовая вышка А-образного типа: 1 — подъемная стойка; 2, 3, 4, 6 — секция мачты; 5 — пожарная лестница; 7 — монтажные козлы для ремонта кронблока; 8 — подкронблочная рама; 9, 10, 14 — растяжки; 11 — оттяжки; 12 — тоннельные лестницы; 13 — балкон; 15 — предохранительный пояс; 16 — маршевые лестницы; 17 — шарнир. |
 |  |
| Рис.6.7 Кронблок: 1 — шкифы; 2 — ось; 3 — рама; 4 — предохранительный кожух; 5 — вспомогательные шкифы | Рис. 6.8 Талевый блок: 1 — траверса; 2 — шкифы; 3 — ось; 4 — предохранительные кожухи; 5 — щеки; 6 — серьга. |
Для механизации операций по свинчиванию и развинчиванию замковых соединений бурильной колонны внедрены автоматические буровые ключи АКБ-ЗМ и подвесные ключи ПБК-1, пневматический клиновой захват ПКР-560 для механизированного захвата и освобождения бурильных труб.
Ключ АКБ-ЗМ(рис. 6.10) устанавливается между лебедкой и ротором 4 на специальном фундаменте. Его основными частями являются блок ключа 1, каретка с пневматическими цилиндрами 2, стойка 3 и пульт управления 5. Блок ключа — основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, которая перемещается при помощи двух пневматических цилиндров по направляющим: либо к бурильной трубе, установленной в роторе, либо от нее.
Зажимные устройства, как и механизм передвижения блока ключа, работают от пневматических цилиндров, включаемых с пульта управления 4. Для этого в систему подается сжатый воздух от ресивера.
Ключ ПБК-1подвешивается в буровой на канате. Высота его подвески регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления.
Пневматический клиновой захват ПКР-560служит для механизированного захвата и освобождения бурильных и обсадных труб. Он монтируется в роторе и имеет четыре клина, управляемых с пульта посредством пневмоцилиндра.
Наземное оборудование, непосредственно используемое при бурении,включает вертлюг, буровые насосы, напорный рукав и ротор. Вертлюг(рис. 6.11) — это механизм, соединяющий не вращающиеся талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами, а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением. Корпус 2 вертлюга подвешивается на буровом крюке (или крюкоблоке) с помощью штропа 4. В центре корпуса проходит напорная труба 5, переходящая в ствол 7, соединенный с бурильными трубами. Именно к напорной трубе присоединяется напорный рукав (рис. 6.11) для подачи промывочной жидкости в скважину. Напорная труба и ствол жестко не связаны, а последний установлен в корпусе 2 на подшипниках 1, чем обеспечивается неподвижное положение штропа, корпуса и напорной трубы при вращении бурильных труб вместе со стволом. Для герметизации имеющихся зазоров между неподвижной и подвижной частями вертлюга служат сальники 3.
Буровые насосыслужат для нагнетания бурового раствора в скважину. При глубоком бурении их роль, как правило, выполняют поршневые двухцилиндровые насосы двойного действия. Напорный рукав(буровой шланг) предназначен для подачи промывочной жидкости под давлением от неподвижного стояка к перемещающемуся вертлюгу.
 | Рис.6.9 С хема подвешивания бурильной трубы при спуско-подъемных операциях: а — схема; б — элеватор 1 — бурильная труба; 2 — элеватор; 3 — штроп. |
 | Рис. 6.10 Ключ буровой АКБ-ЗМ: 1 — блок ключа; 2 — каретка с пневматическими цилиндрами; 3 — стойка; 4 — пульт управления. |
 |  |
| Рис. 6.11 Вертлюг: 1 — подшипники; 2 — корпус; 3 — сальники; 4 — щтроп; 5 — напорная труба; 6 — крышка корпуса; 7 — ствол. | Рис. 6.12 Ротор: 1 — станина; 2 — стол с укрепленным зубчатым венцом; 3 — зажимы; 4 — вкладыши; 5 — кожух; 6 — вал. |
Ротор(рис. 6.12) передает вращательное движение бурильному инструменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем. Ротор состоит из станины 1, во внутренней полости которой установлен на подшипнике стол 2 с укрепленным зубчатым венцом, вала б с цепным колесом с одной стороны и конической шестерней — с другой, кожуха 5 с наружной рифельной поверхностью, вкладышей 4 и зажимов 3 для ведущей трубы. Во время работы вращательное движение от лебедки с помощью цепной передачи сообщается валу и преобразуется в поступательное вертикальное движение ведущей трубы, зажатой в роторном столе зажимами.
Силовой приводобеспечивает функционирование всей буровой установки (рис. 6.13) — он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.
Привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель- электрическим и дизель-гидравлическим. Дизельный приводприменяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Электрический приводот электродвигателей переменного и постоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районах. Дизель-электрический приводиз дизеля, который вращает генератор, питающий, в свою очередь, электродвигатель. Дизель-гидравлический приводсостоит из двигателя внутреннего сгорания и турбопередачи. Последние два типа привода автономны, но в отличие от дизельного не содержат громоздких коробок перемены передач и сложных соединительных частей, имеют удобное управление, позволяют плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.
Суммарная мощность силового привода буровых установок составляет от 1000 до 4500 кВт. В процессе бурения она распределяется на привод буровых насосов и ротора. При проведении спускоподъемных операций основная энергия потребляется лебедкой, а остальная часть — компрессорами, вырабатывающими сжатый воздух, используемый в качестве источника энергии для автоматического бурового ключа, подвесного бурового ключа, пневматического клинового захвата и др.
Циркуляционная система буровой установкислужит для сбора и очистки отработанного бурового раствора, приготовления новых его порций и закачки очищенного раствора в скважину. Она включает (рис. 6.14) систему отвода использованного раствора (желоба 2) от устья скважины 1, механические средства отделения частичек породы (вибросито 3, гидроциклоны 4), емкости для химической обработки, накопления и отстоя очищенного раствора 6,8, шламовый насос 7, блок приготовления свежего раствора 5 и буровые насосы 9 для закачки бурового раствора по нагнетательному трубопроводу 10 в скважину. К привышечным сооружениямотносятся:
1) помещение для размещения двигателей и передаточных механизмов лебедки;
2) насосное помещение для размещения буровых насосов и их двигателей;
3) приемные мостки, предназначенные для транспортировки бурового технологического оборудования, инструмента, материалов и запасных частей;
4) запасные резервуары для хранения бурового раствора;
5) трансформаторная площадка для установки трансформатора;
6) площадка для размещения механизмов по приготовлению бурового раствора и хранения сухих материалов для него;
Источник
