Вращательный способ бурения скважин, его описание и характеристика. Основные узлы буровой установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Российский государственный университет нефти и газа имени Ивана Михайловича Губкина

Факультет "Разработка нефтяных и газовых скважин"

Специальность "Физические процессы нефтяных и газовых скважин"

Реферат

по предмету "Бурение нефтяных и газовых скважин"

на тему: Вращательный способ бурения скважин, его описание и характеристика. Основные узлы буровой установки

Выполнила: Близнюк Алёна

группа РФ 11-09

Проверил: Балицкий В.П.

Москва 2012



План

1. Вращательный способ бурения скважин, его описание и характеристика

2. Предназначение буровых установок

3. Требования, предъявляемые к буровым установкам

4. Основные узлы буровой установки

Список использованной литературы



1. Вращательный способ бурения скважин, его описание и характеристика

Вращательное бурение (а. rotary drilling; н. Drehbohren, Rotarybohren; ф. forage rotatif, forage par rotation; и. sondeo por rotacion) - способ сооружения скважин путём разрушения горной породы за счёт вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (долото, коронка)

Вращательный способ бурения характеризуется высокой производительностью (в 3...5 раз превышающей производительность ударного бурения), более низкой стоимостью буровых работ, возможностью бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. При вращательном способе бурения порода забоя исти­рается, ее режут или скалывают буровым инструментом, жестко закрепленным на нижнем конце вращающейся штанги.

Основные виды вращательного способа бурения:

· шнековое

· колонковое

· роторное (бурение ротором или верхним силовым приводом - ВСП);

Шнековое бурение применяют для скважин диаметром 110 ...125 мм и глубиной до 30 м в мягких и мерзлых грунтах. Шнековые буровые станки (рис. VI. 1,а) имеют металлическую раму, состоящую из двух направляющих стоек, установленных на передвижной платформе или на полозьях. По направляющим стойкам рамы перемещается электродвигатель с редуктором, в шпиндель которого вставлены рабочие буровые штанги. Рабочие штанги длиной 2 м представляют собой трубы, на поверхности которых по винтовой линии наварены стальные полосы - реборды. Извлекают штанги с помощью ручной лебедки. По мере углубления скважины штанги наращивают, соединяя их между собой специальными патронами. Звенья заканчиваются рабочей частью в виде долота или лопастного резца, которые при вращении штанг врезаются в породу. Выбуренная порода с помощью винтового конвейера выдается на поверхность.

Колонковое бурение применяют для проходки скважин диаметром 45...130 мм и глубиной до 200 м. Колонковые установки или станки имеют лебедку подъема трубчатых штанг и механизм для их вращения. На конце штанги находится рабочая часть - колонковый снаряд (рис. VI. 1,6) с кольцевой коронкой, армированной резцами из твердых сплавов или алмазами (рис. VI. 1,в). При вращении бурового снаряда колонка под действием осевого давления внедряется в породу, образуя кольцевую выработку породы вокруг керна, входящего в колонковую трубу. После проходки на необходимую глубину буровые штанги вместе с колонковым снарядом и керном поднимают лебедкой на поверхность. В процессе бурения в забой скважины насосом через бурильные трубы подают глинистый раствор (или воду). Смешиваясь с частицами разрушенной породы, глинистый раствор выносит их на поверхность по кольцевому пространству между штангами и стенками скважины. Глинистый раствор охлаждает бурильный инструмент и одновременно предотвращает обрушение стенок скважины. бурение скважина вертлюг шлам

Роторное бурение чаще всего используют для устройства скважин значительных диаметров (300...400 мм) и большой глубины (150...1200 м). Роторная бурильная установка состоит из вращателя-- ротора, сборной вышки и оборудования для промывки скважины глинистым раствором (рис. VI.1,г). Рабочая (ведущая) труба проходит через вкладыши круглого стола ротора, который предназначен для передачи вращения от двигателя к бурильным трубам, присоединенным к рабочей трубе. Размеры вкладышей ротора соответствуют наружному диаметру рабочей трубы, что позволяет ей одновременно с вращением перемещаться вверх и вниз.



Рис. VI Станки и инструмент вращательного бурения: а - схема станка шнекового бурения; 1 - резец; 2 - платформа; 3 - лебедка; 4 - направляющая стойка- 5 - штанга с ребордой; 6 - электродвигатель; б - колонковый снаряд; 1 - кольцевая коронка; 2 - колонковая труба; 3 --переходная муфта; 4 - вращающаяся штанга станка; в - кольцевые коронки армированные; 1 - резцы, армированные твердыми сплавами- 2 - алмазные резцы; г - схема станка роторного бурения; 1-- бурильная труба; 2 - лебедка- 3 - вращатель-ротор; 4 - вертлюг; 5 - вышка; 6 - рабочая труба; 7 - соединительная труба- 8 - насос; 9 - бак с глиняным раствором; 10 - долото; д - рабочие наконечники; 1 - шарошечное долото; 2 - лопастное уступчатое долото; 3 - лопастное долото "рыбий хвост"

Нижний конец бурильной трубы чаще всего имеет шарошечные и лопастные долота (рис. VI.1,5), которые разрабатывают грунт по всей площади забоя скважины. Верхним концом рабочая труба соединена с вертлюгом, к нему присоединен рукав от насоса, подающий в бурильные трубы глинистый раствор. Всю систему рабочих и бурильных труб с вертлюгом подвешивают к крюку. Рабочие и бурильные трубы поднимают и опускают канатом, навитым на барабан лебедки.

Электрическими сверлильными машинами бурят шпуры в мягких и средней твердости породах, а также в мерзлых грунтах. Различают электрические сверлильные машины легкие (с ручной подачей) и тяжелые (колонковые). В ручной электросверлильной машине осевое давление создается за счет мускульной энергии бурильщика. Колонковые электросверлильные машины имеют автоматическую подачу. Буровую штангу сверл закрепляют в патроне шпинделя. К нижнему концу электрической ручной сверлильной машины с помощью замка присоединяют резец из твердого сплава. Буровые штанги подбирают комплектно в соответствии с глубиной шпура. При бурении ручной электрической сверлильной машиной шлам или буровую мелочь удаляют из шпура путем быстрого извлечения сверла, без прекращения его вращения. При работе колонковыми сверлильными машинами шлам удаляют промывкой.

2. Предназначение буровых установок

Буровые установки предназначены для бурения эксплуатационных и глубоких разведочных скважин вращательным способом. Буровая установка - это комплекс буровых машин, механизмов и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций.

Современные буровые установки подразделяются на следующие составные части:

v буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг, ротор, привод, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции, пневмосистема);

v буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные каркасно-панельные укрытия);

v оборудование для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спуско-подъемных операций, пневматический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ, вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);

v оборудование для приготовления, очистки и регенерации промывочного раствора (блок приготовления, вибросита, песко и глиноотделители, подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и промывочного раствора);

v манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-запорные устройства, буровой рукав);

v устройства для обогрева блоков буровой установки (теплогенераторы, отопительные радиаторы и коммуникации для разводки теплоносителя).

3. Требования, предъявляемые к буровым установкам

Требования, предъявляемые к буровым установкам, определяются условиями бурения и показателями, характеризующими уровень их технического совершенства. Из числа факторов, определяющих условия бурения, в первую очередь следует учитывать: природно-климатические и геологические; отдаленность от ремонтных баз и источников энергии; частоту перемещения на новые точки бурения; загазованность окружающей среды, загрязненность рабочих мест промывочным раствором; необходимость обеспечения бесперебойного процесса бурения для устранения возможных осложнений в стволе скважины; высокую абразивность и коррозионную активность промывочного раствора; стесненность рабочих мест и др. Требования к буровым установкам разделяются на технические, эксплуатационные, технологические, экономические, социальные и специальные.

Технические требования заключаются в том, чтобы конструкция буровой установки отвечала новейшим достижениям науки и техники, а ее параметры соответствовали мировым стандартами требованиям современной технологии бурения. Машины и оборудование, входящие в состав буровой установки, должны иметь 12 высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.), достаточную прочность, надежность и долговечность.

Эксплуатационные требования исходят из того, что в процессе эксплуатации работоспособность буровой установки будет поддерживаться проведением технического обслуживания и ремонтов. С этой целью необходимо обеспечить высокую ремонтопригодность буровой установки, т. е. доступность ее агрегатов для технического обслуживания и ремонта, возможность контроля технического состояния и замены быстроизнашивающихся узлов и деталей.

Технологические требования связаны с материальными и трудовыми затратами на изготовление буровых установок. К ним относятся:

Ш простота конструкции машин, достигаемая максимальным упрощением их структурной схемы;

Ш простота форм деталей, рациональный выбор материала и способа получения заготовок с целью экономии материала;

Ш оптимальные точность изготовления и шероховатость поверхности, уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей;

Ш правильный выбор допусков и посадок, обеспечивающий взаимодействие деталей, взаимозаменяемость, соблюдение их размера для устранения подгоночных работ при сборке;

Ш максимальное использование стандартных и унифицированных узлов и деталей;

Ш уменьшение номенклатуры режущего и крепежного инструментов, используемых при механической обработке и сборке.

Экономические требования связаны с необходимостью обеспечения минимальных производственных и эксплуатационных расходов, определяющих эффективность буровой установки. В сфере производства экономические требования удовлетворяются технологичностью конструкций, позволяющей при заданном объеме выпуска и конкретных производственных возможностях изготовить машину при наибольшей производительности труда и наименьшей себестоимости. Важное экономическое требование - экономия металла и других материалов путем снижения материалоемкости машин и оборудования. К эксплуатационным экономическим показателям относятся производительность механического бурения и спуско-подъемных операций, время, затрачиваемое на подготовительно-заключительные, вспомогательные и ремонтные работы.

К социальным требованиям относятся безопасность работы, легкость управления и обеспечение нормальных условий труда для обслуживающего персонала [28]. Социальные требования должны рассматриваться как обязательные, так как условия работы буровиков относятся к тяжелым и опасным. Требования безопасности к конструкции бурового оборудования регламентируются ГОСТ 12.2.041-79.

Специальные требования связаны с условиями работы буровых установок. Компоновочные схемы и габариты буровых 13 машин и всей установки выбираются с учетом удобств управления и обслуживания, а также ограничений в занимаемой площади, что особенно важно для работы в море и на пересеченной местности. Массы буровых машин должны соответствовать грузоподъемности промысловых кранов и транспортных средств. Буровая установка должна разбираться на транспортабельные и легко демонтируемые узлы. Электрооборудование должно иметь взрывобезопасное исполнение.

4. Основные узлы буровой установки

Вышка

Вышка является ключевым узлом оборудования буровой установки и предназначена для выполнения следующих функций:

· проведения спуско-подъёмных операций с бурильными и обсадными трубами.

· поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой.

· размещения комплекта бурильных труб и утяжелённых бурильных труб (УБТ), извлечённых из скважины.

· размещения талевой системы и средств механизации спуско-подъёмных операций, в частности механизмов АСП, КМСП или платформы верхового рабочего, устройства экстренной эвакуации верхового рабочего, системы верхнего привода и вспомогательного оборудования.

Буровые вышки классифицируются

по назначению:

· для агрегатов капитального ремонта скважин

· для передвижных (мобильных) буровых установок

· для кустовых и стационарных

· для морских буровых установок;

по конструкции:

1. мачтовые

· А-образные

· П-образные

· 4-х опорные

· с открытой передней гранью

2. башенные

Буровые лафеты

Буровые лафеты - навесное буровое оборудование. Устанавливаются на мини экскаваторы, а также гидравлические экскаваторы с общей массой от 10 тонн посредством различных соединений. Буровой лафет, как правило, состоит из ходового механизма (чаще всего с гусеничным ходом) с двигателем для передвижения (для самоходных машин), и встроенного гидравлического механизма для подачи вперед (тяги) и бурового функционирования (аксиальное и радиальное движение штанг). Навесные буровые лафеты применяются при работах по частичному упрочнению грунтов, а также при бурениях пневмоударником или на отбор керна, также для анкерного бурения, бурения скважин под сваи и столбы, для сооружения скважин на воду.

Роторы

Роторы предназначены для вращения бурильного инструмента и поддержания колонны бурильных труб при бурении скважины.

Буровые лебедки

Буровые лебёдки являются основным механизмом спуско-подъёмного комплекса буровой установки. Буровые лебёдки предназначены для выполнения следующих операций технологического процесса строительства скважин:

§ спуск и подъём буровых труб

§ обсадных труб

§ подача инструмента на забой

§ передача вращения ротору при отсутствии индивидуального привода ротора

§ придание ускорения инструменту (ударному долоту, желонке и т. д.)

§ аварийный подъём инструмента

Талевая система

Талевая (полиспастовая) система или оснастка буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебёдки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка, к которому крепится бурильная колонна, и уменьшения нагрузки на ветви каната. В зависимости от типа буровой установки и глубины скважины применяют оснастку: 3х 4, 4х 5, 5х 6, 6x7.

Крюкоблоки

Крюкоблоки - талевые блоки, жестко соединённые с крюком. В процессе бурения крюкоблок соединен с вертлюгом, а при выполнении спуско-подъемных операций - с элеватором. Крюкоблоки являются подвижной частью талевой системы и предназначены для ведения спуско-подъёмных операций, поддержания на весу колонны бурильных и обсадных труб и бурового инструмента в процессе бурения.

Вертлюги

Вертлюг - один из основных узлов механизма подачи бурового раствора, несёт на себе наибольшую нагрузку в процессе бурения и от его надёжности зависит безотказная работа всей буровой установки. Вертлюг обеспечивает подачу промывочной жидкости через буровой рукав от неподвижного стояка манифольда во вращающуюся колонну бурильных труб и поддержание вращающегося инструмента при бурении.

Система верхнего привода

Система верхнего привода (СВП) является принципиально новым типом механизмов буровых установок, обеспечивающим выполнение целого ряда технологических операций. Верхний привод представляет собой подвижный вращатель, оснащенный комплексом средств механизации спуско-подъёмных операций.

Система верхнего привода предназначена для быстрой и безаварийной проводки вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин при бурении. Верхний привод совмещает функции вертлюга и ротора, и оснащается комплексом устройств для работы с бурильными трубами при выполнении спуско-подъемных операций.

Основные преимущества применения СВП:

v экономия времени в процессе наращивания труб при бурении

v уменьшение вероятности прихватов бурового инструмента

v расширение (проработка) ствола скважины при спуске и подъёме инструмента

v повышение точности проводки скважин при направленном бурении

v повышение безопасности буровой бригады

v снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну

v облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счет вращения и промывки

v повышение качества керна

Буровые насосы

Буровые насосы предназначены для обеспечения процесса промывки при пробуривании скважины, нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса её на поверхность, охлаждения долота и приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа. Различают насосы следующих типов - двухпоршневые насосы двойного действия и трёхпоршневые насосы одностороннего действия.

Наиболее полно требованиям технологии бурения соответствуют трёхпоршневые насосы одностороннего действия, которые обеспечивают наименьшую степень неравномерности давления на выходе и наименьший износ клапанов и штоков поршня в сравнении с двухпоршневыми насосами двухстороннего действия.

Циркуляционные системы

Система циркуляции бурового раствора (ЦС) представляет собой комплекс механизмов и оборудования, входящий в состав буровой установки и предназначена:

v для приготовления бурового раствора заданной плотности, состава и качества

v очистки бурового раствора от выбуренной породы

v хранения запаса бурового раствора

v дегазации бурового раствора (при необходимости)

v химической обработки бурового раствора

v долива и подачи раствора в скважину

v удаления шлама

Комплекс ЦС включает следующее оборудование для очистки промывочной жидкости:

Ш вибросито

Ш пескоотделитель

Ш илоотделитель

Ш центрифугу

Ш дегазатор

Вышеперечисленное оборудование имеет различную степень очистки бурового раствора, позволяет подготовить шлам к утилизации.



Список использованной литературы

1. Лекции В.П. Балицкого по предмету "Бурение нефтяных и газовых скважин".

2. Ю.В. Вадецкий "Бурение нефтяных и газовых скважин".

3. http://examen-mp.ucoz.ru/publ/burenie/otvety_k_ehkzamenu/54_burovye_ustanovki_naznachenie_klassifikacija_konstruktivnaja_skhema_osnovnye_uzly_osnovnye_trebovanija_k_burovym_razmernyj_rjad_burovykh/9-1-0-185

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Буровая_установка

Размещено на Allbest.ru

...