Буровые установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Процесс строительства скважины. Функции и структура применяемого оборудования

Основные технологические операции при строительстве скважины:

1) подготовка и планировка площадки, транспортирование и монтаж оборудования;

2) разрушение горной породы и промывка скважины;

3) приготовление и очистка промывочной жидкости;

4) спуско-подъемные операции;

5) цементирование ствола скважины;

6) заканчивание скважины (вскрытие продуктивного пласта);

7) проведение исследовательских работ;

8) ликвидация возможных аварий и осложнений;

9) демонтаж оборудования.

Основные группы бурового оборудования:

1) буровые механизмы (ротор, насос, лебедка);

2) спуско-подъемный комплекс (талевый механизм, лебедка, вышка, ключи, ротор);

3) насосно циркуляционный комплекс (насос, система очистки);

4) металлические сооружения (основание, вышка);

скважина забойный буровой установка



Рисунок 1.- Структурная схема бурового оборудования

Рисунок 2.

2. Бурильные колонны

· назначение, состав и предъявляемые требования

· бурильные трубы (типы, размеры, материалы для изготовления)

· условия работы оценка действующих нагрузок.

Бурильная колонна - связующее звено между породоразрушающим инструментом и наземным оборудованием.

Функции бурильной колонны:

1) передача крутящего момента от ротора к долоту;

2) восприятие реактивного момента при бурении забойным двигателем;

3) создание осевой нагрузки на долото и поддержание заданной траектории ствола скважины;

4) подвод промывочной жидкости на забой;

5) ликвидация возможных аварий и осложнений.

Требования, предъявляемые к бурильной колонне:

1) прочность и износостойкость;

2) обеспечение минимального количества гидравлических сопротивлений;

3) герметичность соединений, быстрота сборки и разборки;

4) взаимозаменяемость элементов.

Состав бурильной колонны:

1) бурильные трубы;

2) ведущая бурильная труба;

3) утяжеленные бурильные трубы;

4) опорно-центрирующие элементы (центраторы), переводники, обратный клапан и т.д.

ГОСТ 631-80 «Трубы бурильные с высаженными концами и муфты к ним» (сталь)

ТБН - наружняя высадка;

ТБВ - внутренняя высадка;

ТБНК,ТБВК - с коническим стабилизирующим пояском.



Рисунок 3.

ГОСТ Р5027-92 «Трубы бурильные с приваренными замками» (БН,БВ,БК). Материал - сталь.

ГОСТ 5286 - 82 «Замки бурильных труб».

ГОСТ 27834 - 88 «Замки приварные для бурильных труб» (ЗП).

Условный диаметр: =60…168 мм.

Толщина стенки: =7,8,9,10 мм. Длина: L=6,8,11 м.

Бурение: =102,114,127,140 мм; =9,10,11 мм; L=max.

Параметры замков:

1) наружный диаметр ниппеля, муфты;

2) размер проходного сечения (внутренний диаметр).

3 группы замков:

1) ЗН (нормального проходного сечения);

2) ЗШ (широкого проходного сечения);

3) ЗУ (увеличенное проходное сечение);

БН - высадка наружу;

БВ - высадка внутрь;

БК - комбинированная высадка (ТБПК)

Для всех замков применяется Ст 40ХН. Марка сталей для бурильных труб не регламентируется.

Таблица 1 - Механические свойства сталей для бурильных труб

Показатель	Группа прочности
	Д	К	Е	Л	М	Р	Т	У
, МПа	380	500	550	650	750	900	1000	1050
, МПа	660	700	760	800	900	1000	1100	1250

ГОСТ 23786 - 79 «Трубы бурильные из алюминиевых сплавов»

Д16Т - с термообработкой

ГОСТ - 7360 - 82»Переводники для бурильной колонны»

3 группы:

1) М - муфтового типа (2 внутренние резьбы);

2) Н - ниппельного типа (2 наружные резьбы);

3) П - переходного типа.

Верхнее сечение ведущей трубы - левая резьба. Квадратное сечение размеров:63,76,89,108,133140,152 мм - расстояние между гранями. Шестигранное сечение: 89,108,133,152 мм - расстояние между гранями, длина 14…16 м, материал - сталь.

Утяжеленные бурильные трубы служат для создания нагрузки на долото увеличения жесткости нижней части бурильной колонны. Материал - сталь(Д,Е), длина 6…9 м.

1) Гладкие горячекатанные трубы (замковая резьба), D=146 мм; d=74 мм;

2) Сбалансированные трубы (Обработка внутренних и наружних поверхностей);

3) Трубы со спиральными или продольными проточками.

3. Нагрузки, действующие на бурильную колонн

1) растягивающие (сжимающие) нагрузки от собственного веса;

2) крутящий момент;

3)нагрузки от продольного изгиба;

4) нагрузки от давления промывочной жидкости

4. Забойные двигатели

Преимущества (обусловленные меньшими нагрузками):

1) практически полное отсутствие аварий с трубами;

2) меньший износ обсадных труб;

3) возможность применения менее прочных, но более легких труб.

Классификация забойных двигателей:

1) гидравлические забойные двигатели:

- турбобуры;

- винтовые забойные двигатели;

2) электробуры.

Основные требования, предъявляемые к забойным двигателям:

1) соответствие диаметральных размеров диаметру ствола скважины;

2) возможность создания требуемой величины крутящего момента на долоте;

3) обеспечение максимально возможного срока службы породоразрушающего инструмента;

4) простота конструкции;

5) транспортабельность.

5. Турбобуры

· Устройство и работа.

· Основные параметры турбины.

· Характеристики турбины и турбобура.

· Современные конструкции.

Рисунок 4. - Принципиальная схема односекционного турбобура:

1- вал; 2- корпус; 3,4,5- опоры вала (верхняя, средняя, нижняя радиальные); 6- диск; 7- подпятник; 6,7 - ступень осевой опоры; 8- статор; 9- ротор; ступень турбины; 10- переводник корпуса; 11- ниппель; 12- переводник вала; 13- полумуфта вала (нижняя).

· Принципиальная схема односекционного турбобура

Рисунок 5.

1- вал; 2- корпус; 3- статор; 4- ротор; 5- лопатки статора; 6- лопатки ротора.

Рабочие параметры:

=0,75…1,0 мм;

h=16 мм;

M=Q(C - C)d/2 - крутящий момент;

N=M - мощность;

=N/N;

p=N/Q - перепад давлений;

N - частота вращения вала.

Материал - легированная сталь, турбины из полимерной композиции.

M=f(n), N=f(n), =f(n), p=f(n), Q= const.

Рисунок 6

- тормозной режим;

- режим холостого хода;

/2, - экстремальный режим;

- оптимальный режим.

Виды характеристик:

1) теоретическая характеристика;

2) стендовая характеристика (5-8 ступеней);

3) рабочая характеристика (потери на трение в опорах);

4) характеристика «турбобур-долото-забой» (потери на трение в осевых напорах при нагружении: 1, 2, 3 );

M=P r-момент трения в осевой опоре;

P- осевая сила (нормальное давление);

- коэффициент трения;

r- средний радиус опоры.

P=G + P - R;

G - осевая нагрузка на долото;

P - сила от перепада давления промывочной жидкости;

R - реакция забоя.

1) G + P R - процесс формирования ствола скважины;

2) G + P R - незначительное разрушение;

3) G + P = R

n- разгонные обороты;

n- режим плавающей пяты (3);

0 n n- (1)

n n n- (2)

Рисунок 7

Классификация:

1) односекционные турбобуры;

2) секционные шпиндельные турбобуры (осевые опоры в одной секции шпиндельные)

Таблица 2 - Основные параметры некоторых типоразмеров турбобура

Типоразмер	Параметр
	D,мм	Q,л/с	M,кН*м	n, с	L,мм
Т12МЗБ - 195	195	45	0,7	10	8000
ТБД - 320	320	35	3,0	5	10000
3ТСШ1 - 195	195	30	1,5	7	26000
3ТСШ1 - 195ТЛ	195	40	1,8	6	26000
ЗТСША - 195ТЛ	195	25	1,8	10	26000
А7ГТШ	195	30	1,8	5	25000
ТГ - 124	124	12	0,5	12	12000

6. Винтовые забойные двигатели

· Устройство и работа двигателя;

· Рабочая характеристика винтового забойного двигателя;

· Современные конструкции двигателей и направления их совершенствования;

Объёмные двигатели представляют собой гидравлическую машину объемного типа, в которой ротор (винт) участвует в планетарно-вращательном движении относительно корпуса (статора).

Рисунок 8.- 1- корпус(статор); 2- винт (ротор); 3- обкладка статора; 4- корпус шпиндельной секции; 5- вал шпиндельной секции; 6,7- радиальная опора; 8- осевая опора; 9- промежуточный вал, 10,11- верхний и нижний шарниры; 12- переводник; 13- предохранительный переводник; 14- переливной клапан; 15- переводник; КВД- камера высокого давления (камера входа); КНД- камера низкого давления (камера выхода).

Условия образования шлюзов:

1) соотношение между числом заходов статора и ротора: z=z + 1;

2) соотношение между шагом винтовой линии (заходов) статора и ротора:

T/t= z/z;

3) соотношение между длиной статора и шагом винтовой поверхности:

L T;

4) зубья статора и ротора должны быть взаимоогибаемы и находиться в непрерывном контакте друг с другом;

М= p t e z d/2;

n=Q/V;

V= S t z.

1) p=f(M);

2) n=f(M);

3) N=f(M);

4) =f(M);

Преимущества:

1) больше КПД;

2) большая величина момента;

3) меньшая величина оборотов;

4) независимость момента от оборотов;

5) меньшая длина.

Недостатки:

1) конструкция сложна в изготовлении;

2) меньший ресурс;

3) ограниченная термостойкость;

4) изделие не ремонтируется.

Таблица 3 - Основные параметры

Типоразмер	Параметр
	D,мм	Q,л/с	M,кН*м	n, с	L,мм
Д 1 - 88	88	5…7	0,7…0,9	3,6…5,0	3,2
Д Г - 105 М	105	6…10	0,6…1,0	2,4…4,0	2,4
ДГ 1 - 127	127	12…20	3,0…4,5	1,8…3,0	4,8
ДЗ - 127	127	10…20	4,0…5,5	1,3…2,5	6,3
ДГ 1 - 172	172	25…35	4,0…5,0	2,5…4,0	4,3
Д 5 - 172М	172	25…35	8,0…10,0	1,5…1,9	5,8

Компановка: винтовая секция - турбинная секция - шпиндельная секция.

7. Классификация и главные параметры буровых установок

Категории:

1) установка для бурения мелких скважин (небольшой глубины и небольшого диаметра), ГОСТ 16151 - 89 «Установки для бурения геофизических и структурно-поисковых скважин», 8 классов;

2) установки для бурения глубоких скважин (ГОСТ 16293 - 89 «Установки буровые комплектные для глубокого эксплуатационного и разведочного бурения»), 12 классов.

Таблица 4

Параметр	Категория Б.У.
	l	ll
Q, тс	1…80	80…1000
L, м	75…3000	1250…16000
N, кВт	15…400	200…4000

8. Роторы буровых установок

· Назначение, условия работы и основные требования.

· Устройство и принцип работы, конструктивные варианты исполнения.

· Основные параметры, выбор.

Основные функции:

1) обеспечение вращения бурильной колонны;

2) восприятие реактивного крутящего момента при бурении забойными двигателями;

3) удержание колонны бурильных и обсадных труб над устьем скважины при проведении СПО;

4) проведение аварийных работ.

Требования:

1) удобство в обслуживании и эксплуатации;

2) надёжность и унификация деталей;

3) соответствие габаритов ротора площадке для его установки.

Ротор представляет собой конический зубчатый редуктор. Ведомый вал выполняется полым. Передаточное отношение - 3,4…3,9.

Рисунок 10.- принципиальная схема ротора:

1- корпус; 2- стол ротора; 3- вкладыш стола; 4- зажим ведущей трубы; 5- главная опора; 6- вспомогательная опора; 7- крышка стола; 8- зубчатое колесо; 9- приводной вал; 10- опора приводного вала; 11- зубчатая шестерня; 12- цепная звёздочка; 13- стопорный механизм.

Основные параметры:

1) диаметр проходного отверстия в столе:

D=D + ,

=30…50 мм;

2) допускаемая статическая нагрузка на стол:

P G, P C,

C- статическая грузоподъемность главной опоры;

3) обороты стола ротора: n 250 мин;

4) Мощность

N=(N + N)/,

N - мощность на холостое вращение бурильной колонны,

N - мощность на долоте;

5) крутящий момент на столе

M=N /n.

Параметр	Типоразмер
	Р - 560	Р - 700	Р - 950	Р - 1260
D, мм	560	700	950	1260
P, тс	320	500	630	800
M, кН*м	50	80	120	180
m, т	4,3	4,8	7,0	9,5

Таблица 5.

9. Буровые вертлюги

· Назначение условия работы и предъявляемые требования.

· Устройство и работа. Конструктивные варианты исполнения. Правила эксплуатации и обслуживания.

· Выбор основных параметров.

Вертлюг является связующим звеном между поступательно перемещающимся буровым крюком и вращающейся бурильной колонной и служит для ввода в неё под давлением промывочную жидкость.

Требования к конструкции:

1) прочность и надёжность соединения с талевой системой;

2) герметичность деталей;

3) возможность свободного перемещения по высоте вышки;

4) удобство в обслуживании.

Рисунок 11- принципиальная схема вертлюга:

1- корпус; 2- ствол; 3- верхний радиальный подшипник; 4- нижний радиальный подшипник; 5- главная опора; 6- вспомогательная опора; 7- верхняя крышка корпуса; 9,10- масляные уплотнения; 11- грязевое уплотнение; 12- напорный патрубок насоса; 13- фланец грязевого уплотнения; 14- отвод; 15- штроп; 16- палец.

Основные параметры:

1) допускаемая максимальная нагрузка - выбирается исходя из максимальной допускаемой нагрузки на крюке;

2) максимальное давление прокачиваемой жидкости определяется исходя из давления насосов;

3) частота вращения стола ротора.

Параметр	Тип вертлюга
	ШВ - 14 - 160	УВ - 250МА	УВ - 320МА	УВ - 450МА
G, тс	560	700	950	1260
D, мм	320	500	630	800
P, МПа	50	80	120	180
m, т	4,3	4,8	7,0	9,5

Таблица 6.

10. Насосно-циркуляционный комплекс буровой установки

Насосно-циркуляционный комплекс буровой установки включает взаимосвязанные устройства, механизмы и сооружения, объединенные со скважиной и обеспечивающие её промывку путём многократно принудительной циркуляции раствора.

Основные функции комплекса:

1) приготовление бурового раствора с заданными параметрами и хранение его запасов;

2) обеспечение циркуляции раствора по стволу скважины в заданном режиме;

3) удаление разрушенной горной породы из скважины;

4) обеспечение контроля и поддержание заданных параметров раствора.

Основные элементы комплекса:

Ш насос;

Ш ёмкости;

Ш трубопроводы;

Ш запорное устройство;

Ш оборудование для приготовления раствора;

Ш оборудование для очистки раствора;

Ш средства контроля параметров.

11. Буровые насосы

· Назначение, требования к конструкции и классификация.

· Выбор параметров насоса и регулирование режима работы.

· Гидравлическая схема обвязки бурового насоса. Правила эксплуатации и техника безопасности;

· Анализ современных типов буровых насосов.

Буровой насос служит для нагнетания промывочной жидкости в скважину.

Классификация:

1) величина мощности

- малой мощности (N200 кВт),

- средней мощности (200N400 кВт),

- большой мощности (N400 кВт);

2) число цилиндров

- двухцилиндровые,

- трёхцилиндровые;

3) принцип действия при вытеснении жидкости

- простого действия,

- двойного действия.

Требования:

a) возможность регулирования подачи в пределах, обеспечивающих эффективность промывки;

b) достаточная величина мощности;

c) возможность обеспечения минимально возможных инерционных нагрузок и пульсаций давления;

d) долговечность узлов и деталей;

e) защита элементов приводной части насоса от бурового раствора;

f) удобство в обслуживании и быстрота замены деталей;

g) возможность транспортирования в собранном виде.

h) Экономичность и безопасность в эксплуатации.

Выбор параметров насоса.

1. Подача назначается исходя из скорости движения жидкости в затрубном пространстве (V=0,3…1,2 м/с).

2. Давление нагнетания - с учетом гидравлических сопротивлений.

3. Мощность (N=Q P)

R=Q/Q=1…3.

Способы регулирования подачи (Q=f(D S V)):

1) изменение объема рабочей камеры (изменение диаметра цилиндра);

2) изменение скорости перемещения поршня;

3) изменение длины хода поршня.

ГОСТ 6031 - 89 «Основные параметры насосов»

Таблица 7.

Тип насоса	Q, л/с	P, МПа	N,кВт
НБ - 32	9	4	25
НБ - 50	11	6,3	32
НБ - 600	45	25	475
НБ - 750	45	32	600
НБ - 950	45	35	750
НБ - 1180	45	40	950

Таблица 8.

Параметр	Марка насоса
	УБН - 600 (У8-6МА2)	УНБТ -600	УНБТ -750 (У8-7МА2)	УНБТ -750	УНБТ -950	УНБТ-1180	УНБТ - 1250
N, кВт	600	600	750	750	950	1180	1250
z, шт	2	3	2	3	3	3	2
S, мм	400	250	400	250	290	290	450
n ,мин	66	135	66	135	125	125	60
Q, л/с	51,9	50,9	50,9	42,9	46	51,4	51,6
P,МПа	25	35	32	35	32	35	40
m, т	27,9	15,5	37,3	23,3	24,3	24,6	47,7

Преимущества трёхцилиндровых насосов:

1) меньшая масса при одной и той же установленной мощности;

2) более простая конструкция гидравлической части;

3) возможность создания большего давления;

Недостатки трёхцилиндровых насосов:

1) сложность оформления приводной части;

2) повышенный износ трущихся деталей гидравлической части;

3) необходимость установки подпорного насоса.



Рисунок 12.- Гидравлическая схема обвязки бурового насоса:

Н1 - буровой насос;

Н2 - подпорный насос;

Б - приемная емкость;

Ф- фильтр;

ЗД- задвижки (1- на всаксывание, 2 - на нагнетание; П - пусковая задвижка);

К- компрессоры (1-нагнетательный, 2- всасывающий);

МН-манометры (1,2- контроль).

12. Циркуляционная система буровой установки

· Общие сведения.

· Оборудование для очистки бурового раствора.

· Оборудование для приготовления бурового раствора.

Функции циркуляционной системы:

1) приготовление раствора с заданными параметрами;

2) очистка раствора от выбуренной породы;

3) хранение запасов бурового раствора.

Циркуляционная система имеет блочное (модульное) исполнение.

Основные составляющие:

1) блок приготовления;

2) блок очистки;

3) система долива раствора;

4) система удаления шлама.

Основные параметры:

- полезный объем бурового раствора в емкостях (100 - 600 м);

- количество ступеней (этапов) очистки (до 4);

- технологические параметры оборудования.

Основные показатели качества очистки раствора:

a) степень очистки - количественное содержание частиц горной породы в растворе:

E = (П - П)/П*100%,

где П- содержание частиц в исходном растворе,

П- содержание частиц в очищенном растворе;

b) диаметр граничного зерна.

Рисунок 13 - Принципиальная схема очистки бурового раствора.

1 ступень: E?50%, д>160 мкм;

2 ступень: E?70%, д>80 мкм;

1 ступень: E?90%, д>40 мкм;

1 ступень: E?95%, д>5 мкм.

Пропускная способность всеэлементов системы очистки должна быть не менее, чем на 25% больше пропускной способности насоса.

1 - сито вибрационное;

2 - емкость;

3 - центробежный насос;

4 - дегазатор (газосепаратор)

5 - пескоотделитель;

6 - илоотделитель;

7 - центрифуга;

8 - центробежный насос (подпорный).

Рисунок 14.

1- сетка; 2- рама; 3- опора; 4 -слив; 5- вибратор.

Таблица 9.

Параметр	Вибросито
	ЛБС - 1	ЛБС - 2
Q, л/с	45	45
S, м	2,7	2,3/2,8
, град	-2…+5	-2…+5
m, кг	1500	2000



Рисунок 16.- Гидроциклон:

1- корпус; 2- конус (воронка); 3- подводящий патрубок; 4- отводной патрубок; 5- разгрузочный патрубок; 6- крышка корпуса.

Таблица 10 - Параметры песко- и илоотделителей.

Параметр	Тип отделителя
	ПГ60/300	ПГ45	ИГ45М	ИГ45М2	ИГ45/75	ИГ45/75К
Q, л/с	60	45	45	45	45	40
D, мм	300	150	150	150	75	75
z, шт	2	4	6	6	16	14
Р, МПа	0,28	0,25	0,30	0,30	0,30	0,30
вариант исполнения	в 1 ряд	в 1 ряд	в 1 ряд	в 2 ряда	в 2 ряда	по кольцу



Рисунок 17.- Центрифуга:

1- корпус;

2- барабан (ротор) с перфорированной стенкой;

3- вал барабана;

4- ввод бурового раствора;

5- сливное отверстие;

6- шнек.

Газовый сепаратор (дегазатор).

Классификация:

1) по величине давления в полости:

- атмосферное;

- вакуумное (0,3 атм.);

2) по принципу ввода бурового раствора:

- гравитациооные;

- эжекционные;

- центробежные.

Подача раствора в систему очистки осуществляется центробежными насосами:

- вертикальный шламовый насос (ВШН - 150);

- горизонтальный шламовый насос (ГШН - 150).

Схема включает:

1. Емкость;

2. Перемешиватели (механические, гидравлические);

3. Насос.

БПР - блок приготовления бурового раствора,

Размещено на Allbest.ru

...