Скважину бурят при помощи буровой установки, представляющей собой сложный комплекс машин, механизмов, аппаратуры, металлоконструкций, средств контроля и управления, расположенных на поверхности.
По функциональному назначению все оборудование, необходимое для бурения скважин, можно условно подразделить на две группы: подземное и наземное. Подземное оборудование предназначено непосредственно для бурения скважины, то наземное приводит его в движение и обслуживает его работу.
-буровые сооружения (буровая вышка, основание вышки, мостки, стеллажи); - спуско -подъемное оборудование (лебёдка, кронблок, крюкоблок ); -силовое оборудование для привода лебедки, ротора и буровых насосов (двигатели электрические или дизельные), оборудование для вращения бурильной колонны (ротор, СВП); -оборудование циркуляционной системы (емкости, буровые насосы, манифольд, вертлюг); -оборудование для очистки бурового раствора от выбуренной породы (вибросита, пескоотделители, илоотделители, центрифуги); -оборудование для пригото-вления бурового раствора ( гидроворонки, гидромешалки, шламовые насосы); -противовыбросовое оборудование ( превенторы ); - привышечные сооружения (котельная, склад ГСМ).
Состав буровой установки: 1 - вышка; 2 - кран-блок; 3 - вертлюг; 4 - буровая лебёдка с коробкой передач; 5 - буровой насос с электроприводом; 6 - вспомогательная лебёдка; 7 - ротор; 8 - пневмоключ; 9 - приёмные мостки; 10 - пневмокомпрессор; 11 – электрорас-пределительное устройство; 12 - циркуляционная система; 13 - блок приготовления раствора; 14 - подпорный насос; 15, 16 - обсадные и бурильные трубы; 17 - долото; 18 - талевая система.
БУ1600/100ЭУ-БМЯ БУ - буровая установка; 1600 - условная глубина бурения; 100 - Допустимая нагрузка на крюке; Э - силовой привод; У - универсальная монтажеспособность; БМ - блочно-модульный тип; (Я – для Ямала).
Устройство буровой вышки
Буровая вышка - подъёмное сооружение (обычно металлическая конструкция) над скважиной предназначена для : - Проведения спускоподъемных операций с бурильными и обсадными трубами ; -Поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой ; - Размещения комплекта бурильных труб и утяжеленных бурильных труб (УБТ), извлеченных из скважины ; - Размещения талевой системы и средств механизации спускоподъемных операций, в частности механизмов АСП, КМСП или платформы верхового рабочего, устройства экстренной эвакуации верхового рабочего, системы верхнего привода и вспомогательного оборудования.
Буровые вышки по назначению : Для агрегатов капитального ремонта скважин ; Для передвижных(мобильных) буровых установок ; Для кустовых и стационарных ; Для морских установок. Вышки высотой 41 м оборудуют одним балконом, а высотой 53 м – двумя на внешних гранях вышки, которые служат укрытием для второго помбура во время спуско -подъёмных операций. На балконе устанавливают люльку для работы верхового и пальцы для установки свечей.
По конструкции вышки бывают: 1. Башенного типа - имеет форму усеченной четырёхгранной пирамиды 2. Мачтового типа А – образная вышка Каждая нога вышки состоит из 4-х секций длиной около 10 м. Отдельные секции, сваренные из труб в виде решётчатых ферм. В сечении фермы имеют вид равнобедренного треугольника или прямоугольника.
Например, ВБА 53-320 В – вышка, Б – башенная, А – рассчитанная на применение АСП, 53 – высота в м, 320 – грузоподъёмность на крюке в тоннах.
Вышка состоит из 4-х пилонов, каждый пилон состоит из 11 секций, соединенных между собой.
Мачтовые вышки бывают : А-образные типа МА или ВМА ; 2-х – опорные типа МА ; 4-х – опорные типа УМ4 ; П-образные типа МП ; с открытой передней гранью, типа УМ.
Буровая вышка с открытой передней гранью (3-опорная). Основными составляющими мачты: секции, выполненные в виде плоских полностью сваренных ферм. Элементы задней грани выполнены в виде балок различного сечения (в зависимости от нагрузок)
вышка мачтовая ВУМ 46-275
Использование данной конструкции вышки дает следующие преимущества : Возможность размещения верхнего силового привода ; При монтаже основания в нижнем положении не требуется специальных кранов большой грузоподъемности, что сокращает сроки монтажа и облегчает работу монтажной бригады ; Транспортирование буровой вышки с одной точки бурения на другую может производится в вертикальном положении крупным блоком и не требует проведения дополнительного перемонтажа
Мачтовая вышка А-образного типа ВА 41-200
УМ 45-225 ; По ГОСТу МА 45*225
В процессе проводки скважины подъемная система выполняет различные операции. Служит для замены изношенного долота, спуска, подъема и удержания на весу бурильных колонн, при отборе керна, ловильных или других работах в скважине, а также для спуска обсадных труб.
ТС представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока 4, талевого (подвижного) блока 2, стального каната 3, являющегося гибкой связью между буровой лебедкой 6 и механизмом 7 крепления неподвижного конца каната. Кронблок 4 устанавливается на верхней площадке буровой вышки 5. Подвижный конец А каната 3 крепится к барабану лебедки 6, а неподвижный конец Б — через приспособление 7 к основанию вышки.
По грузоподъемности и числу ветвей каната в оснастке талевые системы разделяют на различные типоразмеры. В буровых установках грузоподъемностью 50...75 т применяется талевая система с числом шкивов 2x3 и 3x4 ; в установках грузоподъемностью 100...300 т применяют число шкивов 4х5, 5х6, 6х7. В обозначении системы оснастки первая цифра - число канатных шкивов талевого блока, вторая цифра — число канатных шкивов кронблока. Рисунок - Схема оснастки талевой системы 1-крюкоблок; 2-талевый канал; 3-крюкоблок; 4-барабан лебёдки; 5-кранштейн; 6-зажим.
Существует два типа оснасток: параллельная, когда ось талевого блока параллельна оси кронблока, крестовая, когда оси талевого блока и кронблока перпендикулярны. При бурении скважин широко используется крестовая оснастка талевой системы, при которой ось кронблока должна быть параллельна оси барабана лебедки, а ось талевого блока - перпендикулярно оси кронблока. Преимущество: исключает закручивание талевого блока и трение струн каната друг о друга.
Кронблок устанавливают на верхней площадке вышки. Это неподвижный элемент талевой системы. 1 – шкивы; 2 – ось; 3 – рама; 4 – предохранительный кожух; 5 – вспомогательные шкивы
Кронблок : 1 – ограждение; 2 – шкив; 3 – опора; 4 – ось шкивов; 5 – кожух; 6 – подкронблочная рама
Талевый блок является подвижной частью талевой системы. Предназначен, также как кронблок, для выполнения спуско -подъёмных операций и других работ, необходимых при бурении скважин.
1 – серьга; 2 – подвеска; 3 – корпус; 4 – кожух; 5 – ось шкивов; 6 – роликоподшипники; 7 – шкив; 8 – крышка Талевый блок шестишкивный : Талевый блок представляет собой сварной корпус, в котором помещаются шкивы и подшипниковые узлы, как и в кронблоках. В буровых установках применяют талевые блоки двух типов: крюкоблок для ручной расстановки свечей; талевый блок для работы с подвешенным автоматическим элеватором, применяющимся в комплексе механизмов типа автоматов спуска-подъема (АСП) для автоматизации и механизации спускоподъемных операций.
Талевые блоки, жестко соединенные с крюком, называют крюкоблоками Крюкоблок УТБК 6-320
Бывают прямой и крестовой свивки. В талевых системах применяют канаты крестовой свивки, при которой проволоки вьются в пряди в одну сторону, а сами пряди в канате - в противоположную. Канаты крестовой свивки изготавливают правого и левого направления с одним сердечником. Правые свивают по часовой стрелке, левые — против часовой стрелки
Служит для подвешивания при помощи штропов с элеватором бурильной и обсадной колонн в процессе спускоподъемных работ, в процессе бурения для подвешивания вертлюга с бурильной колонной, а также для подъема, спуска и подтаскивания грузов при буровых и монтажно-демонтажных работах. По конструкции крюки бывают одно-, двух- и трехрогие. В настоящее время трехрогие крюки почти полностью вытеснили двухрогие и однорогие крюки. По способу изготовления крюки бывают кованными, составными пластинчатыми и литыми.
Конструкция данного инструмента- сварная. На рог или зев крюка штроп подвешивается верхним концом, нижний заводиться в проушины элеватора. Штропы бурильные являются соединяющим звеном между буровым крюком и элеватором, на котором подвешивается буровой инструмент или колонна обсадных труб. Штропы бывают грузоподъемностью 0,25 (25), 0,5 (50), 0,75 (75), 1,25 (125), 2,0 (200) и 3,0 (300) МН (т).
Элеваторы корпусные КМ типа предназначены для захвата и удержания на весу колонны бурильных и обсадных труб при спускоподъемных операциях Элеватор корпусной типа КМ состоит из следующих частей: корпус, створка, рукоятка, предохранители, штропа, защёлка. Грузоподъемность элеваторов от КМ 60-125 до КМ 426-320.
Лебедка должна оперативно переключаться с больших скоростей подъема на малые и обратно, обеспечивая плановые включения с минимальной затратой времени на эти операции. В случаях прихватов и затяжек колонны сила тяги при подъеме должна быть быстро увеличена. Переключение скоростей для подъема колонн различной массы осуществляется периодически.
Вспомогательная лебедка предназначена для вспомогательных работ, производимых на буровой установке: подтаскивание и подъем элеваторов, вкладышей ротора, долот и других грузов для свинчивания, развинчивания и докрепления соединений машинными и круговыми ключами при отказе основных механизмов.
В зависимости от типа двигателей предлагаются следующие привода для основных механизмов : 1. Дизельные 2. Электрические
Обеспечивает работу через механическую трансмиссию главных машин и механизмов буровой установки от двигателей внутреннего сгорания, работающих по дизельному циклу. Применяется на буровых установках 3000ДГУ, 5000ДГУ, на базе следующих агрегатов : СА-10, СА-25, (с дизелем 6ЧН 21 /21) АСДУ-2Ш-500-У
Различные виды электрических приводов, которые подразделяются : По виду двигателя : Электрический привод постоянного тока ; - Электрический привод переменного тока ; По возможности регулирования скорости : Нерегулируемые ; Регулируемы электрические приводы ;
В соответствии с кинематикой установки привод может иметь три основных исполнения : Индивидуальный привод ; Групповой привод ; Комбинированный привод ;
Главные ( приводы лебедки, насосов и ротора) Вспомогательные ( приводы остальных устройств и механизмов установки). Мощность, потребляемая вспомогательными устройствами, не превышает 10-15% мощности, потребляемой главным оборудованием
Роторы смонтирован в нижнем основании БУ и предназначен для вращения вертикально подвешенной бурильной колонны с частотой 30-300 об/мин при роторном бурении или восприятия реактивного крутящего момента при бурении забойными двигателями. Они служат также для поддержания на весу колонн бурильных или обсадных труб, устанавливаемых на его столе на элеваторе или клиньях.
Ротор представляет собой как бы конический зубчатый редуктор, ведомое коническое колесо которого насажено на втулку, соединенную со столом. Вертикальная ось стола расположена по оси скважины. Обозначение Р-560 (Р-ротор, 560 мм - проходное отверстие ротора)
Основной элемент бурового насоса представляет собой поршень, совершающий возвратно-поступательные перемещения в цилиндре и создающий давление для движения объема жидкости. Буровые насосы используют для обеспечения циркуляции большого количества бурового раствора ( 19- 44 л/с) по бурильным трубам через отверстия в долоте и обратно на поверхность. Насос должен создавать давление, достаточное для преодоления значительных сил сопротивления, и перемещать буровой раствор и вращать вал забойного двигателя.
Применяют насосы двух типов: - двухцилиндровые насосы (дуплекс-насосы ) УНБ, включающие в себя два поршня двойного действия (в этом типе насоса поршень создает давление одновременно при поступательном и обратном ходе ); - трехцилиндровые насосы (триплекс-насосы) УНБТ, в состав входят поршни одинарного действия (в этом типе насоса поршень создает давление только при поступательном ходе). Регулировать объем и давление можно, изменяя внутренний диаметр цилиндра (путем использования цилиндровых втулок разных диаметров) или размеры поршня.
Буровой двухпоршневой насос УНБ-600 600 – мощность в кВт
Буровой трехпоршневой насос УНБТ-950
Вертлюг – Это механизм, соединяющий не вращающиеся талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением. На рисунке показана принципиальная схема вертлюга для бурения глубоких скважин. Основная вращающаяся его деталь – полый ствол 1, воспринимающий вес бурильной колонны. Ствол смонтирован в корпусе 3 на радиальных 4 и 7 и упорных 5 и 6 подшипниках, снабжён фланцем, передающим вес колонны через главную опору 5 на корпус 3, подвешенный к крюку на штропе 12. Опоры ствола фиксируют его положение в корпусе, препятствуют осевым, вертикальным и радиальным перемещениям, и обеспечивают устойчивое положение и легкость вращения. Вертлюг :
