Буровая установка ее функции. Назначение, техническая характеристика буровой установки

Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.

Буровая установка – это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважин. Все буровые установки подразделены на 11 классов, для глубокого разведочного и эксплуатационного бурения. Класс буровой установки подбирается по условной глубине бурения скважин при массе 1 м бурильной колонны 30 кг.

* Наибольшее распространение в кустовом бурении получила установка БУ-3000ЭУК (с э лектроприводом, у ниверсальной монтажеспособности для к устового бурения. Также применяются буровые установки: Уралмаш-3Д-76, БУ 5000/320 ЭСК-БМЧ, БУ 3900/225 ЭЧК-БМ-3, ZJ-40(50), МБУ-125, УПА-100, АРБ-100, TD-125 и др.

В зависимости от назначения скважины, ее глубины, геологических и климатических условий района, транспортного сообщения буровые установки комплектуются по-разному, при этом во всех случаях стремятся к наиболее простому набору бурового оборудования, обеспечивающему качественное, безаварийное, с минимальными затратами времени и средств, сооружение скважины.

Все оборудование буровой установки можно объединить в несколько основных блоков:

1 - буровая вышка с талевой системой, подъемной лебедкой, элементами управления и настилом для сборки, приемки, хранения бурильных и обсадных труб;

2 - силовой блок, состоящий из нескольких дизельных или электрических двигателей, предназначенный для привода ротора и подъемной лебедки, включающий систему трансмиссий, редукторов, карданов и шкивов;

3 - насосный блок для промывки ствола скважины, включающий один-два или три буровых насоса с электрическим или дизельным приводом.

4 - циркуляционная система, включающая несколько емкостей для хранения бурового раствора, перемешивателей с электроприводом, блок приготовления и регулирования свойств бурового раствора, блок очистки от выбуренной породы, желоба с задвижками для манипуляции с выходящим из скважины при бурении потоком жидкости.

В состав буровой установки входит:

1. Буровая вышка.

Это сооружение над скважиной для проведения СПО, размещения бурильных свечей, служит основой для размещения и монтажа бурового оборудования.

Различают два типа вышек : башенные и мачтовые . Их изготавливают из труб или прокатной стали. Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А – образные). Последние наиболее распространены. А – образные вышки более трудоемки в изготовлении и менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и производить монтаж/демонтаж.

Основные параметры буровой вышки – грузоподъемность, высота, емкость «магазина» для установки бурильного инструмента, длина размещаемой свечи, масса вышки.

Буровая вышка либо монтируется при помощи подъемников и домкратов отдельными секциями с последующим их соединением, при этом первым монтируют верхний пояс с кронблоком, а последним - нижний пояс, либо собирается горизонтально на земле, а затем поднимается в вертикальное положение.

После установки вышки на фундаменты или платформы ее укрепляют растяжками, затем устанавливают подъемную лебедку.

Следующим этапом монтируют силовой блок для привода лебедки и ротора, трансмиссионную систему, систему пневматических муфт и гидротормоза, пульт управления. Лебедку оснащают талевым канатом, другой конец которого пропускают через шкивы кронблока и талевого блока (полиспаста ) и прикрепляют к основанию вышки специальным приспособлением (мертвый конец ). Устанавливают ротор и соединяют с двигателями цепной передачей посредством пневматической муфты.

Одновременно или поочередно монтируют насосный блок и циркуля ционную систему . Привод насосов от двигателей осуществляют клиновыми ремнями и шкивами. Циркуляционную систему соединяют с буровыми насосами трубопроводами и оснащают виброситами для выделения из промывочного агента сравнительно крупных частиц выбуренной породы (шлама), пескоотделителями и илоотделителями для более тонкой очистки промывочного агента, дегазатором для очистки бурового раствора от газа.

На емкости для хранения бурового раствора устанавливают механические и гидравлические перемешиватели, центробежные насосы (подпорные насосы ), осуществляющие подачу жидкости в буровые насосы. Отдельно устанавливают и обвязывают манифольдами с циркуляционной системой блок приготовления промывочного агента (БПР ).

2. Буровая лебедка.

Буровая лебедка предназначена для спуска и подъема бурильной колонны, свинчивания и развинчивания труб, спуска обсадных колонн, удерживания на весу неподвижной колонны или медленного ее опускания (подачи) в процессе бурения.

В ряде случаев буровая лебедка используется для передачи мощности от двигателя к ротору, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ.

3. Спуско – подъёмный комплекс буровой установки (рисунок). Представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока 4, талевого (подвижного) блока 2, стального каната 3, являющегося гибкой связью между буровой лебёдкой 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. К талевому блоку присоединяется крюк 1, на котором подвешивается на штропах элеватор для труб или вертлюг. В настоящее время талевый блок и подъёмный крюк объединены в один механизм – крюкоблок .

Талевая (полиспастовая) система буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка и уменьшения нагрузки на ветви каната и буровую вышку.

Через канатные шкивы кронблока и талевого блока в определенном порядке пропускается стальной талевый канат, один конец которого («мертвый») крепится к рамному брусу вышки, а другой, называемый ходовым (ведущим) - к барабану лебедки.

По грузоподъемности и числу ветвей каната в оснастке талевые системы разделяют на различные типоразмеры. В буровых установках грузоподъемностью 50-75т применяют талевую систему с числом шкивов 2 \3 и 3\4; в установках с грузоподъемностью 100-300т – талевую систему с числом шкивов 3\4, 4\5, 5\6 и 6\7. В обозначении системы оснастки первая цифра показывает число канатных шкивов талевого блока, а вторая – число канатных шкивов кронблока.

Кронблок представляет собой раму, на которой смонтированы оси и опоры со шкивами. Иногда рама выполняется как одно целое с верхней частью вышки.

Талевый блок представляет собой сварной корпус, в котором помещаются шкивы и подшипниковые узлы.

Талевые канаты представляют собой стальные круглые, шести рядные канаты тросовой конструкции крестовой свивки. Пряди, свиваемые в канат вокруг органического или металлического сердечника, изготавливаются из высокоуглеродистой и высокомарганцовистой стали высокой прочности с числом проволок от 19 до 37. Учитывая место крепления ходового конца каната в направлении его навивки на барабан, для буровых лебедок применяют талевые канаты правой свивки диаметрами 25, 28, 32, 35, 38 мм. Наиболее распространены канаты с органическим и пластмассовым сердечником диаметрами 28 и 32 мм. При глубинах более 4000м применяют канаты с металлическим сердечником.

Буровые крюки и крюкоблоки предназначены для подвешивания на них в процессе бурения бурильного инструмента и элеваторов при спускоподъемных операциях.

Крюкоблоки (крюки, соединенные с талевым блоком) имеют ряд преимуществ: меньшую общую высоту, чем у талевого блока и крюка, вместе взятых, более компактную конструкцию. К недостаткам следует отнести их большую массу.

Крюки бывают грузоподъемностью 75, 130, 200, 225т.

.Штропы бурильные – это звенья, соединяющие крюк с элеватором, на котором подвешивается бурильный инструмент или колонна обсадных труб. Грузоподъемность штропов – 25, 50,75, 125, 200 и 300т.

В горно-перерабатывающей промышленности, при таких работах, как прокладывание шахт, туннельных проходов, а также при строительстве железнодорожных проходов и метрополитенов широкое применение нашло такое оборудование, как буровая установка гидравлического типа действия.

Эскплуатация буровой гидравлической установки

Посредством работы данной установки происходит забой и обработка различных поверхностей, таких как фундамент, кровельные поверхности и тому подобные объекты. Посредством работы данной буровой установки гидравлического типа, происходит , а также поиски залежей полезных ископаемых.

Данное оборудование обладает массой преимуществ, которыми обусловлен выбор именно этого оборудования. К таким весомым преимуществам можно отнести, во-первых, скорость, с которой работает данное оборудование. Рабочей скоростью буровой гидравлической установки является обработка порядка двух метров поверхности в одну минуту времени, что является очень высокими скоростными показателями. Данный показатель является средним показателем, поскольку скорость приведена в средних пределах, и разные модели буровых установок имеют различия в данном показателе.

Еще одним немаловажным показателем, которым отличается данное оборудование, является то, что данное оборудование оснащается в зависимости от модели таким дополнительным оборудованием, как стрелы выдвижного типа. За счет того, что система данной буровой установки является гидравлической, работа всей техники выполняется бесперебойно и достаточно легко.

К тому эксплуатировать данную установку можно без опаски, вся система оснащается специальными датчиками, которые показывают критические точки, после которых работу следует останавливать. Еще одним немаловажным параметром, который имеет положительное влияние на выбор именно этого оборудования, является то, что система способна к самостоятельной промывке рабочих органов. Что в свою очередь препятствует образованию засоров и попаданию загрязнений в рабочие органы, а следовательно предотвращая их быстрый износ.

Устройство гидравлической буровой установки

Привод данной установки осуществляется посредством двигателя, который работает за счет дизельного топлива. Такой вид привода обеспечивает работу данной установки ровным и безвибрационным образом. К тому посредством работы данного вида привода буровая установка способна обрабатывать большие участки работ, что продуктивно сказывается на ее производительных характеристиках.

Центр тяжести буровой гидравлической установки расположен достаточно низко, поэтому данная установка как нельзя лучше подходит для проведения работ в туннелях и местах, где достаточно сжатые условия. Работа данной буровой установки проходит стабильно и без аварий.

К тому же в дополнительное оснащение буровой гидравлической установки входит такое оборудование как молотки для бурения, специальная анкеровочная машина и стрелы. Посредством работы данного оборудования машина выполняет большой спектр действий, и множество работ с достаточно большой скоростью. В зависимости от модели буровой установки, она может отличаться различными характеристиками, например, некоторые установки могут быть на колесном шасси, некоторые выполняются в гусеничном варианте.

Так же данная установка может оборудоваться дополнительными площадками для выполнения работ, то есть верхней и нижней, которая расположена непосредственно перед входом в скважину. Такие характеристики, как глубина бурения могут варьироваться в зависимости от модели и марки данной техники, как правило, средним показателем является порядка полутора тысяч метров. Мощность буровой гидравлической установки так же может иметь различия, однако средним показателем является мощность равная порядка двумстам лошадиным силам.

Только побывав в карьере или шахте и увидев все своими глазами, можно понять, с каким трудом достаются людям «дары» природы. Нам для этого пришлось облачиться в спецодежду и мощные резиновые сапоги по колено, повесить через плечо самоспасатели (устройство, вырабатывающее кислород, с загубником в высокотехнологичной переносной упаковке), надеть каски с фонарями и отправиться на Сафьяновский рудник, куда нас любезно пригласила Уральская горно-металлургическая компания. Сафьяновское месторождение считается весьма щедрым подарком природы: рудное тело здесь залегает на глубине всего нескольких метров от поверхности, а содержание меди в руде достигает внушительных… 2%. Да, это немало — на многих месторождениях приходится довольствоваться цифрами менее 1,5%.

Работая круглосуточно, горняки каждый день вывозят из карьера и подземного рудника более 4500 т сероватых «камней». Чтобы превратиться в чистый цветной металл, руда проходит десятки сложных технологических этапов на разных предприятиях. Ее дробят и измельчают, погружают в воду и сушат, переплавляют и перемешивают, на каждой стадии отделяя еще немного чистой меди от пустой породы и примесей. На одном из последних этапов медь фактически разбирается на отдельные ионы, растворяется в жидкости и собирается вновь с помощью электролиза.

Из той же руды получаются и другие ценные металлы: цинк, свинец, золото, серебро, селен, теллур, индий, галлий, германий, кадмий, висмут. Некоторые полезные вещества, например серная кислота, — побочные продукты производства меди. Выжать из добытой руды все соки — это целое искусство.

Работа в подземном руднике — ад для фотографа и рай для репортера. Здесь обитают механизмы, которых не встретишь при свете дня, и один из них — буровая машина Sandvik DL421, ради встречи с которой мы и спустились в шахту. Она весит 22 т, может бурить отверстия глубиной до 54 м под любым углом и умеет выполнять большую часть работы в беспилотном режиме. «Для нас это феррари», — улыбается наш проводник, заместитель главного инженера по подземным горным работам Дмитрий Данилов. «Видим, она красная», — соглашаемся мы.

Вентиляционная система, а также насосные станции для откачки воды — неотъемлемая часть любой шахты. Пока что шахта Сафьяновского рудника относительно неглубока, поэтому руду из нее вывозят на поверхность самосвалами. В более глубоких шахтах прямо на низких горизонтах устанавливают оборудование для дробления, а на поверхность измельченную руду доставляют с помощью специального лифта.

Подземный город

Чтобы понять, чем именно занимается в шахте столь продвинутая буровая машина, нужно освежить в памяти, как работает сам рудник. Рудное тело может залегать в толще породы на разной глубине и под разными углами. Оно может иметь любую форму (штоки, пласты, жилы) или вовсе представлять собой множество отдельных гнезд. Для простоты давайте представим себе вертикальный цилиндр.

«Револьверная» кассета буровой машины позволяет проходить скважины глубиной до 54 м, постепенно наращивая бур удлинительными штангами.

Сначала руду добывают открытым способом. Из карьера постепенно вынимают как руду, так и пустую породу. Борта карьера строятся уступами, что придает ему весьма узнаваемый облик. Глубина разработки открытым способом имеет свои пределы, которые установлены еще на стадии проектирования, и зависит от формы и глубины залегания рудного тела. К примеру, Сафьяновский карьер в настоящее время разросся до 900 м в диаметре, а его расчетная глубина составляет 265 м.

Для добычи руды с больших глубин строится шахта. Это целый подземный город, обстановкой напоминающий метро, а организацией движения — подземную парковку. «Этажи» в шахте называются горизонтами. Перемещаться между ними можно по наклонным каналам — съездам.

В Сафьяновском руднике горизонты строятся через каждые 20 м. Мы были на 60-м горизонте. Цифра указывает глубину относительно уровня моря. Правда, город Реж, в котором находится наш карьер, расположен на 200 м выше уровня моря, так что на самом деле мы спустились под землю на глубину 260 м.

Каналы проходят взрывным способом: буровая машина проделывает в породе горизонтальные скважины, в них закладывают взрывчатку. После взрыва обрушившуюся породу вывозят за пределы шахты. Стенки получившегося в результате тоннеля бетонируют, а местами даже усиливают арматурой. Создается прочная опалубка, защищающая канал от обрушения.

Весь фокус шахтных работ заключается в том, что человек ни при каких обстоятельствах не должен находиться в очистной камере, откуда, собственно, и достают руду. Поэтому алгоритм добычи выглядит следующим образом. На очередном горизонте описанным выше способом строится бетонированный горизонтальный канал — квершлаг, который считается капитальной горной выработкой. От него идет буровой орт — горная выработка, которая проходит прямо сквозь рудное тело. Ее не бетонируют, но закрепляют специальными шпурами. К концу бурового орта подходит буровая машина и бурит серию скважин, преимущественно вверх и в стороны.

Стоя на месте и поворачивая бур из стороны в сторону, машина может сделать несколько скважин в одной плоскости, так называемый веер. Отступив пару метров назад, она бурит новый веер. Когда сделано некоторое количество вееров, взрывники закладывают взрывчатку в каждую скважину.

1. Руль // 2. Ручка переключения скоростей. Вращением выбирается одна из трех скоростей, поворотом от себя или на себя — передний или задний ход // 3. Управление гидравлическими опорами шасси // 4. Приборы: обороты, уровень топлива, давление в гидравлических системах // 5. Управление положением перфоратора, а также высотой крыши и осветительными приборами // 6. Указатели поворота, звуковой сигнал, стояночный тормоз // 7. Управление катушками. Машина подключается к водопроводу и электрической системе, при этом кабели и шланги она возит с собой на моторизированных катушках // 8. Блок контрольных ламп и управления компрессорным оборудованием и системой смазки // 9. Аварийный выключатель // 10. Контрольная панель системы самодиагностики // 11. Педали газа и тормоза // 12. Камеры обзора.

После взрыва над буровым ортом образуется камера глубиной 20 м (до предыдущего горизонта), заполненная рудной горной массой. Заходить в нее нельзя, потому что там нет опалубки. Руду из камеры вынимает погрузочно-доставочная машина на радиоуправлении. Оператор управляет ею в зоне прямой видимости, но из безопасного места. Разумеется, на каждом горизонте вырабатывается множество таких камер.

11 метров — длина скромного грузового автомобиля без прицепа. Немного для машины, способной пробурить 54-метровую скважину в твердой скальной породе.

Буровая машина SANDVIK DL421

При собственной длине всего 11 м эта машина может пробурить скважину глубиной до 54 м. Это возможно благодаря револьверному механизму наращивания бура. В кассете, напоминающей барабан револьвера, хранится 29 «патронов» — двухметровых штанг с наружной резьбой с одной стороны и внутренней с другой. Еще одна штанга живет непосредственно на хвостовике перфоратора.

Пробурив скважину на глубину около 2 м, машина оставляет первую штангу внутри, отсоединяет перфоратор и отводит его назад, устанавливает между перфоратором и первой штангой новое звено и закручивает резьбу. Можно бурить дальше и при желании повторить эту операцию до 29 раз.

Бурение веера машина может проводить как в ручном, так и в полностью автоматическом режиме. Руководствуясь информацией от геологов, маркшейдер (горный инженер) составляет программу, определяющую, сколько скважин бурить, под какими углами и на какую глубину. Непосредственно в шахте он же ставит на стенах отметки для оператора обычной краской. Оператору остается лишь выставить машину (само шасси, а не бур) по отметкам с помощью встроенных лазерных указателей и запустить программу.

Скважину бурят при помощи буровой установки, представляющей собой комплекс агрегатов, механизмов и сооружений, расположенных на поверхности.

В комплект буровой установки входят: вышка для подвешивания талевой системы и размещения бурильных труб, оборудование для спуска и подъема инструмента,оборудование для подачи и вращения инструмента, насосы для прокачивания промывочной жидкости, силовой привод, механизмы для приготовления и очистки промывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механизации спуско-подъемных операций, контрольно-измерительные приборы и вспомогательные устройства. В комплект буровой установки входят также металлические основания, на которых монтируется и перевозится оборудование .

Различные условия и цели бурения при наличии большого разнообразия глубин конструкций скважин не могут быть удовлетворены одним типоразмером буровой установки, поэтому ГОСТом предусматривается ряд буровых установок. Буровые установки классифицируются по допустимой нагрузке на крюке.

Стандартом предусматривается также ряд других параметров буровых установок, в том числе мощность привода основных механизмов, номинальные длины свечей, высотные отметки оснований и некоторые другие показатели.

Буровую установку для бурения конкретной скважины или группы скважин выбирают по допускаемой нагрузке на крюке, которую не должен превышать вес (в воздухе) наиболее тяжелой обсадной колонны.

БУРОВАЯ ВЫШКА И ОСНОВАНИЕ

Буровая вышка предназначена для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной колонны на весу во время бурения, а также для размещения в ней талевой системы, бурильных труб и части оборудования , необходимого для осуществления процесса бурения .

Буровые вышки различаются по грузоподъемности, высоте и конструкции. Для бурения скважин до 4000 м используют вышки высотой 41 м, скважин глубиной более 4000 м - вышки высотой 53 м и более (60-70 м).

По конструкции вышки подразделяются на два типа: башенные и мачтовые. Башенные вышки - это такие вышки, у которых нагрузка передается на четыре опоры. В вышках, мачтового типа нагрузка передается на одну или две опоры.

В отечественном бурении достаточно широко используют 41-метровые вышки башенного типа. Это четырехгранная усеченная пирамида, состоящая из 10 панелей высотой 4 м каждая. Нижнее основание вышки имеет размер 8x8 м, а верхнее 2x2 м.Ноги вышки в нижней части имеют опорные плиты, за эти плиты вышка с помощью болтов крепится к фундаменту. К верхним торцам ног привариваются специальные столики для установки и крепления подкронблочных балок, на которые устанавливается кронблок. В зависимости от длины используемых свечей вокруг вышки устанавливается балкон (полати). Во время спуско-подъемных операций на балконе работает верховой рабочий (помощник бурильщика ). Он устанавливает поднимаемые из скважин свечи за палец либо подает их из-за пальца при спуске в скважину. При использовании 41-метровой вышки балкон устанавливают на высоте 22,5 м от пола, так как бурят с применением 24-25-м свечей.

Очень широко применяют вышки мачтового типа (А-образные вышки). Вышки А-образные секционные мачтового типа представляют собой А-образную металлическую конструкцию, состоящую из двух-, трех- или четырехгранных ног и двух подкосов. Вверху ноги соединяются между собой подкронблочной рамой, на которой монтируется кронблок. Внизу ноги вышки крепятся в опорах вышечного основания. Для предохранения от случайного падения свечей бурильных труб на вышке устанавливаются предохранительные пояса. Вышки А-образного типа по сравнению с вышками башенного типа имеют ряд преимуществ: на их изготовление тратится меньше - металла, они имеют меньшее число деталей, облегчается их монтаж и демонтаж, улучшаются условия работы по затаскиванию труб в буровую и выбросу их на мостки из буровой, а также обзорность в буровой .

Одновременно с монтажом буровой вышки ведут строительство привышечных сооружений. К привышечным относятся следующие сооружения.

1. Редукторный (агрегатный) сарай, предназначенный для укрытия двигателей и передаточных механизмов лебедки. Его пристраивают к фонарю вышки со стороны ее задней панели в направлении, противоположном мосткам. Размеры редукторного сарая определяются типом установки.

2. Насосный сарай для размещения и укрытия буровых насосов и силового оборудования . Насосный сарай строят или в виде пристройки сбоку фонаря вышки редукторного сарая, или в стороне от вышки. В первом случае размеры сарая 5x15 м, во втором - 9x14 м, высота сарая 4,5-5 м.

Стены и крышу редукторного и насосного сараев в зависимости от конкретных условий обшивают досками, гофрированным железом, камышитовыми щитами, резинотканями или полиэтиленовой пленкой.

Использование некоторых буровых установок требует совмещения редукторного и насосного сараев.

3. Приемный мост, предназначенный для укладки бурильных , обсадных и других труб и для перемещения по нему оборудования , инструмента, материалов и запасных частей. Приемные мосты бывают горизонтальные и наклонные. Высота установки приемных мостов регулируется высотой установки рамы буровой вышки, Ширина приемных мостов до 1,5-2 м, длина до 18 м.

4. Система устройств для очистки промывочного раствора от выбуренной по-роды, а также склады для химических реагентов и сыпучих материалов.

5. Ряд вспомогательных сооружений: при бурении на электроприводе - трансформаторные площадки, при бурении на ДВС - площадки, на которых находятся емкости для горюче-смазочных материалов, и т.п.

6. Соцкультобъекты: культбудка, столовая, вагоны-общежития и т. п.

БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ

Буровую лебедку применяют для спуска и подъема бурильной колонны, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной бурильной колонны или медленного ее опускания (подачи) в процессе бурения . Кроме того, в ряде случаев, буровая лебедка используется для передачи мощности от двигателя к ротору, свинчивания и развинчивания труб, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ. Лебедка является одним из основных агрегатов буровой установки.

При подъеме крюка мощность подводится к лебедке от двигателей, а при спуске,наоборот, тормозные устройства должны преобразовывать всю освободившуюся энергию в теплоту.

Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены на подшипниках качения подъемные и трансмиссионные (один или два) валы, ленточный и гидравлический или электрический тормоза и пульт управления. Кроме того, на некоторых лебедках монтируются коробки перемены передач, позволяющие сократить число валов лебедки.

Буровые лебедки оборудуются двумя видами тормозов: ленточными и гидравлическими или электрическими. Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб на весу, регулирования скорости спуска и полного торможения в конце спуска, а также для подачи долота в процессе бурения , если бурят без автомата подачи. Буровые лебедки обычно снабжаются двухленточными тормозами с ручным и пневматическим управлением

ТАЛЕВАЯ СИСТЕМА

Через канатные шкивы кронблока и талевого блока в определенном порядке пропускается стальной талевый канат, один конец которого крепится неподвижно. Другой конец, называемый ходовым (ведущим), крепится к барабану лебедки.

Кронблок представляет собой раму, на которой смонтированы оси и опоры со шкивами. Иногда рама выполняется за одно целое с верхней частью вышки.

Оснастка талевой системы. По мере углубления скважины вес груза, который приходится поднимать или спускать, беспрерывно увеличивается. Так как двигатель для лебедки подбирается исходя из условий подъема или спуска груза максимального веса, то совершенно очевидно, что в процессе бурения скважины он используется неэффективно. Полная мощность его используется только при достижении проектной глубины скважины и то лишь при подъеме первых свечей. Поэтому стремятся подобрать такой полиспастовый механизм, который потребовал бы меньшей мощности. Это достигается применением различных оснасток талевой системы: 2x3; 3x4; 5x6; 6x7.

Буровые крюки и крюкоблоки. Буровые крюки изготовляют в виде отдельных крюков или крюков, соединенных с талевым блоком (крюкоблоки). Они служат для подвешивания при помощи штропов с элеватором бурильной и обсадной колонн в процессе спуско-подъемных 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 двурогие и однорогие крюки. Наличие трех рогов позволяет штропы, подвешенные на боковые рога крюков в начале бурения , не снимать до конца бурения скважины, в результате чего облегчается труд буровой бригады и сокращается время, затрачиваемое на вспомогательные операции.

По способу изготовления крюки бывают коваными, составными, пластинчатыми и литыми.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СПО

Для производства спуско-подъемных операций буровая бригада должна быть оснащена, во-первых, инструментами для захвата и подвешивания колонны труб (элеваторами, клиновыми захватами и т. п.) и, во-вторых, инструментом для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб (машинные ключи, круглые ключи и т. п.).

Инструмент для захвата и подвешивания колонны труб. В качестве такого инструмента применяют элеваторы, клинья и спайдеры (элеваторы с плашечными захватами). Устройства для захвата и подвешивания колонн различаются по размерам и грузоподъемности.

Инструменты для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб.

В качестве такого инструмента применяют различные ключи. Одни из них предназначаются для свинчивания, а другие для крепления и открепления резьбовых соединений колонны, Обычно легкие круговые ключи для предварительного свинчивания рассчитаны на замки одного диаметра, а тяжелые машинные ключи для крепления и открепления резьбовых соединении на два, а иногда и более размеров бурильных труб и замков.

Механические ключи для свинчивания и крепления труб. С целью облегчения труда и ускорения процесса спуска и подъема широко применяют:

1. Стационарные автоматические ключи типа АКБ, полностью механизирующие все операции по свинчиванию и развинчиванию, включая крепление и раскрепление резьбовых соединений, а также вспомогательные операции (подвод-отвод ключа, захват и освобождение трубы), что позволяет ускорить эти работы на 8-10%. Выпускаются автоматические ключи универсальные, в том числе для свинчивания и крепления обсадных труб - АКБУ. Автоматические ключи должны оснащаться моментомером;

2. Подвесные пневматические ключи типа ПБК, механизирующие основные операции по свинчиванию бурильных труб. Применение ключей типа ПБК ускоряет эти работы на 3-5 %.

Основное направление автоматизации спуско-подъемных операции в настоящее время-оснащение буровых установок средствами механизации и управления спуско-подъемом в оптимальном режиме. Под оптимизацией спуско-подъемных операции понимают минимальные затраты на спуско-подъем с учетом ограничений по технологии проводки скважин.

На основе создания ряда механизмов для автоматизации и механизации отдельных операций спуско-подъемных работ в нашей стране создан автомат спуско-подъем а (АСП). Эта установка позволяет комплексно механизировать спуско-подъемные операции. Комплекс механизмов АСП обеспечивает:

1. совмещение во времени спуска и подъема колонны бурильных труб и ненагруженного элеватора с операциями свинчивания и развинчивания свечей, их установку на подсвечник и вынос к центру скважины;

2. механизацию свинчивания и развинчивания замковых соединений свечей;

3. автоматизацию захвата и освобождения колонны бурильных труб элеватором;

4. механизацию установки свечей на подсвечник и выноса их к центру скважины;

5. механизацию смазки резьбовых соединений свечей.

Совмещение операций достигается введением в комплект установки специальной талевой системы и механизмов для расстановки свечей. При наличии этих механизмов буровая лебедка лишь поднимает и опускает колонну труб и порожний элеватор, все операции с отвинченной свечой производятся механизмами для их расстановки. Это позволяет значительно сократить время на спуско-подъемные операции.

БУРОВЫЕ НАСОСЫ

Буровые насосы предназначены для подачи под давлением бурового раствора в скважину. Для бурения применяются только горизонтальные, приводные, поршневые насосы. Используются двух- и трехцилиндровые буровые насосы.

Нагнетательный трубопровод предназначен для подачи бурового раствора от насоса к напорному буровому рукаву. Нагнетательный трубопровод состоит из горизонтального и вертикального (стояка) участков. На горизонтальном участке трубопровода монтируются патрубки для присоединения к насосам, патрубки для обвязки противовыбросового оборудования , магистральные и пусковые задвижки и патрубок для манометра. Горизонтальный участок трубопровода выполняется с уклоном в сторону насосов для обеспечения отекания бурового раствора через пусковую задвижку, которая устанавливается в самой низкой точке трубопровода.

Стояк - вертикальный участок трубопровода - в верхней части имеет горловину с фланцем для присоединения бурового шланга, а в нижней части - патрубок с задвижкой для присоединения промывочных агрегатов и патрубок для манометра.

В процессе эксплуатации буровых насосов в нагнетательном трубопроводе может создаться давление, превышающее допустимое. Это может привести к разрыву напорной линии и самого насоса и к травмированию обслуживающего персонала.

Для предупреждения аварий такого рода на каждом буровом насосе монтируется специальное устройство, в которое вставляется предохранитель - тарированная на определенное давление пластина. Это устройство соединяется со сливной трубой, через которую при разрыве предохранительной пластины буровой раствор отводится в приемную емкость.

СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Под силовым приводом понимается комплексное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии или энергии топлива в механическую и обеспечивающее управление преобразованной механической энергией.

Основные элементы силового привода - двигатель, передаточные устройства (механизмы) от него к исполнительному механизму и устройства системы управления.

Привод основных исполнительных механизмов буровой установки (лебедки, буровых насосов, ротора) называется главным приводом. В зависимости от вида двигателя и типа передачи он может быть электрическим, дизельным, дизель-гидравлическим, дизель-электрическим и газотурбинным . Наиболее широко применяются в современных буровых установках электрический, дизельный, дизель-гидравлический, дизель- электрический приводы.

Основные преимущества электрического привода переменного тока - его относительная простота в монтаже и эксплуатации , высокая надежность, экономичность. В то же время буровые установки с этим типом привода можно использовать лишь в электрифицированных районах.

Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Основной недостаток ДВС - отсутствие реверса, поэтому необходимо специальное устройство для получения обратного хода. ДВС типа дизель допускают перегрузку не выше 20%.

Дизель-гидравлический привод состоит из ДВС и турбопередачи. Турбопередача - это промежуточный механизм, встроенный обычно между дизелем и трансмиссией. Применение турбопередачи обеспечивает: плавный подъем груза на крюке; работу двигателя, если нагрузка на крюке больше той, которую сможет преодолеть ДВС, в этом случае двигатель будет работать при пониженных, но вполне устойчивых частотах вращения; большую долговечность передачи.

Наибольшим преимуществом обладает привод от электродвигателей постоянного тока, в конструкции которого отсутствуют громоздкие коробки перемены передач, сложные соединительные части и т. п. Электрический привод постоянного тока имеет удобное управление, может плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА

Приготовление буровых растворов может осуществляться в механических мешалках и гидравлических смесителях.

В настоящее время в отечественной практике для приготовления буровых растворов широко применяются порошкообразные материалы. Для приготовления буровых растворов из этих материалов используют следующее оборудование : блок приготовления раствора (БПР), выносной гидроэжекторный. смеситель, гидравлический диспергатор, емкости ЦС, механические и гидравлические перемешиватели, поршневой насос.

БПР представляет собой единый транспортабельный блок, на раме которого смонтированы две цилиндрические телескопические емкости, состоящие из общего нижнего основания, на котором установлены неподвижные части емкости, и верхней подвижной части. Обе части емкости соединены между собой уплотнением из резинотканевой материи.

В целом ряде случаев буровой раствор приготовляется при помощи механической мешалки (глиномешалки). В механических глиномешалках можно приготовить растворы из сырых глин, глинобрикетов и глинопорошков.

Более эффективны, чем глиномешалки, фрезерно-струйные мельницы. Фрезерно-струйная мельница представляет собой металлическую емкость, разделенную перегородкой на две части: приемный бункер и метательную камеру с лопастным ротором. Комовая глина загружается в бункер, куда подается вода. Лопастной ротор измельчает и выбрасывает глину вместе с водой на диспергирующую рифленую плиту, где происходит интенсивное диспергирование глины.

Очистка промывочной жидкости от обломков выбуренной породы (шлама). Буровой раствор, выходящий на поверхность из скважины, может быть вновь использован, но для этого он должен быть очищен от обломков выбуренной породы (шлама).

Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко и маслоотделители), сепараторы, центрифуги. В составе циркуляционной системы все эти механические устройства должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения бурового раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина - газовый сепаратор- блок грубой очистки от шлама (вибросита) -дегазатор-блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор)-блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель)-буровые насосы - скважина.

Для очистки буровых растворов, как обязательная, принята трехступенчатая система.

Вибросита. Очистка бурового раствора от шлама с помощью вибрационных ситмеханический процесс, в котором частицы отделяются с помощью просеивающего устройства.

Гидроциклонные шламоотделители. Буровой раствор подается насосом в гидроциклон. Под влиянием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии и по конусу гидроциклона спускаются вниз и сливаются наружу. Чистый буровой раствор концентрируется в центральной части гидроциклона и сливается в приемный резервуар.

МАЛАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ

К малой механизации относятся машинные ключи, элеваторы, доска отворота долота, крючки (для подвода и отвода труб).

Элеватор служит для захвата и удержания на весу колонны бурильных (обсадных) труб при спуско-подъемных операциях и других работах на буровой. Применяют элеваторы различных типов, отличающиеся размерами в зависимости от диаметра бурильных или обсадных труб, грузоподъемностью, конструктивным исполнением и материалом для их изготовления.

Элеватор при помощи штропов подвешивается к подъемному крюку.

Клинья для бурильных труб используют для подвешивания бурильного инструмента в столе ротору Они вкладываются в конусное отверстие между трубой и вкладышами ротора. Применение клиньев ускоряет работы по спуско-подъемным операциям. В последнее время широко используются автоматические клиновые захваты с пневматическим приводом - ПКР (в этом случае клинья в ротор вставляются не вручную, а при помощи специального привода, управление которым вынесено на пульт бурильщика).

Клинья для обсадных труб (элеваторы с плашечными захватами). Для спуска тяжелых обсадных колонн применяют клинья с неразъемным корпусом. Клинья устанавливают на специальных подкладках над устьем скважины. Клин состоит из массивного корпуса, воспринимающего вес обсадных труб.

Машинные ключи. Операция крепления и открепления резьбовых соединений бурильных и обсадных колонн осуществляется двумя машинными ключами, при этом один ключ (задерживающий) - неподвижный, а второй (завинчивающий) - подвижный.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (КИП)

К КИП относятся: манометры (МБГ-1), гидравлический и электрический индикаторы веса (ГИВ-6 и МКН-1), датчик для измерения крутящего момента на роторе (ДКМ), уровнемер (УП-11М), тахометры (используются для определения частоты вращения силового привода), расходомеры (РГР-7), приборы для определения свойств промывочной жидкости.

Нагрузку на забой определяют как разницу между весом буровой колонны, когда инструмент чуть приподнят над забоем, и весом ее во время бурения . Вес буровой колонны измеряют индикатором веса по натяжению неподвижного конца талевого каната.

Разработаны и находят применение в практике гидравлические и электрические индикаторы веса.

Гидравлические индикаторы выпускают на пределы измерения 40-80 кН, 120-180 кН и 200-250 кН. Трансформаторы давления градуируют с канатами определенного диаметра. Основная приведенная погрешность составляет ±2,5%.

Гидравлические индикаторы веса просты по конструкции, несложны в эксплуатации, однако не позволяют производить дистанционные измерения и регистрацию параметров, часто нарушается герметичность измерительных систем.

Электрические индикаторы веса также измеряют вес бурового инструмента и давление на забой по нагрузке в «мертвом» конце талевого каната. В их состав входят датчик с преобразователем и вторичный прибор.

Предел измерения нагрузки электрическим индикатором веса - до 250 кН, погрешность измерения - 2,5%.

Крутящий момент на роторном столе контролируют по силе, передаваемой ротором подроторному основанию. Крутящий момент измеряют независимо от направления вращения ротора и натяжения цепной передачи. Крутящий момент роторного стола, приводящий во вращение колонну труб с инструментом, измеряют по изменению натяжения цепной передачи датчиком ДКМ, который устанавливают под ведущей вет-

вью цепи привода роторного стола. Один из важнейших параметров режима промывки скважины - расход бурового раствора. Для измерения расхода разработаны различные устройства. На практике наиболее широко применяют индукционный расходомер РГР-7, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции.

Контроль за давлением бурового раствора имеет существенное значение. Изучение давления в нагнетательной системе буровой установки позволяет судить о работе насосов и всей циркуляционной системы, эффективности промывки скважины, сигнализирует о возможных осложнениях.

Для контроля давления бурового раствора на выкиде насоса используют механические и электрические манометры. Наиболее широкое применение нашел манометр буровой геликсный МБГ-1, принцип действия которого основан на преобразовании измеряемого давления в угол поворота бесконтактного сельсина-датчика с последующей дистанционной передачей показаний.

Для непрерывного измерения уровня бурового раствора в приемной емкости буровых насосов и выдачи светового и звукового сигналов аварии при отклонении уровня от установленного служит уровнемер УП-11М, состоящий из двух датчиков (поплавкового типа) уровня, переключателя, регистратора, сигнальной сирены. Прибором можно измерять уровень до 0,9 м, основная приведенная погрешность его измерения составляет ± 6%.

К наиболее важным параметрам, характеризующим буровой раствор, относится плотность. От плотности зависит давление на пласты, образующие стенки скважины, перенос энергии от насоса к забойному двигателю (турбобуру), размыв породы на забое и т. д.

Устройства для измерения, плотности жидкости - плотномеры по принципу действия делят на гравитационные (АВП-1), в которых взвешивается определенный объем жидкости; гидростатические, измеряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические); поплавковые; радиоактивные (ПЖР-5), основанные на принципе поглощения радиоактивного излучения; резонансные (вибрационные), в которых используется частота собственных колебаний твердых тел в исследуемой среде. В гравитационных плотномерах чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема, через которую непрерывно протекает контролируемая жидкость. Приращение массы чувствительного элемента пропорционально изменению плотности.

К основным характеристикам буровых растворов относят реологические показатели (параметры): предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, эффективную и пластическую вязкость.

При нормальной температуре предельное статическое напряжение сдвига измеряют прибором СНС-2, который состоит из измерительной части и привода, смонтированного на прямоугольной плите.

Для измерения предельных статического и динамического напряжении сдвига и эффективной и пластической вязкости предназначены ротационные вискозиметры ВСН-2 и ВСН-3. ВСН-2 применяют для исследования свойств бурового раствора при повышенных температурах (до 200° С) и давлениях (до 15 МПа).

Ротационный вискозиметр ВСН-3 предназначен для измерения пластической вязкости, предельных динамического и статического напряжений сдвига буровых растворов при атмосферном давлении и температуре до 373о К. Прибор применяют кк в промысловых, так и в лабораторных условиях.

Для исследования буровых растворов при высоких температурах и давлениях применяют высокотемпературный реометр. Реометр позволяет определить предельное статическое напряжение сдвига в диапазоне от 60 до 200 Па. Максимальная температура нагрева исследуемого раствора 300° С, максимальное рабочее давление 15 МПа.

От интенсивности водоотдачи буровых растворов и, следовательно, от коркообразования зависят степень изменения объема склонных к набуханию горных пород и сужения ствола, образование осыпей, следствием чего могут быть затяжки и прихваты бурильного инструмента, снижение коллекторских свойств продуктивных пластов в приствольной зоне, приводящее к снижению их нефтеотдачи , качества цементирования скважин.

Разработаны различные методы и устройства для измерения водоотдачи в статическом и динамическом режимах. Все устройства включают емкость для бурового раствора и фильтр и позволяют создавать перепады давления на фильтрующем элементе.

Для измерения статической водоотдачи при нормальных условиях используют устройство ВМ-6. Прибор типа УИВ-2 предназначен для измерения статической водоотдачи буровых растворов при 250° С и перепадах давления до 5 МПа.

Существуют методы и устройства для установления общего содержания газа в буровом растворе и устройства для определения компонентного состава газа . К первой группе можно отнести метод, основанный на естественной дегазации жидкости при пятикратном разбавлении водой, и устройства ВГ-1, ВГ-2. ВГ-1 позволяет определить как содержание газа , так и водоотдачу бурового раствора.

Ко второй группе устройств относятся полуавтоматические приборы контроляпараметров растворов, автоматический детектор газа , автоматический прибор, установки для газометрических работ при бурении скважины.

Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения ;

1 - долото; 2 - гидравлический забойный двигатель (при роторном бурении не устанав ливается); 3- бурильная труба; 4 - бурильный замок; 5 - лебедка; б - двигатели лебедки и ротора; 7 - вертлюг; 8 - талевый канат; 9 - талевый блок; 10 - крюк; 11 - буровой шланг; 12 - ведущая труба; 13 - ротор; 14 - вышка; 15 - желоба; 16 - обвязка насоса; 17 - буровой насос; 18 - двигатель насоса; 19 - приемный резервуар (емкость).

Владимир Хомутко

Время на чтение: 10 минут

А А

Состав комплекса буровой установки для бурения нефтяных скважин

Буровая вышка

Основными элементами современной буровой установки являются:

вышечный блок;
блок насосного оборудования;
силовые приводы;
блок для приготовления ;
блок очистки бурового раствора (часто совмещен с предыдущим блоком);
оборудование для бурения:

ротор;
вертлюг;
талевый механизм;
буровая лебедка;
насосы;
силовой привод и так далее.

буровые сооружения:

буровая вышка;
комплект оснований;
укрытия сборно-разборного или каркасно-панельного типа;
комплект стеллажей;
приемные мостки.

устройство для регулировки подачи долота;
механизмы, позволяющие автоматизировать спусковые и подъемные операции;
клиновой пневматический захват для труб;
буровой автоматический ключ;
вспомогательная лебедка;
пневматический раскрепитель;
краны для проведения ремонта;
пульт для контроля за процессами бурения;
управляющие посты.

оборудование, обеспечивающее приготовление, регенерацию и очистку буровых растворов:

устройство для приготовления раствора;
комплект вибросит;
отделители ила и песка;
подпорные насосы;
комплект емкостей для буровых растворов, воды и химреагентов.

манифольд:

блочная нагнетательная линия;
запорные устройства дроссельного типа;
буровой рукав.

оборудования, обеспечивающее обогрев элементов буровой установки:

теплогенераторы;
радиаторы отопления;
коммуникации, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя.

Основное назначение вышечного блока:

подвешивание талевой системы и крепящихся к ней бурильных труб;
размещение оборудования, обеспечивающего спуск и подъем насосно-компрессорных, обсадных и бурильных элементов трубных колонн;
размещение устройств, обеспечивающих подачу и вращение бурового инструмента.

В блоке силового привода размещаются дизельные или электрические силовые установки, компрессоры, редуктора и коробки передач.

В насосном блоке расположены насосные установки вместе со своими силовыми агрегатами.

В состав блока для приготовления и последующей регенерации буровых растворов входят:

емкости для приема и хранения бурового раствора, как для находящегося в процессе рабочей циркуляции, так и для создания необходимого запаса этой жидкости;
устройства, обеспечивающие приготовление раствора:
глиномесительное оборудование;
БПР (блок приготовления раствора) и так далее.

очистительное оборудования для регенерации бурового раствора:
комплект вибросит;
отделители ила и песка;
дегазационные устройства;
отстойники.

Комплекс, обеспечивающий спуск и подъем оборудования на скважине, является механизмом полиспастного типа, и включает в себя следующие основные элементы:

кронблок;
подвижный талевый блок;
буровая лебедка;
механизм крепления конца каната (неподвижного);
сам стальной канат, который обеспечивает гибкую связь между двумя предыдущими устройствами.

Кронблок монтируется в верхней части буровой вышки. Подвижный конец каната закрепляется на барабане буровой лебедки, а его неподвижный конец посредством механизма крепления закрепляется у основания вышки. На талевый блок вешается крюк, за который при помощи строп подвешивают или вертлюг, или элеватор для спуска/подъема трубных колонн. На современных спуско-подъемных комплексах крюк и талевый блок, как правило, объединяют в единый механизм, называемый крюкоблоком.

Конструкция нефтяных буровых установок

Технологический инструмент, применяемый при бурении скважин

Понятие «буровой инструмент» объединяет в себе все приспособления и механизмы, которые используются для бурения скважин и шпуров, а также при работах по ликвидации возникающих аварийных ситуаций. По своему назначению буровой инструмент делится на:

технологический;
специальный;
аварийный;
вспомогательный.

Конструктивные особенности и номенклатура бурового инструмента меняются в зависимости от:

области применения (какие скважины бурят – геологоразведочные, взрывные, эксплуатационные, нагнетательные и так далее);
способа бурения;
диаметра скважины;
характеристик разбуриваемых пород.

При помощи технологического инструмента непосредственно осуществляется бурение, которое заключается в разрушении горных пород и транспортировке на поверхность их разрушенных остатков. Такой инструмент еще называют породоразрушающим или забойным.

В его состав входят:

долота и коронки;
кернорватели;
различные виды труб (колонковые, шламовые, бурильные трубы (обычные и утяжеленные);
комплект переходников;
набор сальников и так далее.

Строение углеводородных месторождений нефти и газа представлено в основном горными породами осадочного вида.

Основные физико-механические свойства таких пород, которые непосредственно влияют на буровой процесс:

упругость;
пластичность;
твердость;
сплошность;
абразивность.

Основным породоразрушающим инструментом, обеспечивающим бурение скважин, является долото.

По принципу действия, с помощью которого происходит разрушение породы, долота подразделяются на следующие виды:

режуще-скалывающие – разрушение породы происходит при помощи лопастей, наклоненных в сторону вращения инструмента (используются при бурении мягких горных пород);
дробяще-скалывающие – порода разрушается либо зубьями, либо штырями, размещенными на шарошках; шарошки вращаются вокруг как вокруг оси долота, так и вокруг собственной оси; в процессе вращения долота, помимо дробящего воздействия штырей или зубьев, в процессе их проскальзывания по забою порода также скалывается (срезается) породу, что значительно повышает эффективность бурового процесса;
истирающе-режущие – разрушение породы производится при помощи алмазных зерен или твердосплавных штырей, которые расположены на торцах долота или на лопастных кромках этого инструмента; такие долота применяют при бурении среднетвердых пород неабразивного типа и твердых горных пород; лопастные долота, армированные штырями из твердых сплавов или алмазными зернами, используются для разбуривания пород, которые перемежаются по твердости и абразивности.

Лопастные виды долот

В зависимости от типа своей конструкции, а также от оснащенности твердосплавными элементами, долота лопастного типа используют при бурении:

мягких пород;
пород средней твердости;
мягких пород, в которых есть малоабразивные средние пропластки;
при необходимости разбурить цементные пробки или металлические детали нижней части обсадных трубных колонн;
при необходимости расширения скважинного ствола.

В настоящее время на практике применяются следующие виды лопастных долот:

двухлопастные с проточной промывкой (диаметр варьируется от 76-ти до 165,1 миллиметра);
трехлопастные с проточным или гидромониторным видом промывки (диаметры – от 120,6 до 469,9 миллиметров);
трехлопастные долот с истирающе-режущим принципом действия с проточной промывкой или промывкой с помощью гидромонитора (диаметр – от 190,5 до 269,9 миллиметров);
шестилопастные истирающе-режущие долота с двумя типами промывки (диаметр – от 76-ти до 269,9 миллиметров);
пикообразные с проточной промывкой (диаметр – от 98,4 до 444,5 миллиметров).

В настоящее время промышленность производит такие типы долот лопастного вида (к пикообразным – не относится):

долота для бурения мягких пород (литера М);
для мягких пород со среднетвердыми пропластками (МС);
для абразивных мягких абразивных пород со среднетвердыми пропластками (МСЗ);
для среднетвердых пород (С);

Пикообразные лопастные долота бывают двух видов:

применяемые для расширения скважинного ствола (литера Р);
для разбуривания металлических элементов и цементных пробок в нижней части обсадной колонны (Ц).

Как в нашей стране, так и во многих зарубежных нефтегазодобывающих странах бурение газовых и нефтяных, как правило, производится при помощи шарошечных долот с шарошками конической формы. Долота шарошечного типа используются для производства сплошного бурения скважин самого разного назначения (добывающих, разведочных, нагнетательных и так далее). Очистка забоя при использовании таких долот производится либо при помощи сжатого воздуха, либо промывочными растворами.

Долото шарошечное буровое d=76-490 мм

Если сравнивать такой инструмент с описанным выше лопастным, то он имеет ряд несомненных преимуществ, а именно:

площадь непосредственного контакта с забоем у долот с шарошками гораздо меньше, чем у долот лопастного типа, однако общая длина их рабочих кромок гораздо больше, что дает возможность существенно повысить эффективность бурового процесса;
шарошки по забою перекатываются, а лопасти – скользят, поэтому износостойкость шарошечных долот гораздо выше, чем лопастного инструмента;
из-за того, что шарошки по забою перекатываются, потребляемый инструментом крутящий момент относительно мал, что сводит к минимуму возможность заклинивания шарошечных долот.

Изготовление долот шарошечного типа регламентировано ГОСТ-ом номер 20692-75.

Согласно этому нормативному документы, такой инструмент выпускают в трех исполнениях – одно-, двух- и трехшарошечные долота. Самыми распространенными являются трехшарошечные инструменты.

По критерию конструкции и расположения на инструменте продувных и промывочных каналов, такие долота делятся на:

долота с центральной промывкой (литера Ц)
с центральной продувкой (П);
с боковой промывкой гидромонитором (Г);
с боковой продувкой (ПГ).

Алмазные бурильные долота

Алмазный буровой инструмент представляет собой твердосплавную алмазонесущую рабочую матрицу в стальном корпусе, который оборудован внутренней присоединительной замковой резьбой конусного вида.

Такой буровой инструмент различается по форме рабочей матрицы, по качественным характеристикам используемых алмазов, а также по применяемых промывочным системам.

Твердосплавную алмазонесущую матрицу алмазного долота изготавливают методами порошковой металлургии из металлических порошков.

Такие металлосодержащие порошки хорошо удерживают алмазы и дают возможность изготавливать рабочие матрицы с разной твердостью и износостойкостью. Наилучшими показателями по таким качественным характеристикам, как прочность, износостойкость и теплопроводность, обладают алмазные матрицы на основе вольфрама.

При изготовлении бурильных головок алмазного бурового инструмента применяются так называемые технические алмазы массой от 0,05 до 0,34 карата. При производстве такого долота, к примеру, диаметром 188 миллиметров, расходуется от 400 до 650 карат (от двух до двух с половиной тысяч алмазных зёрен).

Бурильные головки алмазных долот изготавливаются в двух модификациях:

однослойные (типы КР. КТ, ДР, ДТ т ДК), на которых алмазные зерна размещены в поверхностном слое рабочих кромок металлических матриц по определённым схемам;
импрегнированные (тип ДИ)Ю на которых мелкие алмазные зерна распределены равномерно по всей матрице.

с радиальным расположением каналов и с наружной поверхностью биконического вида (ДР);

с напорным каналом и с тораидальными выступами (ДК);

с синтетическим типом размещения алмазных зерен (С);

с импрегированными алмазными зернами (И);

лопастные (ДЛ);

с внутренним конусом (ДВ);

импрегированные с заостренными торцами лопастей (ДИ);

универсальные (ДУ).

Такой породоразрушающий инструмент применяется при бурении глубоких (более трех километров) скважин. Стойкость алмазного инструмента по сравнению с шарошечным выше в 20- 30 раз.

В качестве таких силовых установок в процессе бурения используются турбобуры, электробуры и винтовые двигатели, которые ставятся сразу над долотом.

Турбобур представляет собой многоступенчатую турбину с количеством ступеней до 350. В состав каждой ступени входит жестко соединенный с корпусом статор и закрепленный на валу устройства ротор. Стекая по лопаткам статора, поток жидкости воздействует на роторные лопатки, тратя часть энергии на получение вращательного момента.

Затем этот поток вновь натекает на статорные лопатки, и процесс повторяется. Несмотря на то, что каждая отдельная ступень турбобура способна развивать небольшой крутящий момент, из-за их большого количества суммарной мощности, подаваемой на вал устройства, вполне достаточно для бурения горных пород с высокой твердостью.

При таком способе бурения рабочей жидкостью выступают промывочные растворы, поступающие с поверхности к турбобуру через бурильную колонну. Долото жестко прикреплено к валу турбобура и вращается независимо от колонны буровых труб.

Бурение с использованием электробура подразумевает подачу электрической энергии на электродвигатель посредством укрепленного внутри буровой колонны кабеля. При таком методе производства работ вращается только вал двигателя с закрепленным на нем долотом, а корпус устройства и бурильная колонна – неподвижны.

Основные элементы конструкции двигателя винтового типа – это ротор и статор.

Внутренняя поверхность стального корпуса статора покрыта слоем специальной резины и имеет форму винтовой многозаходной поверхности. Ротор, изготовленный также из стали, в свою очередь, имеет форму многозаходного винта, количество винтовых линий которого меньше на одну, чем у поверхности статора.

Ротор размещается в статоре с эксцентриком. Эксцентрик, а также разница количества статорных и роторных винтовых линий позволяют контактирующим поверхностям образовывать ряд шлюзов (замкнутых полостей) – шлюзов между камерами высокого давления у верхнего конца, с пониженным значением давления у нижнего шлюза. Этими шлюзами перекрывается свободное движение через двигатель подаваемой жидкости, что позволяет создавать в шлюзах с помощью жидкостного давления передаваемый долоту вращательный момент.