Буровые установки глубокого бурения
Скважину бурят при помощи буровой установки, представля-ющей собой сложный комплекс машин, механизмов, аппарату-ры, металлоконструкций, средств контроля и управления, распо-ложенных на поверхности.
В комплект буровой установки входят: вышка для подвешива-ния талевой системы и размещения бурильных труб, оборудова-ние для спуска и подъема инструмента, оборудование для подачи и вращения инструмента, насосы для прокачивания промывочной жидкости, силовой привод, механизмы для приготовления и очи-тки промывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механизации спускоподъемных операций (СПО), контрольно-измерительные приборы и вспомогательные устройства. В комплект установки входят также металлические основания, на которых монтируется и перевозится оборудование.
Различные условия и цели бурения при наличии большого разнообразия глубин и конструкций скважин не могут быть удовлетворены одним типоразмером буровой установки, поэтому отечественная промышленность (ОАО «Уралмаш» и ОАО «Волгоградский вой техники») выпускает ряд буровых установок (БУ).
ОАО «Уралмаш» выпускает комплектные буровые установки и наборы бурового оборудования (НБО) для бурения нефтяных и газовых скважин глубиной 2500... 8000 м с дизельными(Д) и дизель-гидравлическим (ДГ) приводами, электрическим приводом переменного тока (Э) и регулируемым (тиристорным) электроприводом постоянного тока (ЭР) с питанием от промышленных сетей, а также от автономных дизель-электрических станций (ДЕ).
Волгоградский завод буровой техники (ВЗБТ) производит комплектные буровые установки для бурения нефтяных и газовых скважин глубиной 1000...3500 м с дизельным (Д) и дизель-гидравлическим (ДГ) приводами, электрическим при-водом переменного тока (Э) и регулируемым (тиристорным) электроприводом постоянного тока (ЭП) с питанием от промышленных сетей, а также от автономных дизель-электричес-ких станций (ДЭП).
Буровую установку для бурения конкретной скважины или груп-пы скважин выбирают по допускаемой нагрузке на крюке, кото-рую не должна превышать масса (в воздухе) наиболее тяжелой обсадной колонны.
Использование установок более высокого класса, чем это тре-буется по конструкции скважины, нерационально, так как, не давая существенного повышения скорости бурения, это приводит к увеличению стоимости работ. При выборе типоразмера и модели установки данного класса следует учитывать конкретные геоло-гические, климатические, энергетические, дорожно-транспорт-ные и другие условия бурения. В соответствии с этим выбирается тип привода (дизельный, электрический и т.д.), а также схема монтажа и транспортировки буровой установки. Каждая буровая установка характеризуется схемами транспортирования, монта-жа и монтажно-транспортной базой. Установки для бурения сква-жин на нефть и газ подразделяются на самоходные и несамоход-ные. В странах СНГ бурение на нефть и газ осуществляется в основ-ном несамоходными буровыми установками.
Для несамоходных буровых установок характерны следующие три метода монтажа и транспортировки: агрегатный (индивиду-альный), мелкоблочный и крупноблочный.
Агрегатный метод заключается в индивидуальной транс-портировке и монтаже каждого агрегата установки и применя-ется, как правило, при ее первичном монтаже. Для повторного и последующего монтажа агрегатным способом установку разби-рают на агрегаты и узлы и перевозят на универсальном транспорте на новую точку бурения, где вновь монтируют оборудование и сооружения. Этот метод связан с большим комплексом трудоемких работ (строительных, плотничных, слесарных, подсобно-вспомогательных и др.), выполняемых при разборке и монтаже буровых установок на новом месте, что вызывает увеличение сроков монтажа. Поэтому агрегатный метод в настоящее время применяется редко, в основном при бурении опорных скважин, монтаже буровых установок большой грузоподъемности и при перевозке установок на большие расстояния.
Мелкоблочный метод заключается в том, что агрегаты и узлы установки перевозят и монтируют на металлических ос-нованиях. Такое основание со смонтированным на нем каким-либо узлом установки составляет мелкий блок (секцию-модуль). Число таких блоков определяется конструкцией установки, ус-ловиями разработки месторождения и географическими условиями. Обычно буровая установка расчленяется на 15...20 мел-ких блоков, габаритные размеры и масса которых позволяют пе-ревозить их на универсальном транспорте, а в труднодоступных районах -- на вертолетах.
Этот метод монтажа буровых установок широко применяют в разведочном бурении, а в некоторых районах и в эксплуатацион-ном бурении, когда из-за сложных природно-географических ус-ловий невозможно перевозить установки крупными блоками.
Крупноблочный метод заключается в перевозке агрега-тов и узлов установки крупными блоками на специальном транс-порте (тяжеловозах, подкатных тележках на гусеничном или пневмоколесном ходу), установке блоков на фундаменты и соедине-нии коммуникаций между ними. При этом буровую установку расчленяют на два-три блока массой по 60... 120 т. Крупный блок состоит из металлического основания, перевозимого на специ-альных транспортных средствах, и смонтированных на нем агре-гатов и узлов буровой установки, кинематически связанных меж-ду собой. При перевозке таких блоков практически не нарушают-ся кинематические связи узлов установки и коммуникаций, не демонтируются укрытия, что позволяет исключить трудоемкие работы, выполняемые при других методах монтажа, такие как строительные, плотничные, слесарные и ряд подсобно-вспомога-тельных. Применение крупных блоков позволяет сократить сроки монтажа буровых установок до минимума. Однако промышленное обустройство нефтяных площадей, наличие линии высоковольт-ной передачи, железных и шоссейных дорог, а также ограниче-ния, налагаемые охраной земельных угодий, снижают возможно-сти применения этого способа, особенно в центральных районах страны. В то же время обычный и мелкоблочный методы монтажа буровых установок занимают много времени и резко снижают про-изводительность буровых установок.
Промышленностью выпускаются буровые установки, изготов-ленные так, что они могут перевозиться в зависимости от местных условий различными способами. Эти установки называются установками универсальной монтажеспособности.
Буровые вышки и оборудование для спуска и подъема бурильной колонны
Процесс бурения сопровождается спуском и подъемом бурильной колонны в скважину, а также поддержанием ее на весу. Масса инструмента, с которой приходится при этом оперировать достигает многих сотен килоньютонов. Для того чтобы уменьшить нагрузку на канат и снизить установочную мощность двигателей применяют подъемное оборудование (рис. 2.2), состоящее из вышки, буровой лебедки и талевой (полиспастовой) системы. Талевая система, в свою очередь, состоит из неподвижной части -- кронблока (неподвижные блоки полиспаста), устанавливаемого наверху фонаря вышки, и подвижной части -- талевого блока (подвижно-го блока полиспаста), талевого каната, крюка и штропов. Подъем-ное оборудование является неотъемлемой частью всякой буровой установки независимо от способа бурения.
Буровая вышка предназначена для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной ко-лонны на весу во время бурения, а также для размещения в ней талевой системы, бурильных труб и части оборудования, необхо-димого для осуществления процесса бурения. Буровые вышки раз-личаются по грузоподъемности, высоте и конструкции Буровые вышки для буровых установок завода «Уралмаш» изготавливаются следующих типов Наиболее серьезной опасностью при работе на буровых вышках является частичное или полное их разрушение. Основная причина, приводящая к падению или разрушению вышек -- недостаточный надзор за их состоянием в процессе длительной эксплуатации. По этим причинам были введены изменения в правилах безопасности предусматривающие обязательные периодические проверки вышек, в том числе с полной разборкой и ревизией их деталей, а также испытания с нагружением вышек в собранном виде.
Кроме того, вышка должна подвергаться тщательному осмотру проверке каждый раз до начала буровых работ, перед спуском обсадных колонн, освобождением прихваченной бурильной или обсадной колонны, при авариях и после сильных ветров (15 м/с для открытой местности, 21 м/с для лесной и таежной местности, а также когда вышка сооружена в котловане). Вышки мачтового типа монтируются в горизонтальном положении, а затем подни-маются в вертикальное положение при помощи специальных уст-ройств. Транспортировка вышки осуществляется в собранном виде вместе с платформой верхового рабочего в горизонтальном поло-жении на специальном транспортном устройстве. При этом тале-вая система не демонтируется вместе с вышкой. При невозможно-сти из-за условий местности транспортирования вышки целиком она разбирается на секции и транспортируется частями универ-сальным транспортом.
В практике бурения кроме вышек мачтового типа продолжают использоваться вышки башенного типа, которые собираются ме-тодом сверху--вниз. Перед началом монтажа на вышечном осно-вании монтируют подъемник. После окончания сборки вышки подъемник демонтируют.
Одновременно с монтажом буровой установки и установкой вышки ведут строительство привышечных сооружений. К ним относятся следующие сооружения.
1. Редуктор (агрегатный) сарай, предназначенный для укрытия двигателей и передаточных механизмов лебедки. Его пристраивают к вышке со стороны её задней панели в направлении, противоположном мосткам. Размеры редукторного сарая определяются типом установки.
2. Насосный сарай для размещения и укрытия буровых насосов и силового оборудования. Его строят либо в виде пристройки сбоку фонаря вышки редукторного сарая, либо отдельно в стороне от вышки. Стены и крышу редукторного и насосного сараев в зависимости от конкретных условий обшивают досками, гофрированным железом, камышитовыми щитами, резинотканями или полиэтиленовой плёнкой. Использование некоторых буровых установок требуется совмещение редукторного и насосного сараев.
Приемный мост, предназначенный для укладки бурильных обсадных и других труб и 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.
Система устройств для очистки промывочного раствора выбуренной породы, а также склады для химических реагентов и сыпучих материалов.
Ряд вспомогательных сооружений при бурении: на электроприводе -- трансформаторные площадки, на двигателях внутрен-него сгорания (ДВС) -- площадки, на которых находятся емкости для горючесмазочных материалов и т. п.
Объекты соцкультбыта: столовая, вагоны-общежития и т.п.
Буровые лебедки и талевая система.
Инструменты для свинчивания и развинчивания БТ.
Буровую лебедку применяют для спуска и подъема бурильной колонны, спуска обсадных колонн, удерживания на весу неподвиж-ной бурильной колонны или медленной ее подачи в процессе буре-ния. В ряде случаев буровая лебедка используется для передачи мощ-ности от двигателя к ротору, свинчивания и развинчивания труб, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ. Лебедка является одним из основных агрегатов буровой установки.
Спуск и подъем бурильных колонн производят много раз. Все операции повторяются сис-тематически в строго определен-ной последовательности, а на-грузки на лебедку при этом но-сят циклический характер. При подъеме крюка мощность подво-дится к лебедке от двигателей, а при спуске, наоборот, тормоз-ные устройства должны преоб-разовывать всю освободившуюся энергию в теплоту. Для лучшего использования мощности во вре-мя подъема крюка с переменной по величине нагрузкой привод-ные трансмиссии лебедки или ее привод должны быть многоскоростными. 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 подъ-ема колонн различной массы осуществляется периодически.
Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установ-лены подъемный и трансмиссионные (один или два) валы на под-шипниках качения, ленточный и гидравлический или электричес-кий тормоза и пульт управления. Кроме того, на некоторых лебед-ках монтируются коробки перемены передачи, позволяющие сократить число валов лебедки. По числу валов буровые лебедки делятся на одно-, двух- и трехвальные. Кинематическая связь между валами лебедок осуществляется посредством цепных передач.
Подъемный вал является основным валом буровой лебедки, а в некоторых и единственным. На нем, кроме звездочек цепной передачи барабан для навивки талевого каната, ленточный тормоз и муфта, соединяющая вал с гидравлическим или электрическим тормозом.
Трансмиссионный и промежуточный (катушечный) валы буровой лебедки осуществляют кинематическую связь между подъемным валом и приводом лебедки. Трансмиссионный вал в ряде случаев используется для передачи вращения ротору и присоединения к лебедке автомата подачи долота. На промежуточном валу, кроме звездочек цепной передачи для передачи вращения подъем-ному валу, монтируют специальные катушки для проведения ра-бот по подтаскиванию грузов и свинчиванию и развинчиванию труб при спускоподъемных операциях. Для выполнения этих работ применяются вспомогательные лебедки и пневматические раскрепители. В результате этого упрощаются конструкции буровой ле-бедки и повышается безопасность работ по подтаскиванию грузов и вспомогательных работ при спускоподъемных операциях.
Пневмораскрепители предназначены для раскрепления замко-вых соединений бурильных труб. Пневмораскрепитель состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень со штоком. Цилиндр с обоих концов закрыт крышками, в одной из которых установлено уплотнение штока. На штоке с противоположной стороны от поршня крепится металлический трос, другой конец которого надевается на машинный ключ. Под действием сжатого воздуха поршень перемещается и через трос вращает машинный ключ. Максимальная сила, развиваемая пневматическим цилиндром при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа, равна 50...70 кН. Ход поршня (штока) пневмоцилиндра 740...800 мм.
Подъём и спуск бурильных труб в целях замены сработавшегося долота состоит из одних и тех же многократно повторяемых операций. Причём к машинам относятся операции подъёма свечи из скважин и порожнего элеватора. Все остальные операции являются машинно - ручными или ручными требующими затрат больших физических усилий.
К ним относятся:
* при подъеме:
посадка колонны на элеватор;
развинчивание резьбового соединения;
установка свечи на подсвечник;
спуск порожнего элеватора;
перенос штропов на загруженный элеватор;
* при спуске:
вывод свечи из-за пальца и с подсвечника;
свинчивание свечи с колонной;
спуск свечи в скважину;
посадка колонны на элеватор;
перенос штропов на свободный элеватор.
Для производства спускоподъемных операций буровая брига-да должна быть оснащена, во-первых, инструментом для захвата и подвешивания колонны труб. В качестве такого инструмента при-меняются элеваторы, клинья и слайдеры (элеваторы с плашечными захватами). Во-вторых, инструментом для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб (машинные, круг-лые ключи и т.п.).
Устройства для захвата и подвешивания колонн различаются по размерам и грузоподъемности. Обычно это оборудование вы-пускается для бурильных труб размером 60, 73, 89, 114, 127, 141, 169 мм с номинальной грузоподъемностью 75, 125, 140, 170, 200, 250, 320 т. Для обсадных труб диаметром от 194 до 426 мм приме-няют клинья четырех размеров: 210, 273, 375 и 476 мм, рассчитан-ные на грузоподъемность от 125 до 300 т.
Элеватор служит для захвата и удержания на весу колонны бу-рильных (обсадных) труб при спускоподъемных операциях и дру-гих работах в буровой. Применяют элеваторы различных типов, отличающиеся размерами в зависимости от диаметра бурильных или обсадных труб, грузоподъемностью, конструктивным использованием и материалом для их изготовления. Элеватор при помощи штропов подвешивается к подъемному крюку.
Клинья для бурильных труб используют для подвешивания бу-рильного инструмента в столе ротора. Они вкладываются в конус-ное отверстие ротора. Применение клиньев ускоряет работы по спускоподъемным операциям. В последнее время широко приме-няются автоматические клиновые захваты с пневматическим при-водом типа ПКР (в этом случае клинья в ротор вставляются не вручную, а при помощи специального привода, управление кото-рым внесено на пульт бурильщика).
Для спуска тяжелых обсадных колонн применяют клинья с не разъемным корпусом. Их устанавливают на специальных подкладках над устьем скважины. Клин состоит из массивного корпуса воспринимающего массу обсадных труб. Внутри корпуса находится плашки предназначенные для захвата обсадных труб и удержания их в подвешенном состоянии. Подъем и опускание плашек осуществляется поворотом рукоятки в ту или другую сторону вокруг клина, что достигается наличием наклонных исправляющих вырезов в корпусе, по которым при помощи рычага перекатываются ролики плашек.
Для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб вменяется специальный инструмент. В качестве такого инструмента используют 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 открепле-ния резьбовых соединений -- на два, а иногда и более размеров бурильных труб и замков.
Операции крепления и открепления резьбовых соединений бу-рильных и обсадных колонн осуществляются двумя машинными ключами; при этом один ключ (задерживающий) -- неподвиж-ный, а второй (завинчивающий) -- подвижный. Ключи подве-шивают в горизонтальном положении. Для этого у полатей на специальных «пальцах» укрепляют металлические ролики и через них перекидывают стальной тартальный канат или одну прядь талевого каната. Один конец этого каната прикрепляется к под-веске ключа, а другой -- к противовесу, уравновешивающему ключ и облегчающему переме-щение ключа вверх или вниз.
На основе создания ряда ме-ханизмов для автоматизации и механизации отдельных опера-ций спускоподъемных работ был создан автомат спуска-подъема. Комплекс механизмов АСП пред-назначен для механизации и ча-стичной автоматизации спуско-подъемных операций. Он обеспечивает:
совмещение во времени подъема и спуска колонны труб и незагруженного элеватора с операциями установки свечей на подсвечник, выноса ее с подсвечника, а также с развинчиванием или свинчиванием свечи колонной бурильных труб;
механизацию установки свечей на подсвечник и вынос их кцентру, а также захват или освобождение колонны бурильных труб автоматическим элеватором.
I
Механизмы АСП располагаются на буровой следующим обра-зом (рис. 2.9). На кронблочной площадке установлены амортиза-тор 2 и верхний блок 1 или кронштейн поворотный 3 механизма подъема, направляющие каната 4 центратора, магазин 5, ниж-ний блок 7 механизма подъема, центратор 6, механизм расста-новки свечей 16, механизм захвата свечей 75, канат механизма подъема 17. На площадке буровой расположены подсвечник 1, блок цилиндров 11 механизма подъема, автоматический буровой ключ 10, ротор 9 с пневматическими клиньями. К талевому бло-ку подвешен автоматический элеватор 8. Пост АСП 13 размешен на площадке подсвечника. Бурильные свечи 14 устанавливаются на подсвечник.
В работе комплекса механизмов типа АСП-ЗМ1, АСП-ЗМ4. АСП-ЗМ5 и АСП-ЗМ6 используются ключ АКБ-ЗМ2 и пневмати-ческий клиновой захват БО-700 (кроме АСП-ЗМ6, для которого применяется захват ПКРБО-700).
При спускоподъемных операциях необходимо соблюдать целый ряд основных положений.
Спускоподъемные операции (скорости спуска и подъема, мо-мент начала подъема, проработки и др.) должны производится в соответствии с режимно-технологической картой (технически проектом на строительство скважины) или указанием бурового мастера, начальника буровой, инженерно-диспетчерской службой руководства Районной инженерно-технической службы (РИТС) или разведки.
Для проведения работ по спуску, подъему и наращиванию бурильной колонны буровая установка должна быть оснащена комплектом механизмов и приспособлений малой механизации. В процессе бурения и после окончания долбления ведущую трубу и первую свечу следует поднимать из скважины на первой скорости. Запрещается раскреплять резьбовые соединения свечей бурильных труб и других элементов компоновки
бурильной колонны при помощи ротора. Также запрещается останавливать вращение колонны бурильных труб включением обратного хода ротора.
При спуске бурильных и утяжеленных бурильных труб в скважину резьбовые соединения следует докреплять машинными и автоматическими ключами, контролируя зазор между соединительными элементами и соблюдая по показаниям моментомера величину допустимого крутящего момента, установленную действующей инструкцией.
При спуске бурильной колонны запрещается включать клино-вой захват до полной остановки колонны.
Посадка бурильной колонны на ротор во время СПО должна производиться плавно без толчков и ударов. При появлении поса-док во время спуска бурильной колонны в этих местах следует производить промывку или проработку ствола скважины Допусти-мые величины посадок и затяжек бурильной колонны зависят от технических и геологических условий и должны определяться в каждом отдельном случае буровым мастером или технологичес-кой службой.
Запрещается работать без приспособления для правильного на-матывания талевого каната на барабан лебедки.
При подъеме из скважины труб и других элементов компоновки колонны наружные поверхности их должны очищаться от остатков бурового раствора с помощью специальных приспособлений
Колонна бурильных, обсадных труб и УБТ, захватываемая пневматическим клиньевым захватом, должна быть составлена с учетом допустимых нагрузок на нее, приведенных в инструк-ции по эксплуатации ПКР. Запрещается во время работы кли-нового захвата находиться на роторе членам буровой бригады, поднимать или спускать колонну труб при неполностью подня-тых клиньях, вращать стол ротора при поднятых клиньях, рабо-тать с деформированными бурильными или обсадными трубами оставлять устье скважины открытым. Необходимо устанавливал устройство, предупреждающее падение посторонних предмете! в скважину.
При вскрытии газоносных и склонных к поглощению буровое раствора пластов спуск и подъем бурильной колонны следует про изводить при пониженных скоростях с целью снижения возмож-ности возникновения гидроразрыва проницаемых горизонтов и вызова притока из пласта.
При подъеме бурильной колонны из скважины следует прой3 водить долив в скважину бурового раствора с теми же показателя ми свойств, что и у раствора, находящегося в ней. Буровой мае (начальник буровой) должен осуществлять проверку спуск подъемных механизмов в соответствии с графиком профилактического осмотра и результаты проверки заносить в специальный журнал. Периодически должна производиться дефектоскопия спускоподъемного оборудования.
Морские буровые установки
В отличие от бурения на суше функциональная схема бурения морской скважины осложняется наличием толщи воды между устьем скважины и буровой установкой.
Выделяют следующие способы бурения скважин на акваториях:
с морских стационарных платформ;
гравитационных морских стационарных платформ;
самоподъемных буровых установок;
полупогружных буровых установок;
буровых судов.
Морская стационарная платформа -- это буровое основание, опирающееся на дно акватории и возвышающееся над уровнем моря. Так как по окончании эксплуатации скважины МСП остается на месте сооружения, то схемой бурения морской скважины в отли-чие от схемы строительства наземной скважины предусмотрено на-личие водоотделяющей колонны, изолирующей скважину от толщи воды и соединяющей подводное устье с буровой площадкой мор-ской стационарной платформы. Устьевое оборудование (превенторы, головки обсадных колонн, устройство для отвода промывочной жидкости из скважины в системы очистки) монтируется также на МСП.
Для буксировки платформы к месту строительства скважины требуется четыре или пять буксиров. Обычно в буксировке МСП участвуют и другие вспомогательные суда (портовые тягачи, суда сопровождения и т.п.).В хорошую погоду средняя скорость букси-ровки составляет
1,5 - 2,0 уз/ч.
Гравитационная морская стационарная платформа -- буро-вое основание, изготовленное из железобетона и стали. Она строится в глубоководных заливах и затем с помощью буксиров доставля-ется на точку бурения эксплуатационных и разведочных скважин. ГМСП предназначена не только для бурения скважин, но и для добычи и хранения нефти до отправки ее танкерами к месту пере-работки. Платформа обладает большим весом, поэтому для удер-жания ее на точке бурения не требуется дополнительных устройств.
После разработки месторождения производится консервация всех скважин, отсоединение установки от устьев скважин, отрыв ее от морского дна и транспортировка на новую точку в пределах данной площади или в другой регион бурения и добычи нефти и газа. В этом заключается преимущество ГМСП перед МСП, кото-рая после разработки месторождения остается в море навсегда.
Самоподъемная плавучая буровая установка обладает дос-таточным запасом плавучести, что имеет большое значение для ее транспортировки на точку бурения вместе с буровым оборудовани-ем, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. На месте бурения с помощью специальных подъемных механизмов и опор устанавливают СПБУ на морское дно. Корпус установки поднимают над уровнем моря на недосягаемую для морских волн высоту. По способу монтажа превенторных устройств и способу соединения буровой площадки с подводным устьем скважины СПБУ аналогична МСП. Для обеспечения надежности эксплуатации сква-жины обсадные колонны подвешивают под столом ротора. По за-вершении бурения и после освоения разведочной скважины уста-навливают ликвидационные мосты и все обсадные колонны обрезают ниже уровня дна моря.
Полупогружная плавучая буровая установка состоит из кор-пуса, который включает в себя собственно буровую площадку с оборудованием и понтоны, соединенные с площадкой стабилизи-рующими колоннами. В рабочем положении на точке бурения пон-тоны заполняются расчетным количеством морской воды и погру-жаются на расчетную глубину под воду; при этом действие волн на платформу уменьшается. Так как ППБУ подвержена качке, то жесткое соединение ее с подводным устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны (райзера) невозможно. Поэтому для предотвращения разрушения связки устье -- ППБУ в составе водоотделяющей колонны предусмотрены телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения ВОК. с плавсредством и подводным устьевым противовыбросовым оборудованием Герметичность подвижных элементов водоотделя-ющей колонны должна обеспечивать изоляцию скважины от мор-ской воды и безопасность работ при допустимых условиях эксплуа-тации.
На точку бурения ППБУ доставляют с помощью буксирных су-дов и удерживают на ней якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. По окончании ее строительства ППБУ снимают с точки бурения и перегоняют на новое место
При строительстве глубоких морских нефтяных и газовых сква-жин используется буровое судно, на котором смонтировано все бу-ровое и вспомогательное оборудование и находится необходимый запас расходного материала Па точку бурения БС идет своим хо-дом; его скорость достигает 13 уз/ч (24 км/ч). Над точкой бурения судно удерживается с помощью динамической системы позицирования, которая включает в себя пять подруливающих винтов и два ходовых винта, постоянно находящихся в работе
Противовыбросовое подводное оборудование устанавливается на морское дно после постановки БС на точку бурения, оно связано с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны с дивертором, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений бурового судна в процессе строительства скважины.
Основным фактором, влияющим на выбор типа плавучих бу-ровых средств, является глубина моря на месте бурения. До 1970 г самоподъемные буровые установки использовались для бурения скважин при глубинах 15--75 м, в настоящее время -- до 120 м и более Плавучие установки полупогружного типа с якорной сис-темой удержания над устьем бурящейся скважины применяются для производства геологоразведочных работ при глубинах аквато-рий до 200--300 м и более.
Буровые суда, благодаря более высокой маневренности и ско-рости перемещения, большей автономности по сравнению с ППБУ, используются при бурении поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубинах акваторий до 1500 м и более. Имеющиеся на судах большие запасы расходных материалов, рас-считанные на 100 дней работы установки, обеспечивают успешное бурение скважин, а большая скорость передвижения судна -- быст-рую их перебазировку с пробуренной скважины на новую точку В отличие от ППБУ для БС имеются большие ограничения в работе в зависимости от волнения моря Так, при бурении вертикаль-ная качка буровых судов допускается до 3,6 м, а для ППБУ -- до 5 м. Так как ППБУ обладает большей остойчивостью (за счет погружения нижних понтонов на расчетную глубину) по сравне-нию с буровыми судами, то вертикальная качка ППБУ составляет 20--30 % от высоты волны. Таким образом, бурение скважин с ППБУ осуществляют при значительно большем волнении моря, чем при бурении с БС. К недостаткам полупогружной плавучей буровой установки можно отнести малую скорость передвижения с пробу-ренной скважины на новую точку.
В мировой практике бурения большое значение уделяется вопросам классификации ПБС. По способу установки над скважи-ной в процессе бурения их подразделяют:
на опирающиеся при бурении на морское дно (плавучие
буровые установки самоподъемного и погружного типов);
производящие бурение в плавучем состоянии (полупогружные буровые установки и буровые суда)
Самоподъемные плавучие буровые установки имеют большой корпус, запас плавучести которого обеспечивает буксировку уста-новки к месту работы вместе с технологическим оборудованием, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. При буксировке СПБУ опоры подняты, а на точке бурения они опуска-ются на дно и залавливаются в грунт. По этим опорам корпус установки поднимается на расчетную высоту над уровнем моря.
Оборудование и инструмент для бурения скважин
При бурении вращательным способом, как и сверлении отве стия в любом материале, необходимо, чтобы разрушающему и струменту (долоту, коронке, сверлу и т. п.) передавалось, во-пеп вых, вращательное движение, во-вторых, нагрузка, обеспечива ющая достаточный нажим на разрушаемый материал, а также бцщ созданы условия для удаления разрушенных частиц вещества (по-роды). Исходя из этого применяют оборудование для бурения сква-жин, состоящее из ротора, вертлюга с буровым шлангом, буровых насосов и силового привода. В случае если долота приводятся во вращение не с поверхности земли, а непосредственно на забое кроме перечисленного оборудования используют гидравлические забойные двигатели или электробуры.
Роторы применяют для передачи вращения колонне бурильных труб в процессе бурения, поддержания ее на весу при спускоподъёмных операциях и вспомогательных работах.
Ротор -- это редуктор передающий вращение вертикально подвешенной колоне от горизонтального вала трансмиссии (табл. 2.10).
Станина ротора воспринимает и передает на основание все нагрузки возникающие в процессе бурения и при спускоподъемных операциях. Внутренняя полость станины представляет собой масляную ванну. На внешнем конце вала ротора, на шпонке, может цепное колесо или полумуфта карданного вала. Стол ротора 1 подшипниках качения. При отвинчивании долота или для предупреждения вращения бурильной колонны от действия неактивного момента ротор застопоривают защелкой или стопор-ным механизмом.
При передаче вращения ротору от двигателя через лебедку ско-рость вращения ротора изменяют при помощи передаточных меха-низмов лебедки или же путем смены цепных колес. Чтобы не свя-зывать работу лебедки с работой ротора, в ряде случаев при ротор-ном бурении применяют индивидуальный, т. е. не связанный с ле-бедкой, привод к ротору.
Вертлюг применяют для соединения талевой системы с буриль-ной колонной. Он обеспечивает, во-первых, вращение бурильной колонны, подвешенной на крюке, и, во-вторых, подачу через нее промывочной жидкости (табл. 2.11).
Все вертлюги имеют принципиально общую конструкцию. Верт-люг состоит из двух узлов -- системы вращающихся и невраща-ющихся деталей. Невращающуюся часть вертлюга подвешивают к подъемному крюку, а к вращающейся части вертлюга подвеши-вают бурильную колонну.
Для соединения с бурильным инструментом на нижний конец ствола вертлюга навинчивается переводник с левой резьбой. Пода-ча промывочной жидкости от неподвижной нагнетательной ли-нии к вертлюгу и далее к вращающимся бурильным трубам осуще-ствляется при помощи гибкого резинового шланга (рукава).
Буровой шланг состоит из внутреннего резинового слоя, не-скольких слоев прокладок из прорезиненной ткани с соответствен-ным числом промежуточных слоев резины, металлических плете-нок и наружного слоя резины (рис. 2.10).
В настоящее время применяют буровые шланги, рассчитанные на давление 32, 25, 20, 16 и 10 МПа. Буровые шланги выпускаются длиной от 10 до 18 м с условными внутренними диаметрами 63, 80 и 100 мм. Для очень высоких давлений используют металлические шланги, состоящие из отдельных секций, шарнирно соединенных друг с другом.
В последнее время за рубежом, особенно при бурении на море, используются силовые вертлюги (верхний вращатель). Верхний вращатель бурильной колонны уже давно используется при бурении мелких скважин малого диаметра с передвижных буровых установок, где он установлен на подвижной траверсе, которая перемещается по вертикали при помощи гидроцилиндров. При бурении скважин на нефть и газ силовой вертлюг выполняет функции крюка, вертлюга, ротора, механических ключей. При его пользовании не нужна бурильная ведущая труба и шурф под нее, а также намного облегчается труд помощника бурильщика, поскольку элеватор механически подается в необходимую позицию. Вместо наращиваний одиночками можно наращивать бурильную колонну трёхтрубными свечами.
Основной недостаток существующих конструкций силовых вертлюгов - высокая стоимость. Они пока не нашли применения в нашей стране, да и за рубежом они используются не часто, главным образом при бурении скважин с морских оснований и горизонтальных скважин. Вместе с тем нельзя не отметить, что это перспективный механизм, который со временем займет достой-ное место в буровой технике.
При бурении осуществляется промывка скважины при помощи буровых насосов. Буровые насосы предназначены для подачи под давлением промывочной жидкости в скважину. Для бурения ис-пользуются только горизонтальные приводные двух- и трехцилин-дровые поршневые нас