Бурение нефтяных и газовых скважин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Северо-Кавказский федеральный технический университет"

ОТЧЕТ

по первой учебной практике

по бурению нефтяных и газовых скважин

студента гр. БНГ - 101

Аджикеримова Б.К

Руководитель практики

Пономаренко В.А.

Ставрополь

2013



Содержание

1. Техника безопасности и противопожарные мероприятия

2. Способы бурения скважин, области применения

3. Буровые установки, их классификация. Буровые вышки

4. Комплекс оборудования для вращения бурильной колонны - роторы, вертлюги

5. Подъемный комплекс - талевая система: кроноблоки, талевые блоки, крюки, крюкоблоки, талевые канаты, устройства для крепления талевого каната

6. Буровые лебедки, их устройство, ленточный тормоз, вспомогательные тормоза

7. Устройства, механизмы и оборудования для механизации и автоматизации спуско-подъемных операций

8. Забойные двигатели: трубобуры, электробуры, винтовые двигатели, их конструкция и область применения

9. Породоразрушающие инструменты, их конструкция

10. Бурильная колонна, ее назначение. Элементы бурильной колонны, их конструкция и назначение

11. Буровые растворы, назначение и требования к ним. Типы буровых растворов. Свойства буровых растворов, приборы для определения свойств. Химические реагенты и утяжелители для обработки буровых растворов. Оборудование для приготовления, очистки и обработки буровых растворов

12. Контрольно - измерительные приборы при проводке скважины. Система контроля за процессом бурения

13. Конструкция скважины. Обсадные колонны. Типы обсадных труб. Технологическая оснастка обсадных колонн

14. Цементирование скважин. Тампонажные материалы. Оборудование для цементирования скважин

15. Освоение и испытание скважин

16. Осложнения и аварии при бурении скважин

17. Противовыбросовое оборудование, назначение, конструкция и схемы обвязок

18. Ловительные работы и инструмент. Капитальный ремонт скважин

19. Основные виды работ по капитальному ремонту скважин

20. Глушение скважин, жидкости глушения

21. Исследование и обследование скважин

22. Ремонтно-исправительные работы

23. Изоляционные работы

24. Возвратные работы

25. Борьба с пробкообразованием

26. Зарезка и бурение второго ствола

27. Методы повышения нефтеотдачи пластов

28. Подземный ремонт с применением гибких труб



1. Техника безопасности и противопожарные мероприятия

В соответствии со СНиП Ш-4-80 (2000), ГОСТ 12.0.004-90 и ГОСТ 12.1.004-91 должна обеспечиваться система техники безопасности и пожарной защиты

Для обучения рабочих правилам безопасности труда и производственной санитарии проводится инструктаж: вводный, первичный на рабочем месте, повторный, внеплановый, текущий.

Принимаемые на работу рабочие в обязательном порядке получают инструктаж о мерах пожарной безопасности и действиях на случай возникновения пожара, применении первичных средств пожаротушения.

Вводный инструктаж проводит инженер по технике безопасности или уполномоченное лицо по приказу в организации (предприятии) по технике безопасности и противопожарным мероприятиям.

Данные о проведении вводного инструктажа и проверки знаний рабочих регистрируются в журнале с обязательными подписями инструктируемого и инструктирующего.

Первичный инструктаж на рабочем месте, повторный, внеплановый и текущий проводит непосредственный руководитель работ (производитель работ, мастер) с каждым рабочим индивидуально с показом практически безопасных приемов труда и противопожарных средств.

После проведения первичного инструктажа рабочие в течение первых 2...5 смен выполняют работу под наблюдением мастера или бригадира, после чего оформляется допуск к самостоятельной работе, регистрируемый в журнале.

Текущий инструктаж проводят с рабочими перед выполнением работ, на которые оформляется наряд-допуск.

На каждом объекте должен быть медпункт или выделено место в комнате для смены одежды (вагончике) для размещения аптечек с медикаментами, носилок и других средств для оказания первичной медицинской помощи пострадавшим.

Проверку знаний правил безопасности труда и производственной санитарии инженерно-техническими работниками по списку вышестоящей организации проводит не реже одного раза в год комиссия вышестоящей организации.

Рабочие, инженерно-технические работники и служащие должны обеспечиваться спецодеждой, спецобувью и другими средствами индивидуальной защиты согласно ГОСТ 12.4.011-89 номенклатуры специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты. Рабочие и линейные инженерно-технические работники, занятые на работах с вредными и опасными условиями труда, должны проходить медицинский осмотр в порядке и сроки, установленные Минздравом.

О каждом несчастном случае на стройке пострадавший или свидетель должен немедленно известить мастера, начальника участка или руководителя работ. Мастер должен немедленно организовать первую помощь пострадавшему и направить его в медицинский пункт, сообщить о происшедшем руководителю, сохранить до расследования обстановку на рабочем месте и состояние оборудования в момент происшествия (если это не угрожает окружающим людям, не вызывает аварии и не нарушает непрерывности технологического процесса). Начальник участка должен срочно сообщить о происшедшем несчастном случае руководителю и профсоюзному комитету организации (предприятия). В течение 24 часов начальник участка совместно со старшим общественным инспектором по охране труда и инженером по технике безопасности должен установить обстоятельства и причину происшедшего несчастного случая, составить акт о несчастном случае в четырех экземплярах и направить его главному инженеру стройорганизации (предприятия).

Несчастный случаи (НС) на производстве - это случай, происшедший с работающим вследствие воздействия опасного производственного фактора (для застрахованного - это страховой случай).

Несчастные случаи в зависимости от причин, места и времени происшествия делятся на две группы: несчастные случаи, связанные с работой, и несчастные случаи, не связанные с работой (бытовые травмы),

Несчастные случаи, не связанные с производством, но происшедшие на производстве - это несчастные случаи, происшедшие при изготовлении предметов в личных целях, самовольном использовании транспорта предприятия, участии в спортивных мероприятиях на территории предприятия, при хищении имущества предприятия.

Бытовые несчастные случаи - это несчастные случаи, происшедшие в быту (дома) или при нахождении на предприятии вне рабочего времени.

Контроль за своевременным и правильным расследованием и устранением причин по несчастным случаям осуществляют вышестоящие организации, построечные комитеты профсоюзов, общественные инструкторы по охране труда, технические инспектора профсоюзов, органы Госгортехнадзора и Энергонадзора.

Противопожарная безопасность.

Мероприятия по противопожарной защите включают:

- контроль материалов, продуктов и оборудования;

- активное ограничение распространения огня с использованием средств пожарной сигнализации, систем автоматического пожаротушения и переносных огнетушителей;

- устройство пассивных систем, ограничивающих распространение огня, дыма, жара и газов за счет секционирования помещений;

эвакуацию людей из горящего здания в безопасное место.

В целях обеспечения пожарной безопасности объектов должны быть своевременно осуществлены все требуемые законами, нормами, правилами и другими нормативными документами противопожарные мероприятия, которые разрабатываются и реализуются на всех этапах проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений различного назначения.

ПОЖАРНАЯ ПРОФИЛАКТИКА.

Под пожарной профилактикой понимаются обучение пожарной технике безопасности и комплекс мероприятий, направленных на предупреждение пожаров. Противопожарная защита -- это мероприятия, направленные на уменьшение ущерба в случае возникновения пожара. Между этими двумя основными задачами пожарной безопасности не всегда можно провести четкую границу, как, например, в случае действий, направленных на ограничение сферы распространения огня при загорании.

Поскольку большую часть времени большинство людей проводят в зданиях, основное внимание уделяется обеспечению пожарной безопасности зданий. Специализированных мер пожарной профилактики и защиты требует пожарная безопасность лесов, автотранспорта, железнодорожного, воздушного и морского транспорта, а также подземных туннелей и шахт.

От вида горючего материала зависит класс пожара, который определяет способы и средства тушения. В нормативных документах ряда стран пожары разделяются на четыре класса:

A -- возгорание обычных горючих материалов, таких, как древесина, бумага и пластмассы;

B -- возгорание легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, газов и смазочных материалов;

C -- возгорание электропроводки; D -- возгорание горючих металлов.

Степень пожароопасности зависит от вида и количества горючего материала в рассматриваемой пожароопасной зоне.

До недавнего времени пожарная профилактика традиционно ограничивалась обучением технике безопасности и мерами по предупреждению пожаров и всегда входила в обязанности муниципальных управлений пожарной охраны. Сегодня круг мероприятий по пожарной профилактике расширен, и в него вошли проверка и утверждение проектов строительства, контроль за выполнением норм по пожарной безопасности, сбор данных, а также инструктаж и обучение широкой общественности и специальных контингентов.

Задачи пожарной профилактики можно разделить на три широких, но тесно связанных комплекса мероприятий:

- обучение;

- пожарный надзор, предусматривающий разработку государственных норм пожарной безопасности и строительных норм, а также проверку их выполнения;

- обеспечение оборудованием и технические разработки;

Из трех перечисленных комплексов мероприятий наиболее сложным является пожарный надзор. В сферу надзора включены нормы пожарной профилактики, строительные пожарные нормы и правила, стандарты изготовления и установки противопожарного оборудования и стандарты пожарной безопасности на товары широкого потребления.

2. Способы бурения скважин, области применения

Способы бурения различаются прежде всего по способу разрушения горных пород:

- механическое (разрушение породы осуществляется либо породоразрушающими инструментами, либо такими бездолотными способами, как взрывной, электрогидравлический, имплозионный, пароструйный, гидромониторный, гидроэрозионый);

- термическое (разрушение породы происходит за счет возникновения в них термических напряжений и различных эффектов). В зависимости от способа и характера термического воздействия на породу выделяют огнеструйное, плазменное, электродуговое, лазерное, электронагревательное и др.;

- химическое (разрушение породы осуществляется за счет использования высокоактивного химического вещества).

Виды бурения

Колонковое бурение - наиболее широко распространенный способ проходки скважин. Основным преимуществом такого вида бурения являются универсальность (возможность проходки скважин почти во всех разновидностях горных пород), возможность получения керна с незначительными нарушениями природного сложения грунта, сравнительно большие глубины бурения, хорошая освоенность технологии. Существенные недостатки - малый диаметр скважин.

Медленновращательное бурение. Сущность его состоит в том, что скважина углубляется инструментом режущего типа путем срезания с забоя сплошной стружки. Способ бурения отличается простотой технологии.

Шнековое бурение. Особенность способа состоит в том, что процессы углубления скважины и продуктов разрушения совмещены. Преимущества: высокая механическая скорость, сравнительно большой диаметр скважин, не нужна вода для промывки.

Винтовое бурение. Применяется редко. Сущность состоит том, что винтовой породоразрушающий инструмент завинчивается в грунт, а затем извлекается на поверхность. При этом размещенный на лопастях инструмента грунт срезается по боковым поверхностям. Способ может использоваться только в рыхлых и мягких грунтах.

Роторное бурение. Применяется только для бурения гидрогеологических скважин на воду, позволяет бурить скважины любого диаметра на любую глубину.



Ударно-канатное бурение. Отличается простотой технологии, высокой производительностью. Недостатки метода: невозможность проходки скважин в скальных грунтах, малая длина рейса, невозможность отбора качественных монолитов.

Вибрационный метод бурения. Наиболее производительный метод (до 50-70 м/смену). Вибрационное бурение обеспечивает проведение качественной геологической документации исследуемого разреза.

Глубина скважин

Проектная глубина скважин наряду с ее значением определяет тип и мощность выбираемого бурового станка, основные параметры бурового оборудования и инструмента, отчасти начальный диаметр скважины и др.

В соответствии с глубиной бурения скважины условно подразделяются:

* до 10 м (неглубокие);

* от 10 до 30 м (средней глубины);

* от 30 до 100 м (глубокие);

* свыше 100 м (весьма глубокие).

Многозабойное бурение

Сущность многозабойного способа бурения состоит в том, что из основного ствола скважины с некоторой глубины проводят один или несколько стволов, т.е. основной ствол используется многократно. Полезная же протяженность скважин в продуктивном пласте и, следовательно, зона дренирования (поверхность фильтрации) возрастают (рис. 1.2). Дополнительные стволы могут переходить в горизонтальные.

Первые скважины были пробурены этим способом в 1947 г. на Краснокаменском и Ишимбаевском месторождениях. В сочетании с турбобуром многозабойное бурение развивалось успешнее. На Бориславском месторождении максимальный зенитный угол искривления составил 53° на длине 446 м. В Краснодарском крае число дополнительных стволов в многозабойных скважинах доводилось до пяти-шести при длине 50-150 м и расстоянии между крайними стволами до 300 м. Число боковых скважин может достигать 10, а длина их -- 400 м и более.

Проведенный А.Г. Калининым технико-экономический анализ по одному из месторождений показал, что стоимость одной многозабойной скважины в 2, 4 раза превышает стоимость однозабойной скважины, но дебит в первом случае в 18 раз выше, чем во втором.

Преимущества многозабойного способа бурения сводятся к тому, что можно получить скважины с увеличенным дебитом, повысить общую нефтеотдачу месторождения, сократить число скважин, вовлечь в промышленную разработку малодебитные месторождения с низкой проницаемостью пород, повысить поглощающую способность нагнетательных скважин.



Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок оборудования и инструмента.

Буровая установка - это комплекс наземного оборудования необходимый для выполнения операций по проводке скважины В состав буровой установки входят:

* буровая вышка;

* оборудование для механизации спускоподъемных операций

* наземное оборудование, непосредственно используемое при бу-

* силовой привод;

* циркуляционная система бурового раствора;

* привышечные сооружения.

Буровая вышка -- это сооружение над скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение двух-трех бурильных труб между собой длиной 25...36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.

Различают два типа вышек: башенные и мачтовые. Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Вышки мачтового типа бывают од-ноопорные и двухопорные (А-образные). А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать. Основными параметрами вышки являются грузоподъемность, высота, емкость "магазинов" (хранилищ для свечей бурильных труб), размеры верхнего и нижнего оснований, длина свечи, масса.

Грузоподъемность вышки -- это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины.

Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спус-коподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300...500 м используется вышка высотой 16... 18 м, глубину 2000...3000 м -- высотой -- 42 м и на глубину 4000...6500 м -- 53 м.

Емкость "магазинов" показывает, какая суммарная длина бурильных труб диаметром 114... 168 мм может быть размещена в них. Практически вместимость "магазинов" говорит о том, на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки.

Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия работы буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бурильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2x2 м или 2, 6x2, 6 м, нижнего -- 8x8 м или 10x10 м.

Общая масса буровых вышек равна нескольким десяткам тонн.

3. Буровые установки, их классификация. Буровые вышки

Буровая установка или буровая -- комплекс бурового оборудования и сооружений, предназначенных для бурения скважин. Состав узлов буровой установки, их конструкция определяется назначением скважины, условиями и способом бурения.

Буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа в общем виде включает:

§ Буровые сооружения (буровая вышка, основание вышки, мостки, стеллажи).

§ Спуско-подъёмное оборудование (лебёдка, кронблок, крюкоблок).

§ Силовое оборудование для привода лебёдки, ротора и буровых насосов (двигатели электрические или дизельные), оборудование для вращения бурильной колонны (ротор, СВП).

§ Оборудование циркуляционной системы (ёмкости, буровые насосы, манифольд, вертлюг).

§ Оборудование для очистки бурового раствора от выбуренной породы (вибросита, пескоотделители, илоотделители, центрифуги).

§ Оборудование для приготовления бурового раствора (гидроворонки, гидромешалки, шламовые насосы).

§ Противовыбросовое оборудование (превенторы), привышечные сооружения (котельная, склад ГСМ).

Классификация буровых установок

По виду работ:

§ для эксплуатационных работ.

§ для разведочных работ.

§ для технических скважин.

По способу бурения делятся на установки:

§ вращательного бурения.

§ вращательно-ударного бурения.

§ ударного бурения.

§ ударно-вращательного бурения.

§ вибрационного бурения.

§ огнеструйного бурения.

§ разрядно-импульсного бурения.

По типу привода:

§ электрические (AC/DC) буровые установки.

§ электрогидравлические буровые установки.

§ дизельэлектрические буровые установки.

§ дизельные буровые установки.

По технике передвижения:

§ самоходные буровые установки.

§ передвижные буровые установки.

§ стационарные буровые установки.

По вариантам дислокации:

§ наземные.

§ морские.

Буровая установка состоит из :

§ Исполнительные органы (ротор, лебёдка, талевая система, вышка, буровой насос, вертлюг, циркуляционная система)

§ Энергетические органы (дизельные и электродвигатели, силовая пневмо- и гидросистема, приводы)

§ Вспомогательные органы (металлоконструкции основания, укрытий, механизмы передвижения, мост приёмный, вспомогательная лебёдка, тали, системы освещения, водоснабжения, отопления, вентиляции, эвакуации)

§ Органы управления (системы пневмо- и электроуправления)

§ Органы информации (система контроля параметров бурения)

Буровые вышки

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

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

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

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

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

Буровые вышки классифицируются: по назначению -- для агрегатов капитального ремонта скважин, для передвижных (мобильных) буровых установок, для кустовых и стационарных, для морских буровых установок; по конструкции -- мачтовые и башенные. Мачтовые вышки бывают: А-образные, П-образные, 4-х опорные и с открытой передней гранью.

4. Комплекс оборудования для вращения бурильной колонны - роторы, вертлюги

Вертлюги

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

Система верхнего привода

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

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

Основные преимущества применения СВП:

экономия времени в процессе наращивания труб при бурении;

уменьшение вероятности прихватов бурового инструмента;

расширение (проработка) ствола скважины при спуске и подъеме инструмента;

повышение точности проводки скважин при направленном бурении;

повышение безопасности буровой бригады;

снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну;

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

повышение качества керна.

Роторы

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

5. Подъемный комплекс - талевая система:кроноблоки, талевые блоки, крюки, крюкоблоки, талевые канаты, устройства для крепления талевого каната

Талевая система

Талевая (полиспастовая) система или оснастка буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка, к которому крепится бурильная колонна, и уменьшения нагрузки на ветви каната. В зависимости от типа буровой установки и глубины скважины применяют оснастку: 3х4, 4х5, 5х6, 6x7.

Талевый блок является подвижной частью талевой системы. Предназначен, также как кронблок, для выполнения спуско-подъёмных операций и других работ, необходимых при бурении скважин. В буровых установках применяют талевые блоки двух видов:

· одноосные - все шкивы смонтированы на одной оси, укреплённой в боковых щёках;

· соосные с двумя осями - две сборки шкивов смонтированы каждая отдельно, а между осями оставлено пространство для пропуска свечи.

Талевый блок шестишкивный 1 - серьга; 2 - подвеска; 3 - корпус; 4 - кожух; 5 - ось шкивов; 6 - роликоподшипники; 7 - шкив; 8 - крышка

· Талевый блок должен иметь минимальные габариты, особенно ширину, т.к. он движется внутри вышки в пространстве между пальцами магазина с бурильными свечами. Поэтому должно быть обеспечено минимально безопасное расстояние между блоком и элементами вышки. Талевый блок обычно выполняют из двух сварных боковых щёк, соединённых наверху полой траверсой, а внизу - поперечной подвеской, которая присоединяется с помощью пальцев. Эти детали составляют силовой каркас блока.

Крюки подъемные эксплуатационные относятся к подвижной части талевой системы, предназначены для подвешивания на них штропов, трубных или штанговых элеваторов, вертлюгов и других приспособлений при монтаже, демонтаженаземного оборудования.

Крюки КН предназначены для работы в районах с умеренным климатом, а КР - для умеренного и холодного климата (район I2 ).

Крюки изготавливаются двух типов: однорогие (исполнение 1) грузоподъемностью до 20 т и трехрогие (исполнение II) грузоподъемностью 32 т и более.

Крюк состоит из рога, подвески и серьги.

Рог кованый включает сменное седло с защелкой для фиксирования седла при спуско-подъемных операциях. Вогнутая цилиндрическая поверхность седла соответствует размеру сопрягаемого с ним штропа элеватора или серьги вертлюга.

Подвеска, соединяющая рог крюка с серьгой, состоит из литого стального корпуса, амортизирующей пружины, ствола, установленного на упорном подшипнике. Конструкция подвески допускает свободное вращение рога крюка со стволом как под нагрузкой, так и без нагрузки. Амортизационная пружина и упорный подшипник помещены внутри корпуса и закрыты крышкой для предохранения их от атмосферных осадков и загрязнения.

С помощью серьги крюк подвешивается к талевой системе. Для подвешивания штангового элеватора при подъеме насосных штанг применяется подвесной крюк.

Крюкоблоки это талевые блоки, жестко соединенные с крюком. В процессе бурения крюкоблок соединен с вертлюгом, а при выполнении спуско-подъемных операций - с элеватором.

Крюкоблоки являются подвижной частью талевой системы и предназначены для ведения спуско-подъемных операций, поддержания на весу колонны бурильных и обсадных труб и бурового инструмента в процессе бурения.



Рис.. Крюкоблок

Кронблок устанавливают на верхней площадке вышки, называемой наголовником. Это неподвижный элемент талевой системы.

Кронблок 1 - шкивы; 2 - ось; 3 - рама; 4 - предохранительный кожух; 5 - вспомогательные шкивы

Конструкция кронблока зависит от типа вышки, действующей нагрузки и объёма СПО. Шкивы кронблоков монтируют на подшипниках качения на одной или двух соосно расположенных осях, установленных в опорах на раме, либо соосно. При несоосной схеме ось шкива, служащего для подвижной струны талевого каната, располагается перпендикулярно к оси остальных шкивов. Кронблоки с несоосным расположением шкивов применяют в мачтовых вышках, установках с буровой лебёдкой, расположенной ниже пола буровой, для того, чтобы подвижный конец каната не цеплял ферму мачты. Или при использовании АСП (автоматическая система подачи) с механизированной расстановкой свечей.

Двухсекционный блок с соосным расположением осей, в котором шкив с осью перпендикулярны, смонтирован на опоре, установленной на полке рамы. Две секции (трёхшкивные) смонтированы на опорах. Каждый шкив смонтирован на оси на двух цилиндрических роликоподшипниках, внешние кольца которых зафиксированы в ступицы шкива пружинным кольцом, а внутренние - на оси распорными кольцами. Смазка к подшипникам каждого шкива подаётся через пресс-маслёнку по каналам, просверленным по оси.

Талевые канаты

Талевые канаты бывают прямой и крестовой свивки. В талевых системах применяют канаты крестовой свивки, при которой проволоки вьются в пряди в одну сторону, а сами пряди в канате - в противоположную. Канаты крестовой свивки изготавливают правого и левого направления с одним сердечником. Правые свивают по часовой стрелке, левые - против часовой стрелки. В соответствии с принятым в буровых лебедках местом крепления ходового конца каната и направлением его намотки на барабан талевые канаты должны быть правой свивки.

Устройство для крепления талевого каната

Неподвижный конец каната крепится к полу буровой при помощи механизма, который также предназначен для периодического перепуска каната с целью повышения его срока службы. Механизм состоит из литого стального корпуса, в отверстия кронштейна закреплена ось, на которой на двухрядном коническом подшипнике вмонтирован консольный рычаг. На этой оси также на двухрядном коническом подшипнике установлен барабан, на который навивается неподвижный конец каната.

После навивки на барабан, канат при помощи фиксатора соединяется с консольным рычагом, на противоположном конце которого - сжимное устройство талевого каната. Между проушинами консольного рычага и корпуса находится датчик усилия действующего в канате. Механизм рассчитан на канат диаметром до 30 мм и растяжением до 450 Кн. Канат пропускается следующим образом: отпускают болты зажимного устройства и подают запасную часть каната, а ведущий его конец наматывают на барабан лебёдки. После перепуска требуемой длины каната болты вновь затягивают и регулировочным винтом настраивают положение консольного рычага.

6. Буровые лебедки, их устройство, ленточный тормоз, вспомогательные тормоза

Буровые лебёдки являются основными исполнительными механизмами для подъёма-спуска бурильной колонны, удержания её навесу или медленного опускания при подаче долота на забой в процессе бурения, спуска обсадных колонн и других работ.

По конструкции буровые лебёдки делятся на две группы:

· Двух или трёхвальные (У2-5-5 и У2-2-11). Расшифровка обозначений: У - завод Уралмаш; первая цифра - номер агрегата; вторая цифра - число скоростей лебёдки (для У2-5 с учётом скоростей коробки скоростей, а для У2-2 с учётом только скоростей лебёдки без коробки скоростей); третья цифра - номер модели в хронологической порядке проектирования.

· Одновальные с коробкой переменных передач (ЛБУ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1700). Расшифровка обозначений: ЛБ - лебёдка буровая; У - завод Уралмаш; 750, 1100, 1700 - мощность на барабане в лошадиных силах.

Буровые лебёдки первой группы состоят из сварной рамы, на которой вмонтирован подшипник качения, подъёмный вал с барабаном для навивки талевого каната, промежуточные и трансмиссионные валы. Все валы кинематически связаны между собой цепными передачами, которые передают им крутящие моменты и используются для регулирования частоты вращения валов. На промежуточном валу, кроме звёздочек цепной передачи, в ряде случаев установлены специальные катушки для проведения работы по подтаскиванию грузов, навинчиванию и развинчиванию труб, при спуско-подъёмных операциях. Такие валы называются катушечными. В одно и двухвальных лебёдках катушки не устанавливаются, а для выполнения работ по подтаскиванию грузов и свинчиванию труб используют вспомогательные лебёдки и пневмораскрепители. Рама лебёдки закрыта предохранительными щитами.

Подъёмный вал лебёдки оборудуется двумя видами тормозов - ленточным с ручным и пневматическим управлением (расположенными на тормозных шкивах барабана лебёдки) и гидравлическим или электрическим (соединённым через муфту с подъёмным валом).

Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб навесу, регулирования скорости спуска и полного торможения, а также для подачи долота на забой при бурении скважин. Гидравлические или электрические тормоза нужны для замедления спуска колонны и облегчения работы на ленточном тормозе.

Для обеспечения равномерной подачи долота на забой все современные конструкции лебёдок оснащаются автоматами АПД или регуляторами РПД подачи долота, которые соединяются цепными передачами с подъёмным валом и во время бурения включаются с цепными кулачковыми муфтами. Лебёдки снабжены специальной трансмиссией для вращения ротора.

В лебёдках ЛБУ-1100, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, входящих в комплекты буровых установок соответственно БУ-5000, БУ-6500, БУ-8000 с электроприводом, трансмиссия ротора отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя.



Буровая лебедка ЛБУ-750

Одновальная лебёдка ЛБ-750 состоит из: станины, на которой на двух кронштейнах в подшипниках смонтирован подъёмный вал барабана с тормозными шкивами, шинопневматическими фрикционными муфтами и кулачковой муфтой, а также звёздочками цепных передач. На станине также смонтирован пульт управления лебёдкой, промежуточный вал привода ротора и вспомогательный тормоз.

7. Устройства, механизмы и оборудования для механизации и автоматизации спуско-подъемных операций

Механизация спуско-подъемных операций может идти по пути создания механизмов непрерывной подачи инструмента в скважину или из нее.

Для механизации спуско-подъемных операций применяются талевая система и буровая лебедка. Талевая система состоит из неподвижного кронблока, который устанавливается в верхней части буровой вышки, талевого блока, соединяемого с кронблоком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой конец закрепляется неподвижно у бурового крюка. Талевая система является полиспастом ( система блоков), который предназначен для уменьшения натяжения талевого каната и для снижения скорости спуска бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

Оборудование для механизации спуско-подъемных операций включает кренблок, талевый блок, вертлюг и лебедку. С их помощью осуществляются спуск и подъем бурильной колонны, спуск обсадной колонны, подача долота и ряд вспомогательных работ при свинчивании и развинчивании бурильных и обсадных труб.

Оборудование для механизации спуско-подъемных операций включает талевую систему и лебедку. Талевая система состоит из неподвижного кронблока, установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока, соединенного с кронбло-ком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка. Талевая система является полиспастом ( системой блоков), который в буровой установке предназначен в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб.

К оборудованию механизации спуско-подъемных операций метут быть отнесены роторы для разбуривания песчаных и цементных пробок, устанавливаемые на подвижной траверсе.

В комплексе механизации спуско-подъемных операций типа АСП для работы в сложных климатических условиях применена система промышленного телевидения. Кроме того, для полупогружных буровых установок и для буровых судов в магазинах для бурильных свечей предусматриваются индивидуальные защелки для каждой свечи.

В подземном ремонте скважин механизация спуско-подъемных операций не только облегчает труд, но и является основным фактором повышения производительности труда.

Разработан ряд устройств по механизации вспомогательных спуско-подъемных операций, в их числе комплексы АСП-1, АСП-3 - автоматизации управления клиновыми захватами, ключом для свинчивания и развинчивания бурильных труб и устройство для расстановки свечей - труб бурового инструмента. Эти конструкции выпущены еще в ограниченном количестве и отрабатываются на буровых. Однако они не охватывают всех работ на буровой.

бурильный забойный нефтеотдача пласт

8. Забойные двигатели: турбобуры, электробуры винтовые двигатели, их назначение, область применения

ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ -- погружная машина, преобразующая гидравлическую, пневматическую или электрическую энергию, подводимую с поверхности, в механическую работу породоразрушающего инструмента (долота) при бурении скважин. Энергия к забойному двигателю подводится от источника по колонне бурильных труб или кабелю. Преобразование подведённой энергии в механическую работу осуществляется в рабочих органах забойного двигателя. По типу движения, сообщаемого породоразрушающему инструменту, различают забойные двигатели вращательные и ударные, по виду энергоносителя -- гидравлические, пневматические и электрические, по особенностям породоразрушающего инструмента -- для бурения сплошным забоем и колонковые, по конструкции -- одинарные, секционные, шпиндельные, редукторные и т.п.

Наиболее существенно отличаются по устройству и принципу действия забойные двигатели вращательного (турбобур, винтовой забойный двигатель и электробур) и ударного типов (гидро- и пневмоударник). Рабочим органом забойного двигателя вращательного типа (рис. 1, рис. 2, рис. 3) является система статор-ротор.

Статор фиксирован от проворота в корпусе забойного двигателя, а ротор -- на валу. Корпус забойного двигателя соединён с колонной бурильных труб, вал -- с долотом. Энергоноситель в рабочих органах забойного двигателя вращательного типа создаёт на роторе и статоре моменты силы, равные по величине и противоположные по направлению (так называемый активный и реактивный моменты). Активный момент используется на вращение долота, реактивный момент воспринимается колонной бурильных труб и гасится на стенках скважин и в приводных механизмах, размещённых на поверхности. Основные элементы забойного двигателя вращательного типа, помимо рабочих органов: осевая и радиальные опоры, уплотнение выхода вала.

Наибольшее использование забойного двигателя вращательного типа (табл. 1) имеют в бурении на нефть и газ (свыше 80% общего объёма).

ТУРБОБУР - забойный гидравлический двигатель для бурения глубоких скважин преимущественно на нефть и газ. На первом этапе турбинного бурения (1924--34) применялся Т., изобретённый в СССР в 1922 М. А. Капелюшниковым совместно с Н. А. Корневым и С. М. Волохом. В этом Т. высокооборотная одноступенчатая турбина передавала вращение долоту через планетарный, заполненный маслом редуктор.

В 1935--50 применялся безредукторный Т. с многоступенчатой турбиной, вал которой непосредственно вращает долото (авторы П. П. Шумилов, Р. А. Иоаннесян, Э. И. Тагиев, М. Т. Гусман). В многоступенчатом Т. общий перепад давлений дифференцируется по ступеням турбины, а момент на валу определяется суммой моментов, развиваемых каждой ступенью. Многоступенчатый Т. -- машина открытого типа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических подшипниках, смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является циркулирующая промывочная жидкость -- глинистый раствор. Для получения максимальных значений кпд лопатки турбины профилируют так, чтобы безударный режим их обтекания совпадал с максимумом мощности турбины. С 1970 для снижения частоты вращения вала турбины в Т. применяют ступени гидродинамического торможения, позволившие бурить при 150-- 250 об/мин. С начала 70-х гг. внедряются Т. с независимой подвеской секции и с демпфирующими устройствами, которые обладают увеличенным сроком межремонтной работы и улучшают условия работы шарошечных долот за счёт снижения вибрации бурильной колонны. Для работы с гидромониторными долотами, без дополнительного нагружения буровых насосов, начато применение Т. с разделённым потоком на нижней секции (рис. 2), который отличается тем, что перепад давлений, срабатываемый в его нижней секции, равен перепаду давлений в штуцерах гидромониторного долота. При этом нижняя секция Т. работает на части потока, подаваемого в скважину.

В разведочном бурении для отбора керна в полом валу Т. размещается съёмная грунтоноска. Для бурения в условиях борьбы с кривизной ствола скважины используют Т. с вращающимся корпусом.

ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ -- гидравлический забойный двигатель объёмного типа, рабочие органы которого выполнены по схеме планетарного механизма, приводимого в действие за счёт энергии промывочной жидкости. Первые винтовые забойные двигатели с высокой частотой вращения разработаны в США в 1962 Харрисоном на базе обращённого однозаходного героторного винтового насоса Муано. Многозаходный винтовой забойный двигатель с низкой частотой вращения создан в CCCP в 1966-70 С. С. Никомаровым, М. Т. Гусманом и др.

Многозаходный винтовой забойный двигатель-- героторный планетарный механизм, статор которого выполнен в виде стального цилиндра с привулканизированным к его внутренней поверхности многозаходным резиновым винтом.

Ротор (однозаходный или многозаходный винт с числом заходов, на единицу меньшим, чем у винта статора) расположен внутри статора. Под давлением промывочной жидкости ротор, обкатываясь по внутренней поверхности статора, совершает планетарное движение, которое через универсальные шарниры передаётся валу шпинделя, вращающему породоразрушающий инструмент. Диаметр винтового забойного двигателя 54-195 мм, частота вращения около 2-6 с-1, вращающий момент 80-5000 Нм, перепад давления 4-6 МПа, расход промывочной жидкости 0, 0015-0, 036 м3/с и более. Наиболее эффективны винтовые забойные двигатели при проходке глубинных интервалов.

ЭЛЕКТРОБУР -- забойная буровая машина с погружным электродвигателем, предназначенная для бурения глубоких скважин, преимущественно на нефть и газ. Идея электробура для ударного бурения принадлежит русскому инженеру В. И. Делову (1899). В 1938-40 в CCCP А. П. Островским и Н. В. Александровым создан и применён первый в мире электробур для вращательного бурения, опускаемый в скважину на бурильных трубах.

Электробур состоит из маслонаполненного электродвигателя и шпинделя. Мощность трёхфазного электродвигателя зависит от диаметра электробура и составляет 75-240 кВт. Для увеличения вращающего момента электробура применяют редукторные вставки, монтируемые между двигателем и шпинделем и снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин. Частота вращения безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длина электробура 12-16 м, наружный диаметр 164-290 мм.

При бурении электробур, присоединённый к низу бурильной колонны, передаёт вращение буровому долоту. Электроэнергия подводится к электробуру по кабелю, смонтированному отрезками в бурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальными контактными соединениями. К кабелю электроэнергия подводится через токоприёмник, скользящие контакты которого позволяют проворачивать колонну бурильных труб. Для непрерывного контроля пространственного положения ствола скважины и технологических параметров бурения при проходке наклонно направленных и разветвлённо-горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура (в том числе телеметрическая). При бурении электробуром очистка забоя осуществляется буровым раствором, воздухом или газом.

В CCCP с помощью электробура проходится свыше 500 тысяч м скважин ежегодно. Использование электробура благодаря наличию линии связи с забоем особенно ценно для исследования режимов бурения.

9. Породоразрушающие инструменты, их конструкция

Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважины.

По принципу разрушения породы весь ПРИ можно классифицировать следующим образом:

1) ПРИ режуще-скалывающего действия, предназначенный для разбуривания вязких и пластичных пород небольшой твердости ( вязких глин, глинистых сланцев и др.) и малоабразивных.;

2) ПРИ дробяще-скалывающего действия, предназначенные для разбуривания неабразивных и абразивных пород средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород;

3) ПРИ истирающе-режущего действия, предназначенные для бурения в породах средней твердости, а также при чередовании высокопластичных маловязких пород с породами средней твердости и даже твердыми.

По назначению весь ПРИ можно разделить также на три группы:

1) Для бурения сплошным забоем (без отбора керна) - буровые долота;

2) Для бурения по кольцевому забою (с отбором керна) - бурголовки;

3) Для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня ) и т.д.)

По конструктивному исполнению ПРИ делится на три группы:

1) Лопастной;

2) Шарошечный;

3) Секторный.

По материалу породоразрушающих элементов ПРИ делится на четыре группы:

1) Со стальным вооружением;

2) С твердосплавным вооружением;

3) С алмазным вооружением;

4) С алмазно-твердосплавным вооружением.

Долота

Долота лопастные

Лопастное долото в качестве рабочего элемента имеет лопасти, которые изготовляют либо с корпусом, либо приваривают к корпусу.

Лопастные долота относятся к инструменту режущего или режуще-скалывающего действия. Они предназначены для бурения в породах мягких и отчасти средней твердости.

Производят двух- и трехлопастные долота: двухлопастные диаметрами от 76, 0 до 165, 1 мм и трехлопастные - от 120, 6 до 469, 9 мм. Простейшим по конструкции является двухлопастное долото. Оно состоит из корпуса и двух лопастей, в головке корпуса имеется присоединительная резьба, а в нижней части ближе к лопасти расположены каналы для подачи промывочной жидкости к забою. У гидромониторных долот в каналах устанавливают насадки для формирования высокоскоростной струи промывочной жидкости.

На эффективность работы долота наиболее существенное влияние оказывают профиль лопасти долота и правильный подбор его конструкции по свойствам проходимых горных пород.



Рис.. Двухлопастное долото Рис. Трехлопастное долото типа МС; а, 6 -- долото; в -- сопло

Долота истирающе-режущие (ДИР)

Истирающе-режущие долота относятся к лопастным, но отличаются наличием разновысоких лопастей, армированных мелкими твердосплавными резцами.

Такое долото формирует ступенчатый забой и в зависимости от свойств проходимых пород может работать как режущее долото - по всей длине лопасти снимать слой с забоя, или как истирающее - каждый мелкий резец обособленно взаимодействует с забоем и скалывает очень мелкие частицы горной породы.

Рис.. Долото ДИР



Долота шарошечные

Шарошечным долотом называется породоразрушающий инструмент, у которого основным рабочим органом является шарошка. Наиболее распространены трехшарошечные долота; одно- и двухшарошечные долота производят в ограниченном количестве.

Каждая шарошка снабжена множеством породоразрушающих элементов, которые располагаются венцами. Вращение корпуса преобразуется во вращательное движение шарошек вокруг их оси. В результате происходит поражение забоя породоразрушающими элементами, периодически вступающими с ним в контакт. Венцы соседних шарошек расположены таким образом, что разрушают породу по всей поверхности забоя.

Применяют два способа оснащения шарошек породоразрушающими элементами:

· фрезерование зубьев из тела шарошки с последующей наплавкой твердого сплава;

· установка твердосплавных зубков (штырей) в гнезда методом холодного прессования.

Изготавливают шарошечные долота 39 номинальных диаметров - от 46 до 508 мм.

Рис. Корпусное шарошечное долото: а - Д394С; б - Д394Г



Рис.. Модификация отечественных одношарошечных долот:

а -- основная (серийная); б--с кольцевыми расточками на шарошке; в--с нижней промывкой; г -- с коническими зубками; 1 -- корпус долота; 2 -- шарошка

Рис.. Двухшарошечные долота: а - В112МГ; б -- 2В93С; 1 - секция герметизированной опоры долота; 2, 6 -- боковые и центральное промывочные отверстия, 3, 4, 5 -- подшипники шариковый, роликовый и скольжения соответственно

Рис.. Трехшарошечные долота



Долота алмазные

Алмазное долото - это разновидность породоразрушающего инструмента, у которого в качестве породоразрушающих элементов используются алмазные зерна. Алмазные долота оснащаются в основном достаточно крупными алмазами - от 2 до 15 зерен/кар. Размер зерен подбирают в зависимости от твердости пород и места размещения алмазов на рабочей поверхности долота. С повышением твердости пород размер зерен уменьшают.

10. Бурильная колонна, её назначение. Элементы бурильной колонны, их назначение

Бурильная колонна - связующее звено между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности.

Бурильная колонна предназначена для подвода энергии (механической, гидравлической, электрической к долоту), обеспечения подачи бурового раствора к забою, создания осевой грузки на долото, восприятия реактивного момента долот забойного двигателя.

Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины.

Бурильные замки соединяют между собой отдельные бурильные трубы. Переводники предназначены для соединения элементов бурильных колонн, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также для присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Центраторы бурильной колонны служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, создают необходимую жесткость в нижней части бурильной колонны и обеспечивают нагрузку на долото в заданных пределах.

Конструкция элементов бурильной колонны

Трубы бурильные ведущие представляют собой толстостенную трубу, имеющую в сечении квадратную, шестигранную или крестообразную форму с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода бурового раствора.

Наиболее распространены ведущие трубы с квадратным сечением. Шестигранные и крестообразные ведущие трубы применяются редко.

Ведущие трубы конструктивно выполняются в двух вариантах: сборными, составленными из трех деталей, и цельными.

Трубы бурильные ведущие (сборные), изготовляемые предпочтительно квадратного сечения, включают собственно трубу (штангу), верхний переводник (ПШВ) для соединения ведущей трубы с вертлюгом и нижний переводник (ПШН) для присоединения к бурильной колонне.

Свободный конец верхнего переводника для соединения с вертлюгом снабжен левой замковой резьбой; свободный конец нижнего переводника, предназначенный для соединения с бурильной колонной, имеет правую замковую резьбу.

Наиболее распространены ведущие трубы сборной конструкции вследствие простоты изготовления. Они выполняются в соответствии с ТУ 14-3-126-73 и нормалью Н 293-49 следующих размеров (по стороне квадрата): 65, 80, 115, 140 и 155 мм.

Наряду с ведущими трубами сборной конструкции промышленностью осваиваются цельнокатаные ведущие трубы. В этом случае конструкция предусматривает исключение резьбового соединения в местах присоединения верхнего и нижнего переводников с ведущей трубой.

Бурильные трубы. Бурильные трубы и соединительные муфты к ним изготовляются следующих размеров (условный наружный диаметр): 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140 и 168 мм с толщиной стенок от 7 до 11 мм.

В настоящее время существует несколько разновидностей бурильных труб, различающихся по конструктивному исполнению:

Трубы бурильные сборной конструкции с навинченными замками. Трубы этой конструкции изготавливаются двух видов (ГОСТ 631-75): трубы с высаженными внутрь концами и трубы с высаженными наружу концами. Бурильные трубы сборной конструкции с коническими блокирующими (стабилизирующими) поясками (ТБНК - трубы бурильные с высаженными наружу и ТБВК - трубы бурильные с высаженными внутрь концами), применяемые для уменьшения переменных напряжений в резьбовом соединении в опасном сечении по последнему витку резьбы труб. Иногда у стандартных бурильных труб вследствие безупорного резьбового соединения замка с трубой происходят усталостные поломки высаженных концов бурильных труб, особенно при роторном способе проводки скважин. В бурильных трубах с блокирующими (стабилизирующими) поясками за счет удлинения у замковых деталей цилиндр ческой выточки и обточки гладкого пояска на трубе вблизи резьбы достигает плотное сопряжение замка с трубой, навинчиваемого в горячем состоянии. Трубы бурильные с блокирующими поясками позволяют повысить предел выносливости по сравнению со стандартными трубами приблизительно на 40 %.