книги из ГПНТБ / Белоусов Д.И. Буровые установки

УДК 622.242(083)

Белоусов Д. И . , Рощупкпн В. И. Буропые установки. М., «Недра», 1973, 240 стр.

В справочнике рассматриваются буровые установил, предназ­ наченные для геофизического, структурно-поискового, эксплуата­ ционного и глубокого разведочного бурения скважин главным образом на нефть и газ. Даны технические характеристики, описание и кинематические схемы, позволяющие выбирать буровые установки в зависимости от поставленных задач, а также от геологических, климатических и географических условий района, в котором будет производиться бурение. Приведены сведения о псех применяемых и вновь создаваемых буровых установках для бурения па пефть и газ.

Особенностью настоящего справочника является унификация наименований и показателей технической характеристики для всех буровых установок, что дает возможность сравнивать установки между собой и при необходимости выбирать из них паиболее со­ ответствующие конкретным условиям бурения.

Справочник рассчитай на инженерно-технических работников предприятий бурения и нефтепромыслового машиностроения. Им также могут пользоваться учащиеся средних и высших учебных заведений нефтегазовой промышленности и геологоразведочных специальностей.

Иллюстраций 53, список литературы — 9 назв.

© Издательство «Недра», 1973

ВВЕДЕНИЕ

Возрастающее использование нефти и газа как экономичных видов топлива и сырья для нефтехимической промышленности требует дальнейшего ускоренного развития в нашей стране буровых работ, а следовательно, и нефтепромыслового машиностроения — создания

иосвоения буровых установок разных типов и назначения. Номенклатура буровых установок для геофизического, структур­

но-поискового, глубокого разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ широка и разнообразна. Сведения о буровых уста­ новках, уже применяемых и осваиваемых машиностроительными за­ водами или вновь проектируемых различными организациями, разбросаны по многим справочникам, каталогам и другим источникам, в связи с чем затруднены сравнение технических характеристик установок и выбор их для конкретных условий работы.

Авторы поставили задачу подобрать и объединить в одном спра­ вочнике имеющиеся в литературе и фондах проектных организаций

имашиностроительных заводов необходимые данные о применяемых

ивновь создаваемых буровых установках всех типоразмеров для геологоразведочного, эксплуатационного и глубокого разведочного бурения скважин в основном на нефть и газ.,, •,

Дополнительные сведения о буровых установках могут быть

уточнению отдельных параметров, а также в связи с возможным изменением веса отдельных узлов в процессе изготовления и изме­ нением комплектации буровой установки могут быть некоторые

(в паспорта, прилагаемые к буровой установке, вносятся все уточнен­ ные технические данные характеристики, а в литературные издания

Ниже приводятся термины и определения основных понятий, которые применяются в технике и технологии геологоразведочного, эксплуатационного и глубокого разведочного бурения.

Опорные скважины — скважины, которые бурят для изучения геологического строения и гидрогеологических условий крупных геоструктурньтх элементов (регионов), определения общих законо­ мерностей распространения комплексов отложений, благоприятных для нефтегазонакопления, с целью выбора наиболее перспективных направлений геологоразведочных работ на нефть и газ.

Параметрические скважины — скважины, которые бурят для изучения глубинного геологического строения и сравнительной оценки перспектив нефтегазоносности возможных зон нефтегазона­ копления, выявления наиболее перспективных районов, детальных геологопоисковых работ, а также для получения необходимых сведений о геолого-геофизической характеристике разреза отложений с целью уточнения результатов сейсмических и других геофизических исследований.

Структурные скважины — скважины, которые бурят для выявле­ ния и подготовки к поисково-разведочному бурению перспективных площадей (антиклинальные складки, зоны экранирования, выкли­ нивания и т. д.). Структурные скважины могут закладываться:

для подтверждения и подготовки площадей (структур) к поиско­ во-разведочному бурению, где решение этих задач геофизическими методами затруднительно и экономически нецелесообразно;

в сложных геологических условиях, в комплексе с геофизиче­ скими методами для уточнения деталей строения площади, просле­ живания нарушений, перерывов в осадконакоплении и др.;

в комплексе с геофизическими методами для установления воз­ раста разреза, а также получения данных о его физических пара­ метрах, проверки положения опорных горизонтов, выделенных по данным геофизических исследований.

Скважины этой категории, как правило, бурят до маркирующих

открытия новых месторождений нефти и газа на площадях, подго­ товленных геологопоисковыми работами (геологической съемкой, структурным бурением, геофизическими и геохимическими иссле­ дованиями или комплексом этих методов). Поисковые скважины закладывают также и на ранее открытых месторождениях для поис­ ков новых залежей нефти и газа. Задачей этих скважин является проверка предполагаемой нефтегазоносности складок (структур), благоприятных для залегания нефти и газа.

При бурении поисковых скважин отбирают керн на значительных интервалах глубины, не изученных ранее пробуренными в данном районе картировочными, структурными и другими скважинами.

Разведочные скважины — скважины, которые бурят на площадях с установленной промышленной нефтегазоносностыо с целью под­ готовки запасов нефти и газа промышленных категорий и сбора

4.

исходных данных для составления проекта (схемы) разработки залежи. Задачей этих скважин является уточнение контура нефте­ газоносное™ уже известных нефтяных месторождений и разведка новых (глубже или выше залегающих) горизонтов в этих место­ рождениях. При бурении разведочных скважин отбирают керн в интервалах глубин залегания продуктивных пластов в количестве, обеспечивающем достаточное освещение коллекторских свойств.

Скважины, которые бурят для разработки и эксплуатации зале­ жей нефти или газа, делятся на оценочные, эксплуатационные, нагнетательные и наблюдательные.

Оценочные скважины — скважины, которые бурят на разраба­ тываемую или подготовляемую к опытной эксплуатации залежь нефти с целью уточнения параметров и режима работы пласта, выявления и уточнения границ обособленных продуктивных полей, а также оценки выработки отдельных участков залежи, для дополни­ тельного обоснования рациональной разработки и эксплуатации залежи.

Эксплуатационные скважины предназначены для извлечения нефти и газа из одного или нескольких продуктивных пластов.

Нагнетательные скважины бурят для проведения воздействия на эксплуатируемый пласт с помощью закачки воды, газа или воздуха и других агентов.

Наблюдательные скважины бурят для осуществления системати­ ческого наблюдения за изменением давления, положения водонефтяного, газоводяного и газонефтяного контактов в процессе эксплуатации пласта.

Специальные скважины бурят для: сброса промысловых вод, ликвидации открытых фонтанов нефти и газа, подготовки структур для подземных газохранилищ и закачки в них газа; разведки и до­ бычи технических вод.

Картировочные скважины — скважины, которые бурят при про­ ведении геологической съемки в районах, где основные породы, по которым ведется картирование, скрыты слоем наноса и современных пород. Целью бурения этих скважин является проходка современных отложений и отбор образцов коренных пород, залегающих под ними. В связи с этим при бурении картировочных скважин по всей их глубине или на части ее (при приближении к коренным породам) отбирают керн.

Сейсмические скважины — скважины, которые бурят с целью проведения в них подземных взрывов для определения форм складок, образуемых залегающими в глубине пластами. Отраженные от места взрыва волны фиксируются приборами, записи которых позволяют установить глубины залегания пластов и углы их падения.

Буровая установка — это комплекс наземных сооружений, буро­ вого и энергетического оборудования, необходимый для бурения скважины.

Буровые установки должны соответствовать климатическим, геологическим и дорожным условиям, а также конструкциям скважин

5

и целям бурения — геофизического, структурно-поискового, экс­ плуатационного и глубокого разведочного бурения. В связи с этими многообразными условиями бурения существует два параметри­ ческих (размерных) ряда:

1)буровые установки для геологоразведочного бурения на нефть

игаз;

2)буровые установки для эксплуатационного и глубокого раз­ ведочного бурения.

Каждый ряд буровых установок состоит из большого числа типоразмеров установок в зависимости от условий бурения и области применения.

Взависимости от назначения и конструкции скважин буровая установка каждого типа характеризуется грузоподъемностью, уста­ новленной мощностью, параметрами насосной группы (если бурениеведется с промывкой забоя) или компрессорной установки (если

бурение ведется с продувкой забоя воздухом), скоростями подъема и вращения бурильной колонны, оснащенностью контрольно-изме­ рительными приборами и степенью механизации и автоматизации трудоемких и тяжелых процессов.

В настоящем справочнике рассматриваются буровые установки, применяемые в нефтегазовой промышленности,

1. Установки для бурения геофизических и структурно-поиско­ вых скважин вращательным способом — вращение бурильной ко­ лонне передается вращателем роторного или шпиндельного типа,

аочистка забоя скважины от разбуренной породы осуществляется:

—промывкой глинистым раствором или технической водой, подаваемыми на забой под давлением одним или несколькими насосами,

—продувкой сжатым воздухом, подаваемым на забой воздушным компрессором;

—шнеками.

2.Установки для бурения эксплуатационных и глубоких разведочных скважин вращательным способом — вращение буриль­ ной колонне передается вращателем роторного типа или вращение нородоразрушающего инструмента осуществляется непосредственно турбобуром или электробуром, а забой от разбуренной породы очищается промывкой глинистым раствором или технической водой, подаваемыми на забой под давлением несколькими буровыми насо­ сами.

Оборудование буровой установки можно разбить на следующиегруппы:

1) спуско-подъемное оборудование — буровая лебедка, кронблок,. талевый блок, крюк или другое оборудование, их заменяющее;

2)оборудование, с помощью которого забой очищается от раз­ буренной породы, — буровые насосы с манифольдом (бурение с про­ мывкой забоя), компрессорные установки (бурение с продувкой забоя) и т. д.;

3)оборудование для вращения инструмента — ротор, вертлюг,, турбобур и электробур или оборудование, их заменяющее;

6

4)силовой привод для приведения в действие всех исполни­ тельных механизмов;

5)оборудование для механизации и автоматизации спускоподъемных операций, подачи долота на забой, приготовления и очи­ стки промывочного раствора (бурение с промывкой забоя) и других

трудоемких и тяжелых процессов;

6)оборудование для герметизации устья скважины;

7)контрольно-измерительные приборы;

8)вышка и буровые сооружения.

Каждая буровая установка характеризуется схемами транспорти­ рования, монтажа и монтажно-транспортной базой. Установки для бурения скважин на нефть и газ подразделяются на самоходные (большинство легких установок для бурения геофизических и струк­ турных скважин) и несамоходные (установки для поискового, эксплуатационного и глубокого разведочного бурения).

Для несамоходных буровых установок характерны блочная или поагрегатная схемы транспортирования и монтажа. Блочный метод монтажа и транспортирования буровых установок практически подразделяют на крупноблочный и мелкоблочный.

Крупноблочный метод применяется, когда буровая установка собирается из отдельных блоков и разбирается на отдельные блоки, каждый из которых объединяет несколько агрегатов и узлов буровой установки и является отдельной транспортабельной монтажной единицей, которая перевозится специальными транспортными сред­ ствами, как правило, только по открытой местности.

Крупный блок представляет собой основание, состоящее из нескольких жестко соединенных (например, болтами или быстросъемными соединениями) между собой отдельных цельносварных металлоконструкций — ферм, на котором смонтирована группа агре­ гатов и других узлов буровой установки.Основанием может быть также отдельная цельносварная пространственная металлоконструкция.

Крупные блоки можно перевозить только по бездорожью (по открытой местности) на специальных транспортных средствах (напри­ мер, на тяжеловозах, подкатных тележках на гусеничном или пневмоколесном ходу). Крупноблочный метод используется в районах со спокойным рельефом. На трассе следования крупного блока не должны встречаться промышленные или гражданские сооружения и другие препятствия, мешающие передвижению блока.

Мелкоблочный метод применяется, когда буровая установка собирается из отдельных блоков и разбирается на отдельные блоки. Каждый блок представляет собой основание, на котором смонтиро­ ваны один или несколько узлов буровой установки, и является отдельной транспортабельной монтажной единицей, перевозимой универсальными транспортными средствами по железной и шос­ сейной дорогам, а также специально приспособленными средствами воздушного транспорта.

Мелкий блок состоит из основания, представляющего собой не­ сколько жестко соединенных (например, болтами или быстросъемными

7

соединениями) между собой отдельных цельносварных металло­ конструкций — ферм, на котором смонтированы один или не­ сколько узлов буровой установки. Основанием может быть также отдельная цельносварная пространственная металлоконструкция. Предельные размеры мелких блоков определяются транспортными

Поагрегатный метод применяется, когда буровая установка, включая металлоконструкции, собирается из отдельных агрегатов, секций и элементов и разбирается на отдельные агрегаты, секции и элементы, которые по габаритным размерам и весу допускают перевозку универсальными транспортными средствами (на авто­ мобилях, по железной дороге и воздушным транспортом).

Возможные методы монтажа и транспортирования буровой уста­ новки обязательно предусматриваются при ее создании.

Максимальной грузоподъемностью буровой установки называется предельно допустимое значение нагрузки на крюке, которое не должно быть превышено в процессе всего цикла проходки скважины независимо от вида и продолжительности выполняемой операции. Максимальная грузоподъемность является исходной при расчете

Номинальная грузоподъемность буровой установки соответствует нагрузке на крюке от наибольшего веса бурильной колонны и опре­ деляет глубину бурения, а также является основной нагрузкой при расчете узлов и деталей подъемной части установки на выносливость.

Установленная мощность буровой установки есть суммарная мощность привода основных исполнительных механизмов: буровой лебедки, ротора и буровых насосов или компрессоров.

Силовой привод — источник энергии, приводящей в действие исполнительные механизмы и устройства. Силовой привод является неотъемлемой частью любого приводного механизма, определяющей его технические параметры, конструкцшо и во многом эксплуатаци­ онные свойства.

Буровые установки оснащаются автономным или зависимым силовым приводом.

Автономный силовой привод — это самостоятельный энергети­ ческий источник, например, дизельный, дизель-гидравлический или дизель-электрический и т. д.

Зависимый силовой привод — это электрический привод; его питание электроэнергией осуществляется от энергетических электро­ систем общего назначения.

Главный привод буровой установки — привод основных исполни­ тельных механизмов: буровой лебедки, ротора и буровых насосов или компрессоров. В рассматриваемых буровых установках главными приводами являются: дизельные, дизель-гидравлические, дизель-

8

электрические или электрические, кроме геологоразведочных буро­ вых установок УРБ-1С, УРБ-1В, УРБ-2А и УРБ-2А2, в приводе которых используются бензиновые двигатели, а также буровой установки Уралмаш ЗДГТП-Н, имеющей газотурбинный привод. Привод основных исполнительных механизмов буровой установки может быть групповым, раздельным или смешанным (раздельногрупповым) .

Г р у п п о в о й п р и в о д — это общий привод для всех основ­ ных исполнительных механизмов (буровая лебедка, ротор и буровые насосы или компрессоры) буровой установки.

Р а з д е л ь н ы й п р и в о д — это привод, при котором каж­

торые из основных исполнительных механизмов (ротор, буровые насосы или компрессоры) буровой установки приводятся в действие отдельными двигателями.

Силовой дизель-гидравлический агрегат является силовой частью буровой установки, имеющей дизель-гидравлический привод. Сило­ вой дизель-гидравлический агрегат состоит из двигателя (дизеля), системы охлаждения, трубопроводов, электросистемы, турботрансформатора, соединительной муфты и рамы.

Турботрансформатор предназначен для автоматического преобра­ зования крутящего момента и скорости вращения ведомого вала трансмиссии в зависимости от нагрузки на исполнительном меха­ низме. Турботрансформатор соединяет ведущий вал двигателя с расположенным по одной оси с ним ведомым валом трансмиссии, передавая вращение ведомому валу трансмиссии при помощи зам­ кнуто циркулирующей в турботрансформаторе жидкости, без меха­ нического соединения валов.

Лебедка буровая предназначена для проведения спуско-подъемных операций, удержания бурильной колонны на весу, регулирования

в процессе бурения, а также для привода ротора при отсутствии его индивидуального привода.

Ленточный тормоз буровой лебедки является главным тормозом лебедки и предназначен для торможения барабана при спуске бу­ рильной колонны и удержания ее на весу, а также при подаче ин­ струмента на забой во время бурения.

Гидродинамический тормоз — вспомогательный тормоз, автома­ тически ограничивающий скорость спуска бурильных или обсадных труб за счет поглощения части энергии, возникающей при их спуске; на долю главного (ленточного) тормоза лебедки остается остановка движения колонны труб.

Гидравлический тормоз облегчает бурильщику управление лен­ точным тормозом и способствует уменьшению износа тормозных колодок и шкивов главного тормоза.

9