книги / Электромонтер по обслуживанию буровых установок

Бак С. И., Читипаховян С. П. Электромонтер по обслуживанию буровых установок. Учебник для учащихся профтехобразования и рабочих на произ­ водстве.— М.: Недра, 1984, 287 с.

Основное внимание уделено электроприводу буровых установок, его ме­ ханическим характеристикам и схемам управления, системе релейной защиты и автоматики, пускорегулирующей аппаратуре основных и вспомогательных механизмов буровой установки. Рассмотрены вопросы монтажа, наладки и эксплуатации электрооборудования. Изложена техника безопасности при об­ служивании электроустановок. Приведены необходимые справочные дан­ ные по электродвигателям и пускорегулирующей аппаратуре.

Для учащихся профтехобразования, а также для подготовки и повыше­ ния квалификации электромонтеров по обслуживанию электрооборудования буровых установок.

Табл. 34, ил. 126, список лит.— 9 назв.

Ре ц е н з е н т ы : В. Д . Кудинов (Миннефтепром),

Я.Я. Тиньков (объединение Башнефть)

2504030300—162

043(01)—84 213—84

© Издательство «Недра», 1984

ПРЕДИСЛОВИЕ

Буровые установки — сложные технологические объекты нефтяной промышленности, насыщенные разнообразным элек­ трооборудованием. Высокая степень электрификации буровых установок и рост буровых работ в нашей стране обусловливают быстрый рост потребления электрической энергии в отрасли. Около 60 % глубокого бурения осуществляется буровыми уста­ новками, имеющими электропривод.

Обслуживание электрооборудования буровых установок имеет свои специфические особенности, связанные с условиями эксплуатации его на открытом воздухе в различных климатиче­ ских условиях при резких колебаниях температуры окружаю­ щей среды в течение суток.

Электромонтерам, готовящимся к обслуживанию электро­ оборудования буровых установок, придется столкнуться с элек­ тродвигателями 6 и 0,4 кВ, комплектными распределительными устройствами, станциями управления и другой пускорегули­ рующей аппаратурой, релейной аппаратурой, кабельной про­ дукцией, осветительными приборами и электрическими сетями. Грамотная эксплуатация такой обширной номенклатуры элек­ трохозяйства буровой установки требует от электротехниче­ ского персонала досконального знания как особенностей са­ мого электрооборудования, так. и Правил технической эксплу­ атации электроустановок потребителей и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

Учебник состоит из 10 глав, в которых последовательно из­ лагаются необходимые теоретические вопросы по электротех­ нике, электрическим машинам, электрическим сетям, ав­ томатике и измерению, светотехнике с описанием основного электрооборудования буровых установок, способы и методы его обслуживания и монтажа. Рассмотрены вопросы техники без­ опасности при обслуживании электрооборудования буровых установок. На наш взгляд, изложенный в учебнике комплекс вопросов поможет электромонтерам изучить электрооборудова­ ние буровых установок и окажет помощь в его грамотной эк­ сплуатации.

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

§ 1. КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИН И СПОСОБЫ БУРЕНИЯ

Конструкция скважин

Скважиной называется цилиндрическая горная выработка малого по сравнению с ее длиной диаметра, проводимая без доступа в нее человеком. Начало скважины у поверхности земли называется устьем, дно скважины — забоем.

При бурении нефтяных и газовых скважин необходимо кре­ пить их стенки, что дает возможность: укрепить стенки сква­ жин, сложенные недостаточно устойчивыми горными породами; разобщить нефтеносные или газоносные пласты друг от друга, а также от водоносных пород.

Крепление стенок скважин позволяет создавать долговечный

игерметичный канал, по которому нефть или газ поднимаются

сзабоя до устья скважины без потерь. Пласты разобщают при помощи специальных труб, которые называются обсадными. Так как одно крепление стенок скважины обсадными трубами не создает разобщения пластов, то затрубное пространство за­ полняют цементным раствором при помощи специального це­ ментировочного оборудования и приспособлений. Этот процесс называется цементированием скважины.

Число спущенных в скважину обсадных колонн, размеры колонн (наружный диаметр, длина), диаметры ствола под каж­ дую колонну, местоположение интервалов цементирования (глубина верхней и нижней границ) определяют понятие кон­ струкции скважины.

Конструкции скважины выбираются в соответствии с Ме­ тодическими указаниями по выбору конструкций нефтяных и газовых скважин, проектируемых для бурения на разведочных и эксплуатационных площадях, утвержденных Миннефтепромом в 1973 г.

В конструкции скважины используют следующие типы об­ садных колонн:

1) направление —для крепления верхнего интервала, сло­ женного неустойчивыми отложениями. Предназначено для предотвращения размыва устья скважины;

2) кондуктор — для крепления верхних неустойчивых ин­ тервалов разреза, изоляции водоносных горизонтов от загряз­

изоляции вышележащих зон геологического разреза, несовмес­ тимых по условиям бурения с нижележащими. Служит для предотвращения осложнений и аварий в скважине при бурении последующего интервала. В благоприятных условиях промежу­ точную колонну можно использовать в качестве эксплуатаци­ онной;

4) эксплуатационная колонна —для крепления и разобще­ ния продуктивных горизонтов и изоляции их от других горизон­ тов геологического разреза. Предназначена для извлечения нефти или газа на поверхность.

Целевое назначение скважин может быть различным. Все скважины, бурящиеся с целью исследований, поисков, разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений или залежей, подразделяются на следующие категории:

1)опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных районов, определения общих закономерно­ стей распространения отложений, благоприятных для нефтегазонакоплений;

2)параметрические скважины бурят для изучения глубин­ ного геологического строения и сравнительной оценки перспек­

тив нефтегазоносности возможных зон нефтегазонакопления;

3)структурные скважины бурят для выявления и подго­ товки к поисково-разведочному бурению перспективных пло­ щадей;

4)поисковые скважины бурят на площадях, подготовлен­ ных геологопоисковыми работами с целью открытия новых ме­ сторождений нефти и газа;

5)разведочные скважины бурят на площадях с установ­ ленной промышленной нефтегазоносностью с целью подготовки запасов нефти и газа промышленных категорий и сбора исход­ ных данных для составления проекта (схемы) разработки за­ лежи;

6)эксплуатационные скважины бурят для разработки и

эксплуатации залежей нефти и газа; 7) 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 добычи технических вод.

Способы бурения скважин

Способы бурения можно классифицировать по характеру воздействия на горные породы: механическое, термическое, фи­ зико-химическое, электроискровое и т. д.

В настоящее время широко применяют только механические способы. Механическое бурение осуществляется ударным, вра­ щательным и ударно-вращательными способами.

Ударный способ бурения в СССР распространен только при геологоразведочных работах на воду и твердые полезные ис-

копаемые, при инженерно-геологических изысканиях и некото­

няют исключительно вращательный способ бурения* При этом способе бурения скважина как бы высверливается непрерывно вращающимся долотом. Разбуренные частицы пор°Ды в ВР°“ цессе бурения выносятся на поверхность непрерывно циркули­ рующей струей промывочной жидкости или нагнетаемым в скважину воздухом или газом. В зависимости от местона­ хождения двигателя вращательное бурение разделяют на ро­ торное— двигатель находится на поверхности и приводит во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб и бурение с забойным двигателем (турбинное или при по­ мощи электробура)— двигатель перенесен к забою скважины

и устанавливается над долотом.

Процесс бурения состоит из следующих операций: спуско­ подъемных работ (опускание бурильных труб с долотом в сква­ жину до забоя и подъем бурильных труб с отработанным до­ лотом из скважины) и работы долота на забое (разрушение породы долотом). Эти операции периодически прерываются для спуска обсадных труб в скважину, чтобы предохранить стенки скважины от обвалов и разобщения нефтяных (газо­ вых) и водяных горизонтов.

Одновременно в процессе бурения скважин выполняется ряд вспомогательных работ: отбор керна, приготовление промывоч­ ной жидкости (раствора), каротаж, замер кривизны, освоение

полнительных (аварийных) работах. Схема буровой установки

желобчатой). Она называется ведущей бурильной трубой. Ве­ дущая труба проходит через отверстие круглого стола роторл и при бурении скважины по мере углубления забоя опускается вниз. Ротор помещается в центре буровой вышки. Бурильные трубы и ведущая труба внутри полые. Ведущая труба верхним концом соединяется с вертлюгом. Нижняя часть вертлюга, сое­ диненная с ведущей трубой, может вращаться вместе с колон­ ной бурильных труб, а его верхняя часть всегда неподвижна.

К отверстию (горловине) неподвижной части вертлюга при­ соединяется гибкий шланг, через который в процессе бурения закачивается в скважину промывочная жидкость при помощи буровых насосов. Последняя, пройдя квадратную ведущую трубу и всю колонну бурильных труб, попадает в долото и че­ рез отверстия в нем устремляется на забой скважины, (при бу- 6

Рис. 1. Схема буровой установки для глубокого вращательного бурения:

рении турбинным способом промывочная жидкость вначале по­ ступает в турбобур, приводя его вал во вращение, а затем в до­ лото) .

Выходя из отверстий в долоте, жидкость промывает забой, подхватывает частицы разбуренной породы и вместе с ними через кольцевое пространство между стенками скважины и бу­ рильными трубами поднимается наверх, где направляется

мывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механи­ зации спуско-подъемных операций, контрольно-измерительные приборы и вспомогательные устройства. В комплекс буровой 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

минимальное количество типоразмеров буровых установок, ко­ торое способно обеспечить все цели бурения в различных ус­ ловиях с высокими технико-экономическими показателями. Нор­ маль не может быть постоянной: по мере совершенствования техники и технологии бурения она должна пересматриваться, чтобы удовлетворять современным требованиям бурения.

Основным параметром в классификации буровых установок принята грузоподъемность, которая наиболее полно характе­ ризует установку в целом. Различают номинальную и макси­ мальную грузоподъемность. Номинальная грузоподъемность установки соответствует наибольшей допустимой нагрузке на крюке от веса вертлюга и бурильного инструмента и опреде­ ляет максимальную глубину бурения.

Максимальная грузоподъемность установки соответствует нагрузке на крюке, которая может возникнуть при аварийных ситуациях, а также при спуске обсадной колонны, более тя­ желой, чем бурильная, и является кратковременной. Макси­ мальная грузоподъемность на 60—70 % выше номинальной.

Буровые установки нормального ряда Н900-66 в зависимо­ сти от номинальной грузоподъемности подразделяют на пять основных классов: БУ-50, БУ-80, БУ-125, БУ-200 и БУ-250. Кроме того, нормалью предусмотрено два дополнительных класса БУ-100 и БУ-160, которые являются модификациями буровых установок соответственно классов БУ-80 и БУ-125. Бу­ ровые установки каждого класса в зависимости от привода подразделяют на дизельные, дизель-гидравлические, электри­ ческие и дизель-электрические.

Основные параметры буровых установок, определенные нормалью Н900-66, приведены в табл. 1.

В табл. 2 приведены технические характеристики буровых установок для бурения скважин на нефть и газ, выпускаемых в нашей стране. Буровую установку для бурения конкретной скважины или группы скважин выбирают по номинальной гру­ зоподъемности, которая не должна превышать наибольший вес (в воздухе) применяемой бурильной колонны. При этом сле­ дует проверять также и соответствие наибольшей массы спус­ каемой обсадной колонны величине максимальной грузоподъ­ емности установки с учетом 15 % перегрузки.