Оборудование для бурения нефтяных и газовых месторождений
3. Буровое оборудование
Бурение скважины может быть достигнуто посредством вовлечения в процесс специального оборудования, функционально объединенного одной задачей и технологически составляющего единый комплекс - буровая установка.
Вышка является грузоподъемным сооружением, для чего снабжается специальной полиспастной (талевой) системой. В нее входят: кронблок, талевый блок, крюк и металлический канат. Кронблок и талевый блок - система не перемещающихся и перемещающихся шкивов, через которые переброшен канат. Один конец каната закреплен неподвижно (мертвый конец), второй - укрепляется на барабане лебедки.
Работа талевой системы основана на известном правиле механики. при подъеме груза с помощью блока выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии. Нас в данном случае интересует выигрыш в силе, поскольку непосредственный подъем груза значительной массы требует больших затрат мощности. К талевому блоку крепится крюк, на который подвешивается груз, спускаемый в скважину или поднимаемый из нее. В большинстве случаев - это колонна бурильных труб, к самому низу которой крепится долото.
Лебедка - механизм, предназначенный для намотки свободного (ходового) конца талевого каната, и осуществления за счет этого спускоподъемных операций. Главным узлом лебедки является барабан, вращательное движение которому сообщает специальный привод. Скорость вращения барабана регулируется пневматическим или ручным тормозом.
Ротор - механизм, осуществляющий вращение труб при бурении скважин, а также их свинчивание и развинчивание. Состоит из корпуса, в котором на подшипниках установлен вращающийся стол. Стол имеет отверстие квадратной формы, в которое вставляется первая труба бурильной колонны и имеющая квадратное сечение. Такая конструкция трубы и стола обеспечивает их надежный контакт.
Рисунок -3. Буровая установка для роторного бурения:
а--наземное оборудование; б--устье скважины и оборудование под полом вышки; /--буровая вышка; 2--полати; 3--линия выхода бурового раствора из скважины; 4 -- место бурильщика; 5 -- вибрационное сито;6--буровая лебедка; 7 -- основные двигатели; 8--приемная емкость бурового насоса; 9--буровой насос; 10--главная передача (трансмиссия) от двигателей к лебедке и буровому насосу; // -- привод к ротору от основного двигателя; 12 -- подвышенное основание; 13 -- стол ротора; 14 -- пол вышки; 15 -- стояк и буровой шланг; 16--ведущая труба; 17-- вертлюг; 18 -- крюк;19 -- четырех шкивный талевый блок; 20 -- талевый канат;21 -- пятишкивный кронблок; 22 -- разрез пола вышки; 23, 30--верхний и нижний гидравлические превенторы; 24-- выводные отверстия с клапанами и штуцерами для бурового раствора (верхний превентор закрыт); 25--кондуктор (первая колонна обсадных труб); 26--утяжеленная бурильная труба (УБТ); 27-- долото; 28 -- бурильная труба; 29 -- цементное кольцо между обсадными трубами и стенкой скважины. Стрелками показано направление потока бурового раствора.
Вращение стола осуществляется через коническую пару шестерен, одна из которых связана с карданным валом привода, вторая - со столом.
Насос - гидравлическая машина, осуществляющая подачу жидкости (ее называют промывочной) в скважину в процессе бурения. При этом достигаются следующие цели: напор струи жидкости воздействует на породу в области долота, что способствует ее разрушению; выбуренная порода захватывается струей жидкости и выносится на поверхность. В качестве промывочной жидкости используется вода с различными присадками и глинистый раствор.
Насос состоит из двух узлов - гидравлического и механического. Гидравлический узел включает в себя два (или три) цилиндра, в которых совершают возвратно-поступательное движение поршни. Клапаны, установленные в цилиндрах, обеспечивают поочередный впуск и выброс жидкости, а воздушный колпак сглаживает пульсирующий характер подачи жидкости.
Перемещение поршней обеспечивает механический узел, представляющий собой редуктор с кривошипно-шатунным механизмом. Последний преобразовывает вращательное движение в возвратно-поступательное движение поршней. Механический узел включает в себя шкив, кривошип (коленвал), шатун, крейцкопф. Крейцкопф обеспечивает передачу усилий от шатуна к штоку поршня строго по оси поршня.
Насос в целях безопасности, обязательно должен быть укомплектован предохранительным клапаном, который монтируется на нагнетательном трубопроводе и предотвращает создание в насосе и в трубопроводе давления выше критического.
Система очистки промывочной жидкости предназначена для очистки выходящей из скважины промывочной жидкости, несущей частицы выбуренной породы и других примесей и подготовки жидкости для повторного использования. Система укомплектовывается специальными ситами для очистки жидкости от выбуренной породы, дегазаторами для отделения газа, емкостью для сбора очищенной жидкости.
Элеватор служит для подъема бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ). Элеватор представляет собой устройство типа хомута, которое защелкивается на трубе, что позволяет поднимать бурильную колонну из скважины.
Рисунок 4 - Элеваторы:
а - для бурильных труб; б - для обсадных труб; в - для НКТ.
Обычно Превенторы -это клапаны, которые можно закрыть в любой момент при обнаружении газоводо-нефтепроявлений.
Превенторы бывают трех видов:
1) универсальные превенторы, которые изготовлены так, чтобы закрыться на трубе любого размера и формы, спущенной в скважину. Они обычно закрываются, когда скважине угрожает выброс;
2) трубные плашки двух видов: с постоянным и переменным диаметрами. Плашки с постоянным диаметром предназначены для бурильных труб одного типоразмера и могут использоваться во время бурения. Плашки переменного диаметра предназначены для уплотнения различных типоразмеров труб;
3) глухие и срезающие плашки. Глухие плашки применяют для закрытия скважины, в которой нет бурильной колонны или обсадных труб. Срезающая плашка -- разновидность глухой плашки, которая может срезать трубу и перекрыть открытую скважину.
Вертлюг - узел, обеспечивающий подачу промывочной жидкости к буровому долоту через колонну бурильных труб в процессе ее вращения. Для этой цели вертлюг выполнен из двух частей - неподвижной и подвижной. Неподвижная часть соединена с помощью бурового шланга со стояком, по которому подается промывочная жидкость, а подвижная - через квадрат с вращающейся бурильной колонной.
Рисунок 5 - вертлюг:
1 - Штроп; 2 - Отвод штропа; 3 - Крышка; 4 - плавающая сменная самоустанавливающаяся труба; 5 - Верхний ряд конических роликов (подшипник); 6 - Кронштейны с амортизаторами; 7 - Основной нижний подшипник; 8 - Внутреннее кольцо нижнего радиального подшипника.
Ключ АКБ-3М устанавливается между лебедкой и ротором на специальном фундаменте. Блок ключа- основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, которая перемещается при помощи двух пневматических цилиндров по направляющим: либо к бурильной трубе, либо от нее.
Пневматический клиновой захват ПКР-560 служит для механизированного захвата и освобождения бурильных и обсадных труб. Он монтируется в роторе и имеет четыре клина, управляемых с пульта посредством пневмоцилиндра.
Ключ ПБК-1 подвешивается на канате. Высота его подвески регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления.
Пневматический клиновой захват ПКР-560 служит для механизированного захвата и освобождения бурильных и обсадных труб. Он монтируется в роторе и имеет четыре клина, управляемых с пульта посредством пневмоцилиндра.