Оборудование буровой установки для бурения скважин

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.

Наземная буровая установка для разведки и разработки месторождений нефти и газа в общем виде включает следующее оборудование:

Содержание

Характеристики буровых установок [ править | править код ]

• Назначение буровой установки
• Грузоподъёмность/глубина бурения
• Тип привода
• Способ бурения
• Тип шасси (для самоходных установок)
• Крутящий момент (кНм)

Применение буровых установок [ править | править код ]

• Бурение неглубоких (до 25 метров) скважин небольшого диаметра (76—219 мм) при сейсморазведке и инженерных изысканиях.
• Бурение скважин средней глубины (до 600 м) — структурных и поисковых скважин на твёрдые полезные ископаемые.
• Бурение глубоких (до 6000 м) разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.
• Капитальный ремонт и испытания скважин на нефть и газ.
• Бурение скважин на воду.
• Бурение неглубоких (до 32 м) скважин большого диаметра (до 1,5 м) для строительства буронабивных свай (свайные фундаменты).
• Бурение взрывных скважин на открытых горных выработках и в шахтах.
• Сверхглубокое бурение (до 15 000 м) разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ. (В России первая сверхглубокая скважина была пробурена глубиной 12 262 метров на Кольском полуострове).

Органоструктура буровых установок [ править | править код ]

• Исполнительные органы (вышка, буровая лебёдка, СВП, ротор, талевая система, буровой насос…)
• 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)

Классификация буровых установок [ править | править код ]

• 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 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:

Буровая вышка [ править | править код ]

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) и толстостенные бурильных труб (ТБТ).
• 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.

Буровой лафет [ править | править код ]

Буровой лафет — навесное буровое оборудование. Устанавливается на мини экскаваторы, а также гидравлические экскаваторы с общей массой от 10 тонн посредством различных соединений. Буровой лафет, как правило, состоит из ходового механизма (чаще всего с гусеничным ходом) с двигателем для передвижения (для самоходных машин), и встроенного гидравлического механизма для подачи вперед (тяги) и бурового функционирования (аксиальное и радиальное движение штанг). Навесной буровой лафет применяется при работах по частичному упрочнению грунтов, а также при бурении пневмоударником или на отбор керна, также для анкерного бурения, бурения скважин под сваи и столбы, для сооружения скважин на воду.

СВП и Ротор [ править | править код ]

Ротор предназначен для вращения бурильного инструмента и поддержания колонны бурильных труб при бурении скважины. При этом для возможности вращения бурильного инструмента используется вертлюг. СВП объединяет в себе функции ротора и вертлюга.

Буровая лебедка [ править | править код ]

Буровая лебёдка является основным механизмом спуско-подъёмного комплекса буровой установки. Буровая лебёдка предназначена для выполнения следующих операций технологического процесса строительства скважин:

• спуск и подъём буровых труб.
• спуск обсадных труб.
• подача инструмента на забой.
• передача вращения ротору при отсутствии индивидуального привода ротора.
• придание ускорения инструменту (ударному долоту, желонке и т. д.).
• аварийный подъём инструмента.

Талевая система [ править | править код ]

Талевая (полиспастовая) система или оснастка буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебёдки 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, 6×7.

Крюкоблоки [ править | править код ]

Буровые крюки (крюкоблоки) изготовляют в виде отдельных крюков или крюков, соединенных с талевым блоком (крюкоблоки) Крюк посредством серьги соединяется с талевым блоком и предназначен он для подвешивания бурильных труб при помощи элеватора в процессе их спуска и подъема и для подвешивания бурильных труб при помощи вертлюга или СВП во время бурения.

Вертлюги [ править | править код ]

Вертлюг — один из основных узлов механизма подачи бурового раствора, несёт на себе наибольшую нагрузку в процессе бурения и от его надёжности 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.

Буровые насосы [ править | править код ]

Буровые насосы предназначены для обеспечения процесса промывки при пробуривании скважины, нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса её на поверхность, охлаждения долота и приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа. Различают насосы следующих типов — двухпоршневые насосы двойного действия и трёхпоршневые насосы одностороннего действия.

Наиболее полно требованиям технологии бурения соответствуют трёхпоршневые насосы одностороннего действия, которые обеспечивают наименьшую степень неравномерности давления на выходе и наименьший износ клапанов и штоков поршня в сравнении с двухпоршневыми насосами двухстороннего действия.

Циркуляционные системы [ править | править код ]

Система циркуляции бурового раствора (ЦС) представляет собой комплекс механизмов и оборудования, входящий в состав буровой установки и предназначена:

• для приготовления бурового раствора заданной плотности, состава и качества.
• для очистки бурового раствора от выбуренной породы.
• хранения запаса бурового раствора.
• дегазации бурового раствора (при необходимости).
• химической обработки бурового раствора.
• долива и подачи раствора в скважину.
• удаления шлама.

Комплекс ЦС включает следующее оборудование для очистки промывочной жидкости — вибросито, пескоотделитель, илоотделитель, центрифугу и дегазатор, которые, имея различную степень очистки бурового раствора, позволяют подготовить шлам к утилизации.

Современные буровые установки для бурения на нефть и газ в России производят всего два предприятия – это «ВЗБТ» и «Уралмаш» (УЗТМ).

ОАО «Уралмаш» для работ по разведочному бурению предлагает несколько буровых установок с предельной глубиной бурения от 2,5 до 2,9 тыс.м. и грузоподъемностью до 175 т. Мобильные/передвижные установки перевозятся с помощью тягачей типа МАЗ-537 или КЗКТ-7428.

Одни из самых распространенных установок

• БУ-2500/160 ДП-БМ. Дизельный двигатель. Оснащается наклонной вышкой. Блочно-модульная конструкция.
• БУ-2900/175 ЭР-П. Электродвигатель с регулируемым приводом. Передвижная.
• БУ-2500/160 ДЭ-П. Дизель-электрический двигатель. Передвижная.

Для бурения эксплуатационных газовых и нефтяных скважин применяются блочно-модульные кустовые буровые установки с максимальной глубиной бурения до 4,5 тыс.м. и грузоподъемностью до 270 т.

• БУ-3900/225 ЭПК(ДЭП)-БМ
• БУ-4000/250 ЭПК(ДЭП)-БМ
• БУ-4500/270 ЭПК(ДЭП)-БМ

Они уже успешно работают на территориях Западной и Восточной Сибири, в Сургуте. Привод тиристорный. Способ бурения – турбинный или роторный. Питание к установкам подается от электросети переменного тока (ЭПК) или от дизель-электростанции (ДЭП) с мощностью от 1000 кВт. Температурный режим работы составляет от -45 до +40 С.

Все оборудование, как основное, так и вспомогательное, поставляется производителем в полной готовности и представляет собой модульную систему. Внутри самих буровых установок все предназначено для комфорта и удобства работы. Видеокамеры позволяют обслуживающему персоналу контролировать весь процесс бурения. Для управления предусмотрены переключатели, удобные современные джойстики с пультами управления, а не классические и привычные для бурильщика рукоятки. Очистка бурового раствора осуществляется с помощью 4-х ступенчатых, экологически чистых циркуляционных систем. Буровые установки, производимые заводом «Уралмаш» уже вышли на мировой уровень, они сертифицированы и соответствуют современному стандарту ISO9001. Самой массовой установкой на данный момент считается БУ-3900/225 ЭПК-БМ, с условной глубиной бурения до 3,9 тыс.м. и грузоподъемностью 225 тонн, привод электрический от электросети переменного тока. В ее разработке участвовали специалисты нефтяных компаний, чтобы она максимально соответствовала их требованиям. Можно с уверенностью сказать, что российские буровые установки гораздо больше подходят к нашим условиям эксплуатации, нежели зарубежные аналоги.

Основные характеристики БУ-3900/225 ЭПК-БМ

• Допускаемая нагрузка на крюке: 2250 кН
• Условная глубина бурения: 3900 м.
• Высота основания (отметка пола буровой): 7,5 м.
• Тип привода: электрический, регулируемый, от постоянного тока
• Масса буровой установки: 1100 т.
• Вышка: А-образная, секционная
• Оснастка талевой системы: 5х6
• Полезная высота вышки: 45 м.
• Номинальная длина бурильной свечи: 24-25 м.
• Основание: блочно-модульное
• Расчетная мощность лебедки на входном валу: 750 кВт
• Вертлюг
• Статическая грузоподъемность вертлюга: 2500 кН
• Максимально-допустимое давление промывочной жидкости: 32 МПа
• Ротор: Р-700 с ПКР 560М
• Расчетная мощность привода ротора: 630 кВт
• Диаметр отверстия в столе ротора: 700 мм
• Допускаемая статическая нагрузка: 2500 кН
• Насос: ВНБТ-950
• Мощность насоса: 950 кВт
• Максимальная подача: 46 л/с
• Максимальное давление: 32 МПа
• Циркуляционная система*
• Общий полезный объем циркуляционной системы: 168 куб.м.
• Количество ступеней очистки: 4

Классификация буровых установок

Разведочное и эксплуатационное бурение на нефть и на газ в нашей стране в более чем половине случаев осуществляется с помощью буровых установок с дизельным приводом. Все это потому, что работы ведутся в тех районах, где электричества отсутствует в радиусе нескольких сотен километров. Дизельный приводы постоянно совершенствуются, растет их мощность и техническая составляющая. Но кроме основного бурового инструмента, энергии требуют и обслуживающее освещение, и такие агрегаты как компрессоры, центробежные насосы. Для этих целей каждая буровая установка комплектуется дизельной электростанцией на 100-200 кВт мощности. Обслуживают их специалисты по дизельный двигателям и электрики.

ЭПК установки, т.е. те, что питаются от электросети, имеет ряд преимуществ перед дизельными аналогами. В первую очередь – это масса, которая на 20% меньше. Во-вторых – их обслуживание проще и экономически более выгодно. В-третьих – скорость бурения, она зачастую выше благодаря более высокому КПД у электродвигателей. А так же в их конструкции заметно меньше деталей, узлов и агрегатов, которые имеют свойство быстро изнашиваться в тяжелых условиях работы (в которых обычно и работает большинство наших буровых установок). Но по большому счету, отличие установок с электроприводом от дизельных заключается лишь в самом приводе и все.

Конструкция типовой А-образной буровой установки для бурения скважин на нефть и газ

Для того, чтобы перемещать вычешно-лебедочный блок со всем оборудованием и бурильными трубами в пределах куста, все установки кустового бурения оборудуются специальным механизмом, который двигает всю эту махину по рельсам. Тот же механизм отвечает за горизонтальное выравнивание собственно в процессе самого бурения.

Что касается выбора класса буровой установки, при разработке газового или нефтяного месторождения, то тут основными показателями являются сама конструкция скважины и глубина бурения по проекту.

Буровые вышки делятся на два типа: башенные и А-образные. Для прямого, визуального контроля за процессом бурения в середине любой вышки устанавливается специальный балкон. В нем дежурит один из помощников бурильщика. Кронблок монтируется на верхней площадке вышки, соединяясь талевым канатом с талевым блоком.

Современные А-образные вышки оснащаются АСП механизмом (Автомат Спуска Подъема труб). А основания вышки могут быть разными, но к ним предъявляются несколько важных требований: прочность/устойчивость, надежность при многократных транспортировках, монтажепригодность.

Основным механизмом любой буровой установки для бурения скважин на нефть и газ является буровая лебедка. Она занимается подъемом и спуском бурильных и обсадных труб и передачей вращения ротору. Место монтажа самого ротора это центр буровой площадки. Ротор передает вращение бурильной колонне при роторном типе бурения. Так же ротор удерживает на весу всю колонну бурильных и обсадных труб. А с помощью карданной передачи или с какого либо другого индивидуального привода уже ротор приводится в движение через ту самую буровую лебедку.

Буровой раствор, под большим давлением, подается в бурильную колонну с помощью вертлюга. Его подвешивают на прочный крюк и соединяют с гибким буровым рукавом, который в свою очередь подсоединен к стояку. Вообще вертлюг можно назвать промежуточным звеном между этим самым буровым рукавом, талевым блоком и буровой колонной.

Устройство водозабора – одна из первых задач, которую решают владельцы загородных участков. Освоение надела и комфортное проживание на нем невозможно, если не иметь качественную воду в достаточном количестве. Наиболее достоверные результаты о наличии живительной влаги и условиях ее размещения может обеспечить только разведочное бурении скважины малого диаметра своими руками. Кроме того, такое мероприятие дает ценную информацию о составе грунтов над водоносным пластом, а, следовательно, какое использовать оборудование для бурения и подобрать буровой инструмент.

Бурильное оборудование для скважины, выполняемой с целью разведки, может применяться самое простое, начиная от садового шнекового бура, и выполняется, как правило, своими руками.

Рис.1. Конструкция ручного шнекового бура

Такой инструмент вполне может быть изготовлен своими руками.

Более продвинутым инструментом является бур с приводом, который также относится к ручным инструментам.

Однако, следует заметить, что применение такого способа применяется, обычно, при разведке на грунтовую воду, залегающую на глубине до 7 – 10 метров. Дальнейшее продвижение скважины с их применением затруднительно.

Для более глубоких скважин на воду успешно применяется малогабаритное буровое оборудование с возможностью использовать различный буровой инструмент в широкой гамме.

МГБУ просты в эксплуатации, что позволяет использовать их для производства работ своими руками. Большинство установок оснащается вертлюгами, что позволяет использовать такое буровое оборудование для выполнения работ с прямой промывкой. Такая технология дает возможность выполнять шурфы глубиной до 70 метров.

Рис.3. Мини – бурилка для скважин на воду, возможна промывка

Такие установки оснащаются бурильными трубами с различными видами соединений между собой, в комплект входит и буровой инструмент.

По результатам исследования грунтов выбирается один из способов исполнения скважины.

Ударно – канатный способ

Самый простой метод проходки скважин, дающий наилучшие результаты по качеству вскрытия пластов, но, в то же время, самый трудоемкий. Оборудование для бурения по такой технологии наиболее простое, состоит обычно, из треноги с блоком.

Рис.4. Установка для бурения ударно – канатным способом

Буровой инструмент представляет собой трубу с желонкой (клапан для удержания разрыхленного грунта внутри трубы). За канат труба приподнимается на высоту приблизительно в полтора метра и резко отпускается. При падении она и разрыхляет грунт. После нескольких таких циклов трубу нужно поднять для выемки грунта.

Рис.5. Инструмент для ударно – канатного бурения, в середине долото для разрушения каменных глыб

Таким способом проходят шурфы глубиной до 70 метров в различных грунтах. По мере углубления скважины процесс становится все менее производительным.

Способ идеально подходит для исполнения своими руками, поскольку вышку и буровой инструмент легко изготовить самостоятельно.

Колонковый способ проходки

Сущность его состоит в том, что разрыхление породы происходит не по полному диаметру скважины, а только по ее краям. Середина остается цельной и через буровую колонну извлекается на поверхность.

Рис.6. Пример конструкции колонкового бура

Буровой инструмент нагружается значительно меньше, что позволяет увеличить скорость проходки и уменьшить нагрузки на механизм буровой установки. При бурении скважин на воду шурф в некоторых случаях дополнительно проходят шнеком. При бурении таким способом возможна проходка шурфа глубиной до 70 метров за один рабочий день.

Способ, по сложности оборудования, нельзя рекомендовать для исполнения своими руками при бурении скважин на воду.

При проходке скважин на воду колонковые установки применяются в мобильном исполнении на шасси различных транспортных средств, что обеспечивает их мобильность. Возможно использование установок такого типа для выполнения шурфов своими руками, при этом технику можно взять в аренду на несколько дней.

Роторное бурение

Название методу дали от способа приведение во вращения буровой колонны в при помощи ротора. Такой способ исключает создание усилий на буровой инструмент в осевом направлении. Подача производится только под собственным весом буровой колонны. В начале процесса, когда вес еще невелик, а также на тяжелых грунтах, для увеличения подачи используются УБТ – утяжеленные бурильные трубы.

Рис.8. Мини — установка для роторной проходки скважин

Особенностью процесса является высокая скорость проходки с усиленными нагрузками на породоразрушающий инструмент. При этом он нагревается и быстро выходит из строя. Чтобы избежать этого явления в шурф подается вода, как для охлаждения инструмента, так и для размягчения грунта. Для хранения запаса жидкости непосредственно у места производства работ необходимо отрыть две емкости в грунте: основную, являющуюся также шламосборником, и питающую, куда отстоянная в основной емкости вода поступает самотеком. Поступающая по внутреннему каналу буровой колонна, выполнив свое назначение, выносится наверх вместе с продуктами бурения.

Инструмент применяется самый разнообразный

При прохождении промежуточных водоносов производится обсадка стенок скважины до упора в нижний изолирующий слой, после чего бурение производится инструментом меньшего диаметра. Таким образом, скважина принимает вид телескопического устройства. Щелевой зазор между стенками обсадной колонны и шурфа заливается бетоном.

Производительность процесса роторного бурения высокая, что позволяет быстро произвести проходку и запустить процесс промывки скважины. Он может занять довольно продолжительное время, что вызвано необходимостью удалить из водоноса продукты промывки.

Несмотря на кажущуюся сложность процесса, такой способ довольно широко используется для выполнения скважин на воду своими руками.

Турбинное бурение

Это разновидность вращательного процесса проходки шурфов, при котором как породоразрушающий инструмент применяются турбобуры.

Такой способ проходки шурфов применяется для глубокого и сверхглубокого бурения. Применяются бурильные головки, изготовленные из сверхтвердых и композитных материалов, режущие части выполняются из твердых сплавов или с алмазными напайками. При использовании в качестве промывочной жидкости чистой воды, ее подают в скважину под увеличенным давлением по сравнению с вариантом использования глинистого раствора. В процессе проходки мягких грунтов скорость вращения снижается, что увеличивает стойкость инструмента и величину проходки за один рейс.

Целенаправленно такой метод проходки шурфов для добычи воды применяется только при бурении артезианских скважин промышленного назначения на большую глубину. Для бурения на песок он нерентабелен.

Заключение

Выбор способа бурения скважины зависит от гидрогеологической обстановки на месте выполнения работ. Поэтому ее изучение, как и бурение разведочных скважин, является обязательным элементом процесса строительства собственного водозабора. Успехов вам!