Анализ основных конструктивных схем буровых установок

Буровая установка - комплекс различных по назначению машин, механизмов и сооружений, предназначенный для производства процесса бурения скважины.

Буровой станок - основной элемент буровой установки, который осуществляет выработку (в ряде случаев трансформацию) и передачу энергии на забой скважины для разрушения горной породы, а также осуществляет спуско-подъемные операции с бурильными и обсадными трубами.

Основными механизмами бурового станка являются:

  • - вращатель, который осуществляет передачу крутящего момента на породоразрушающий инструмент;
  • - механизм подачи породоразрушающего инструмента и соответственно регулирования осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент в процессе углубки забоя скважины;

грузоподъемное устройство, предназначенное для проведения спуско-подъемных операций;

устройство для регулирования частоты вращения вращателя и грузоподъемного устройства;

- аппаратура управления и контроля процесса бурения.

Схема бурового станка определяется выбором вращателя. Вращатели могут быть следующего типа:

  • ? роторный. Характеризуется:
    • - высокой грузоподъемностью, что определяет использование такого типа вращателей при бурении глубоких и сверхглубоких скважин;
    • - имеет непрерывный ход подачи при углубке 10-15 м;
    • - необходимо прерывать процесс углубки и циркуляции очистного агента при наращивании бурильной колонны.
  • ? шпиндельный. Характеризуется:
  • - ограниченной грузоподъемностью (предельная глубина скважин 1 500-2 000 м при диаметре инструмента, как правило, не более 59 -76 мм);
  • - малым ходом подачи при углубке - не более 0,5 м;
Верхний привод буровой установки глубокого бурения

Рис. 3.17. Верхний привод буровой установки глубокого бурения

  • - необходимо прерывать процесс углубки при перекреплении клиновых захватов вращателя в конце хода подачи при углубке скважины и наращивании бурильной колонны;
  • ? подвижный. Характеризуется: грузоподъемность, близкая к грузоподъемности шпиндельного вращателя;
  • - ход подачи при углубке 2-4 м;
  • - необходимо прерывать процесс углубки и циркуляции очистного агента при наращивании бурильной колонны;
  • ??? верхний привод. Используется как вариант подвижного вращателя, который имеет все основный преимущества подвижного вращателя и высокую грузоподъемность, характерную для роторного вращателя (рис. 3.17);
  • ??? ротор - забойный двигатель. Используется при бурении глубоких скважин турбобурами и ВЗД. В случае применения составных бурильных колонн с муфтозамковым соединением данный вращатель характеризуется параметрами роторного вращателя. В случае использования гибких стальных неразъемных труб (колтюбинговая технология) этот тип вращателя имеет грузоподъемность роторного вращателя, но неограниченный ход подачи. Также отсутствует необходимость в наращивании колонны, а все операции могут производиться при непрерывной циркуляции очистного агента;
  • ? забойный двигатель с якорным устройством и шпиндельным механизмом подачи инструмента.

В отличие от предыдущего типа вращателя используется без ротора, который, например, просто не сможет обеспечить вращение гибкого шлангокабеля, а последний будет скручиваться при работе долота под действием реактивного момента со стороны забоя. В этом случае вращатель используется с забойным якорным устройством и механизмом подачи. Характеризуется грузоподъемностью роторного вращателя, ход непрерывной подачи ограничен возможностями механизма подачи (1-2 м), но перекрепление осуществляется при непрерывной циркуляции очистного агента. Операция наращивания исключена из технологического цикла.

Анализ функциональных возможностей вращателей, которые используются в современном бурении, показывает, что шпиндельный и подвижный вращатели предназначены для бурения скважин одного назначения на ограниченную глубину. При этом опыт буровых работ при разведке месторождений минерального сырья и развитие бурового машиностроения показали, что гораздо более перспективны буровые станки с подвижными вращателями.

При бурении скважин на нефть и газ разъемными бурильными трубами наиболее производительны и эффективны вращатели типа «верхний привод». При использовании колтюбинга для бурения, очевидно, развитие получит система привода «забойный двигатель с якорным устройством и шпиндельным механизмом подачи инструмента».

В станках с подвижными вращателями типа Diamec (рис. 3.10) реализуются следующие схемы привода:

  • - от одного высокооборотного нерегулируемого аксиально-плунжерного, шестеренного или пластинчатого гидромотора через коробку скоростей;
  • - от двух или четырех нерегулируемых гидромоторов с различными характеристиками частоты вращения и крутящего момента через одноступенчатый редуктор (регулирование частоты вращения и крутящего момента производится путем замены гидромотора);

от регулируемого аксиально-плунжерного гидромотора через одноступенчатый редуктор;

- от высокомоментного гидромотора, вал которого, непосредственно без дополнительного редуктора, подсоединяется к бурильной колонне.

При этом характерно применение различных гидромоторов - высокочастотных (до 2 500 мин'1) с ограниченным крутящим моментом - для алмазного бурения, низкочастотных (до 500-600 мин'1) - для бурения твердосплавным инструментом, долотами или пневмоударниками.

Таким образом, станки с подвижными вращателями оснащены гидродвигателями, которые максимально приближены к бурильной колонне, обладают минимальной трансмиссией и отличаются универсальностью.

Тип вращателя значительно влияет на затраты времени на

вспомогательные операции - перекрепление механизма подачи, наращивание, спуск-подъем колонны, расхаживание колонны, дохождение до забоя. Эти операции составляют существенную долю в балансе затрат времени на бурение и особенно повышаются при росте производительности бурового процесса, поскольку время на собственно углубку снижается, а затраты времени на вспомогательные операции практически не меняются.

На рис. 3.18 представлен график, отражающий рост доли затрат времени на вспомогательные операции при росте производительности бурения (графики построены с использованием данных из работы [13]).

Для оценки затрат времени на вспомогательные операции используется коэффициент Квс:

где Гвс - время на вспомогательные операции при бурении;

Г0б - время на бурение 1 метра скважины.

Анализ графиков на рис. 3.18 показывает, что целесообразно использовать подвижные вращатели и особенно при высокопроизводительных способах бурения.

Если на приведенном графике отразить показатели для вращателя типа «ротор-забойный двигатель-колтюбинг», то очевидно линия данного графика будет горизонтальна и сольется с линией нуля. То есть, иными словами, затраты времени на вспомогательные операции при этом типе вращателя

Зависимость затрат времени на вспомогательные операции от типа вращателя

Рис. 3.18. Зависимость затрат времени на вспомогательные операции от типа вращателя

близки к нулю.

Таким образом, предварительный анализ показывает, что в современном бурении оформились и являются перспективными три основных направления развития буровой техники:

буровые станки с подвижными вращателями для бурения скважин малого диаметра (60; 75,8 мм) при разведке минерального сырья на глубину не более 2 000 м различными механическими способами бурения. Для сокращения затрат времени используются составные гладкоствольные бурильные

колонны со съемным керноприемником и другими заменяемыми через внутреннюю полость бурильных труб элементами компоновки;

- буровые установки для бурения глубоких скважин разъемными стальными колоннами с верхним приводом, который собственно обладает всеми основными характеристиками подвижного вращателя;

- буровые агрегаты (для бурения глубоких скважин на нефть и газ и другие, в основном жидкие и газообразные виды сырья и энергии) с гибкой стальной неразъемной бурильной колонной (колтюбинг), в которых используется в качестве вращателя комбинация «ротор - забойный двигатель».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >