Вопросы 1-12. Буровые вышки, назначение и устройство. Основные типы буровых вышек. Буровая вышка предназначается
 Скачать 272.78 Kb.
|
|
Буровые вышки, назначение и устройство. Основные типы буровых вышек. Буровая вышка предназначается для подвешивания с помощью талевой системы бурильного инструмента во время бурения скважин, обсадных труб при креплении скважины, размещения вспомогательного инструмента для свинчивания и развинчивания труб, а также для размещения бурильных труб во время спуско-подъемных операций. 1) проведения спуско-подъемных операций (СПО); 2) поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой; 3) размещения комплекта бурильных труб и утяжеленных бурильных труб (УБТ), извлеченных из скважины; 4) размещения талевой системы; 5) размещения средств механизации СПО, в частности механизмов АСП (может не устанавливаться), платформы верхнего рабочего, устройства экстренной эвакуации верхнего рабочего, вспомогательного оборудования; 6) размещения системы верхнего привода (может не устанавливаться). Буровая вышка оборудуется маршевыми лестницами, площадкой для обслуживания кронблока и платформой верхового рабочего, которая предназначена для установки бурильных свечей и обеспечивает безопасность при спускоподъёмных операциях. Классификация буровых вышек: По назначению: Для мобильных буровых установок, для морских буровых установок, для устройств капитального ремонта скважин, для кустовых и стационарных буровых установок. По конструкции: Башенные и мачтовые. Мачтовые вышки бывают A и П-образными, с открытой гранью и 4х-опорные. Обычно буровые установки легкого и среднего классов комплектуются буровыми вышками мачтового типа, а в установках тяжелого класса применяют вышки мачтового и башенного типов. Так же буровые вышки подразделяются на башенные и А-образные. А-образные получили наибольшую популярность и распространение, их особенность - две опоры, которые удерживают всю конструкцию в вертикальном положении. Буровые вышки башенного типа применяются при бурении на море и при глубинном бурении. Мачтовые вышки подразделяются на двухмачтовые (А-образные) и одномачтовые (с открытой передней гранью). Обе конструкции изготовляют из цельносварных габаритных секций трехгранного или прямоугольного сечения, соединяемых между собой быстроразъемными или фланцевыми соединениями. Преимущества их состоят в быстрой сборке вышки, хорошей просматриваемости, пониженной металлоемкости по сравнению с башенными буровыми вышками и возможности более удобного и легкого расположения механизмов СПО. Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спускоподъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число частей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину от 300 до 500 м используется вышка высотой 16-18 м, глубину от 2000 до 3000 м - высотой 42 м и на глубину от 4000 до 6500 м - высотой 53 м. К основным эксплуатационным параметрам вышек относятся: грузоподъемность, высота, размеры нижнего и верхнего оснований или расстояние между мачтами, расстояние пола до балкона помощника бурильщика, высота ворот(для вышек башенного типа). Грузоподъемность вышек определяется по максимальной нагрузке на крюк талевой системы. Расчет нагрузок на вышку: На вышку действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки. Сочетание нагрузок, действующих на вышку, бывает различным: верт., гор., вер-гор. Все нагрузки подразделяют на постоянные и временные. Постоянные нагрузки на вышку состоят из массы и массы оборудования, смонтированного на ней. Временные нагрузки подразделяются на длительные(эксплуатационные) и краткосрочные. Временные длительные нагрузки состоят из эксплуатационной нагрузки на крюке, вертикальной и горизонтальной составляющих усилий в подвижной и неподвижной ветвях талевого каната и горизонтальной составляющей нагрузки от массы свечей, установленных наклонно в магазин или за палец. Краткосрочная нагрузка состоит из горизонтальных ветровых усилий, действующих на элементы вышки и свечи. Буровые лебедки и вспомогательная лебедка, назначение, устройство и эксплуатация. Буровые лебедки относятся к главным агрегатам бурового комплекса, определяющим эффективность бурения. Следует учитывать, что они используются как при спуско-подъемных операциях, так и при разбуривании забоя скважины. С помощью буровых лебедок и талевого механизма спускают, поднимают и удерживают на весу бурильную колонну, обсадные трубы и другой инструмент при бурении и креплении скважин. При подъеме вращательное движение, сообщаемое лебедке от привода, посредством талевого каната преобразуется в поступательное движение талевого блока. При спуске тормозные устройства буровой лебедки ограничивают скорость талевого блока, опускающегося под действием собственного веса и веса подвешенного к нему инструмента. Буровые лебедки используются также для передачи вращения ротору, свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб, для подъема и подтаскивания различных грузов при бурении скважины, монтаже и ремонте установки. Буровые лебедки относятся к главным агрегатам бурового комплекса, определяющим эффективность бурения. Следует учитывать, что они используются как при спуско-подъемных операциях, так и при разбуривании забоя скважины. К основным технологическим функциям лебедки относятся: поддержание заданной нагрузки на долото и подача бурильной колонны при разбуривании забоя скважины; наращивание колонны по мере углубления скважины; подъем на поверхность и спуск в скважину бурильной колонны для смены долот, забойных двигателей и извлечения керна; спуск колонны обсадных труб при креплении скважины; спуск и подъем на трубах контрольно-измерительных приборов и ловильного инструмента при испытаниях и освоении скважин, ликвидации прихватов и других аварий в скважине. Буровые лебедки в отличие от лебедок, используемых в грузоподъемных машинах, работают в условиях, характеризуемых ступенчатым изменением действующих нагрузок. Систематические нагрузки возрастают с углублением забоя скважины, а в процессе спуско-подъемных операций изменяются в десятки и сотни раз в зависимости от числа свечей в бурильной колонне. Лебедки должны отвечать требованиям технологии бурения и удовлетворять условиям их эксплуатации. Мощность и тяговое усилие их должны быть достаточными для выполнения наиболее тяжелых технологических операций. Скорости подъема и спуска должны обеспечить безаварийность, экономичность и высокую производительность при спуско-подъемных операциях. Для транспортировки в собранном виде габариты и масса лебедок должны соответствовать нормам, установленным правилам перевозок железнодорожным транспортом. Необходимо учитывать, что габариты лебедки ограничиваются площадью буровой и проходами, необходимыми для безопасного обслуживания лебедки и других механизмов. Следует особо выделить требования к их надежности, долговечности и ремонтопригодности. Буровые лебедки различаются по мощности и другим техническим параметрам, а также по кинематическим и конструктивным признакам. Мощность буровых лебедок, регламентируемая ГОСТ16293—82, находится в пределах 200—2950 кВт в зависимости от глубин бурения. По числу скоростей подъемаразличают двух-, трех-, четырех- и шестискоростные буровые лебедки. За рубежом применяются восьми- и десятискоростные буровые лебедки. Скорости подъема изменяются путем переключения передач между валами лебедки либо посредством отдельной коробки перемены передач. В зависимости от используемого приводаразличают буровые лебедки со ступенчатым, непрерывно-ступенчатым и бесступенчатым изменением скоростей подъема. Ступенчатое изменение скоростей подъема имеется в буровых лебедках с механическими передачами от тепловых двигателей и электрических двигателей переменного тока. При гидромеханических передачах лебедки с теми же двигателями имеют непрерывно-ступенчатое изменение скорости подъема. В случае использования привода от электродвигателей постоянного тока скорости подъема лебедки изменяются бесступенчато по кривой постоянства мощности двигателя. По схеме включения быстроходной передачиразличают буровые лебедки с независимой и зависимой «быстрой» скоростью. Как известно, при спуске бурильных, и обсадных труб в соответствии с последовательностью выполняемых операций используются две скорости: тихая — для приподъема колонны труб с целью освобождения клиньев или элеватора и быстрая — для последующего подъема незагруженного элеватора за очередной свечой. Для ускорения спуска переключение указанных скоростей не должно задалживать много времени и поэтому осуществляется фрикционными муфтами с поста бурильщика. Буровые лебедки с независимой схемой скоростей позволяют поднимать незагруженный элеватор на быстрой скорости независимо от тихой скорости, используемой для приподъема. При зависимой схеме незагруженный элеватор поднимают на разных скоростях, равных либо пропорциональных скорости, используемой для приподъема колонны труб. По числу валовразличают одно-, двух- и трехвальные буровые лебедки. Одно- и двухвальные лебедки снабжаются отдельной коробкой перемены передач. В трехвальных лебедках скорости подъема изменяются с помощью передач, установленных между валами самой лебедки. Для вспомогательных работ двух- и трехвальные буровые лебедки снабжаются фрикционной катушкой. В случае использования одновальной лебедки для этого подключают дополнительную вспомогательную 'лебедку. Буровые лебедки различаются по числу скоростей, передаваемых ротору, и кинематической схеме передач, установленных между лебедкой и ротором. По способу, управления подачей долотаразличают буровые лебедки с ручным и автоматическим управлением, осуществляемым посредством регулятора подачи долота. Наряду с указанными особенностями различают лебедки с капельной и струйной смазками цепных передач; воздушным и водяным охлаждением тормозных шкивов; гидродинамическим и электромагнитным вспомогательными тормозами; ручным и дистанционным управлением Спуск и подъем бурильных колонн при бурении производят с помощью лебёдок. Одним из основных элементов лебедок является тормозная система. Тормозная система буровых лебедок предназначена для: удерживания в подвешенном состоянии бурильной колонны; поглощения мощности при спуске колонны на длину одной свечи с наибольшей допустимой скоростью и полного торможения в конце спуска; плавной подачи бурильной колонны по мере углубления скважины при бурении. Тормозные устройства, применяемые в буровых машинах и механизмах по на- значению делятся на основные и вспомогательные Основные предназначены для остановки машин и механизмов и приводятся в действие в конце движения при длительных перерывах в работе, вспомогательные же для длительного торможения с целью снижения скорости движения. В качестве основных тормозов в буровых машинах и механизмах используются фрикционные тормозные устройства, которые подразделяются на ленточные и колодочные. В ленточном тормозе рабочий элемент – гибкая лента с фрикционными накладками, которые прижимаются к тормозному шкиву при угловом смещении одного из концов ленты. В колодочном тормозе рабочий орган – колодки, которые при встречном линейном смещении прижимаются к наружной поверхности тормозного барабана. В буровых машинах в качестве вспомогательных используются гидродинамические и электрические тормозные устройства. Буровые насосы, назначение и устройство. Типы применяемых насосов. Буровой насос — насос, применяемый на бурильных установках с целью обеспечения циркуляции бурового раствора в скважине. Для промывки используется высокое давление, которое создаёт этот насос. Буровой насос бывает двух-и трёхцилиндровый. Основное предназначение бурового насоса - это обеспечить циркуляцию бурового шлама и предотвратить его оседание в процессе бурения, а также подъём разбуриваемой породы на поверхность. Буровой насос очищает забой и скважину от породы. Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью: очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность; охлаждения и смазки долота; создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами; приведения в действие забойных гидравлических двигателей. Исходя из назначения и условий эксплуатации, к буровым насосам предъявляют следующие основные требования: 1) подача насоса должна быть регулируемой в пределах, обеспечивающих эффективную промывку скважины; 2) мощность насоса и количество насосов должно быть достаточным для промывки скважины и работы забойных гидравлических двигателей; 3) скорость движения промывочной жидкости на выходе из насоса должна быть равномерной для устранения инерционных нагрузок и пульсаций давления, вызывающих осложнения в бурении, дополнительные энергетические затраты и усталостные разрушения; 4) насосы должны быть приспособлены для работы с абразиво- и маслосодержащими коррозионно-активными промывочными растворами различной плотности; 5) узлы и детали, контактирующие с промывочным раствором, должны обладать достаточной долговечностью и быть приспособленными к удобной и быстрой замене при выходе из строя; 6) крупногабаритные узлы и детали должны быть снабжены устройствами для надежного захвата и перемещения при ремонте и техническом обслуживании; 7) узлы и детали приводной части должны быть защищены от промывочного раствора и доступны для осмотра и технического обслуживания; 8) насосы должны быть приспособлены к транспортировке в собранном виде на далекие и близкие расстояния и перемещению волоком в пределах буровой; 9) конструкция насосов должна допускать правое и левое расположение приводных двигателей; 10) надежность и долговечность насосов должны сочетаться с их экономичностью и безопасностью эксплуатации. В зависимости от сферы применения существует определенная классификация НБ, которые подразделяются на: поршневые; плунжерные; центробежные; тампонажные; винтовые; гидравлические; цементировочные; инъекционные; шламовые. Виды аварий и геологических осложнений при сооружении скважин, их причины и предупреждение. Осложнение – нарушение нормального технологического процесса сооружения скважины, вызывающее дополнительные затраты на проведение технологического процесса, повышающие его стоимость и снижающие производительность бурения. Авария – нарушение технологического процесса сооружения скважины требующее остановки технологического процесса и проведение специальных работ по ликвидации аварии. К геологическим осложнениям относятся следующие ситуации: нарушение целостности ствола скважины, поглощения бурового раствора, ГНВП, непредусмотренные проектом искривления ствола. К авариям относят потерю подвижности бурильной колонны или ее разрушение с оставлением элементов в скважине, а также попадание в скважину посторонних предметов. Основными видами аварий являются прихваты, поломка в скважине долот и турбобуров, поломка и отвинчивание бурильных труб и падение бурильного инструмента и других предметов в скважину. Очень часто геологические осложнения в силу некачественных и несвоевременных работ по их ликвидации переходят в аварию. В крайних случаях аварии могут привести к полному прекращению работ в скважине и необходимости перебуривания отдельных интервалов или всей скважины. Причины аварий могут возникнуть по различным причинам: 1) В результате геологических осложнений: К таким авариям относятся выбросы воды и газа, катастрофические поглощения промывочной жидкости, сильное естественное искривление скважин, встречи зон с большими полостями, кавернами, обвалы неустойчивых стенок скважин, прихваты снаряда вследствие набухания стенок скважины. 2) в результате ошибок или несоблюдения технологии сооружения скважин; К таким авариям относятся аварии с бурильной колонной, разрушение ПРИ, прихваты снаряда в желобах при СПО, ГНВП при СПО, падение в скважину частей КНБК или бурильной колонны, посторонних предметов. 3) в результате отказов оборудования. К таким авариям относятся поломки насосов, лебедок, талевой системы, поломки забойных двигателей, ПВО, приводов и элементов энергоснабжения на буровой. 4) как следствие ошибок в организации и снабжении буровых работ. К таким авариям относятся аварии вследствие несвоевременной замены ПРИ, использования отработанного раствора, несвоевременной выбраковки элементов бурильной колонны, нарушений энергоснабжения и регламентов обслуживания буровой техники. Основными способами предупреждения аварийных ситуаций являются: своевременные выявления геологических осложнений и корректировка режимов бурения, строгое соблюдение технологической дисциплины, своевременная выбраковка изношенного бурового снаряда и обслуживание оборудования. Наиболее распространенными авариями являются прихваты и поломки бурильной колонны. Прихваты — это потеря подвижности колонны бурильных или обсадных труб, Прихваченной оказывается часть труб, расположенная в открытом стволе скважины. Прихваты происходят по следующим причинам. 1.Вследствие перепада давлений в скважине в проницаемых пластах и непосредственного контакта некоторой части бурильных и обсадных колонн со стенками скважины в течение определенного времени. 2.При резком изменении гидравлического давления в скважине в результате выброса, водопроявления или поглощения бурового раствора. 3.Вследствие нарушения целостности ствола скважины, вызванного обвалом, вытеканием пород или же сужением ствола. 4.При образовании сальников на долоте в процессе бурения или во время спуска и подъема бурильного инструмента. 5.Вследствие заклинивания бурильной и обсадной колонн в желобах, заклинивания бурильного инструмента из-за попадания в скважину посторонних предметов, заклинивания нового долота в суженной части ствола из-за сработки по диаметру предыдущего долота. 6.В результате оседания частиц выбуренной породы или твердой фазы глинистого раствора при прекращении циркуляции бурового раствора. 7.При неполной циркуляции бурового раствора через долото за счет пропусков в соединениях бурильной колонны. 8.При преждевременном схватывании цементного раствора в кольцевом пространстве при установке цементных мостов. Для предупреждения прихватов необходимо: 1)применять высококачественные глинистые растворы, дающие тонкие плотные корки на стенках скважин, снижать липкость глинистого раствора, вводить смазывающие добавки; 2)обеспечивать максимально возможную скорость восходящего потока глинистого раствора; перед подъемом бурильной колонны промывка скважин должна производиться до полного удаления выбуренной породы и приведения параметров глинистого раствора в соответствие с указанными в ГТН; 3)обеспечивать полную очистку глинистого раствора от обломков выбуренной породы; 4)регулярно прорабатывать в процессе бурения зоны возможного интенсивного образования толстых корок; 5)утяжелять глинистый раствор при вращении бурильной колонны; 6)следить в глубоких скважинах за температурой восходящего глинистого раствора, так как резкое снижение ее свидетельствует о появлении разрыва резьбовых соединений в колонне бурильных труб выше долота; 7)при вынужденных остановках необходимо: а) через каждые 3 - 5 мин расхаживать бурильную колонну и проворачивать ее ротором; б) при отсутствии электроэнергии подключить аварийный дизель-генератор и бурильную колонну периодически расхаживать; при его отсутствии бурильный инструмент следует разгрузить примерно на вес, соответствующий той части колонны труб, которая находится в необсаженном интервале ствола, и прекратить промывку, периодически возобновляя ее при длительной остановке; в) в случае выхода из строя пневматической муфты подъемного механизма следует немедленно установить аварийные болты и расхаживать бурильную колонну или поднимать ее; 8)для предотвращения прихвата бурильной колонны при использовании утяжеленного глинистого раствора следует систематически применять профилактические добавки: нефть (10 - 15%), графит (не более 0,8%), поверхностно-активные вещества (например, сульфонол в виде 1 - 3 %-ного водного раствора, смазочные добавки СМАД-1 (до 3%) и СГ (до 2%). Подбор рецептур в каждом определенном случае должен уточняться лабораторией глинистых растворов. При бурении разведочных скважин добавлять нефть и другие добавки на нефтяной основе не рекомендуется, чтобы не исказить представление о продуктивности горизонтов. Поломка долот вызывается спуском дефектных долот при отсутствии надлежащей проверки их, чрезмерными нагрузками на долото и передержкой долот на забое. Заклинивание шарошек возникает вследствие прекращения вращения шарошек на забое скважины, т. е. происходит прихват их на осях. Основные признаки поломки долота во время бурения-прекращение углубления скважины и сильная вибрация бурильной колонны. Чаще всего происходит поломка подшипников шарошек колонковых и трехшарошечных долот. При этом забойный двигатель перестает принимать нагрузку, а при роторном бурении бурильная колонна начинает заклиниваться. Поломку долота при проработке ствола скважины очень трудно обнаружить до подъема бурильной колонны. Поэтому необходимо особенно тщательно проверять долота, применяемые для проработки, и ограничивать время их работы. Чтобы предотвратить аварии, связанные с поломкой долот, необходимо: 1)перед спуском долота в скважину проверить его диаметр кольцевым шаблоном, а также проверить замковую резьбу, сварочные швы лап и корпуса и промывочные отверстия - наружный осмотр, насадку шарошек на цапфах - вращением от руки; 2)бурить в соответствии с указаниями геолого-технического наряда. Особое внимание должно быть обращено на очистку промывочной жидкости; 3)поднятое из скважины долото отвинчивать при помощи долотной доски, вставленной в ротор, промывать водой, подвергать наружному осмотру и замеру. Рекомендуется периодически очищать забой скважины от металла магнитным фрезером или забойным шламоуловителем. Поломки турбобура происходят вследствие разъедания буровым раствором, развинчивания и вырывания верхней резьбы корпуса из нижней резьбы переводника и отвинчивания ниппеля с оставлением в скважине турбины. Признак таких поломок резкое падение давления на буровых насосах и прекращение проходки. Для предотвращения аварий с турбобурами надо проверять крепление гайки, переводника, ниппеля и вращение вала у каждого турбобура; такая проверка турбобура, поступившего с завода-изготовителя, производится на базе бурового предприятия, а турбобура, поступившего из ремонта, - на буровой. Перед спуском в скважину нового турбобура или турбобура, поступившего из ремонта, необходимо проверять плавность его запуска при подаче насосов, соответствующей нормальному режиму его работы, осевой люфт вала, перепад давления, герметичность резьбовых соединений и отсутствие биения вала. Все данные нужно заносить в журнал. Аварии с бурильными трубами часто бывают при роторном бурении скважин. Одна из основных причин этих аварий - совокупность всех напряжений, возникающих в трубах, особенно при местных пороках в отдельных трубах. К последним относятся разностенность труб, наличие внутренних напряжений в трубах, особенно в их высаженной части, как следствие неправильно проведенного технологического процесса по изготовлению труб, и дефекты резьбового соединения труб. К основным причинам возникновения аварий с бурильными трубами относится также недостаточная квалификация мастеров, бурильщиков и других работников буровых бригад. Наибольшее число аварий с бурильными трубами при бурении гидравлическими забойными двигателями связано с разъеданием резьб промывочной жидкостью. Основными мерами предупреждения аварий с бурильными трубами являются: 1)организация учета и отработка бурильных труб в строгом соответствии с инструкцией; 2)технически правильный монтаж труб и замков, обеспечиваемый предварительным осмотром и обмером их, калибровкой резьбы гладкими и резьбовыми калибрами, подбором замков к трубам по натягу и принудительным закреплением замка в горячем состоянии; 3)организация обязательной профилактической проверки всех труб после окончания бурения скважины путем наружного осмотра, проверки основных размеров и гидравлического испытания; 4)обязательное крепление всех замковых соединений машинными ключами при наращивании и спуске колонны при турбинном бурении; 5)использование предохранительных колпаков или колец, навинчиваемых на резьбу замков; 6)бесперебойное снабжение буровых специальными смазками. Падение бурильной колонны в скважину, являющееся одним из самых тяжелых видов аварии, происходит вследствие толчков и ударов бурильной колонны о выступы на стенках скважины, открытия элеватора при случайных задержках бурильной колонны во время спуска, резкой посадки нагруженного элеватора на ротор при неисправности тормоза лебедки и при обрыве талевого каната и падении талевого блока на ротор. Для предотвращения открытия элеватора при спуске бурильной колонны бурильщикам необходимо хорошо знать состояние ствола скважины, наличие в ней уступов и при приближении к ним замедлять спуск. Плашка и цепи механических ключей, звенья роторной цепи, болты, гайки и другие детали - таков неполный перечень мелких предметов, падающих на забой скважины. Падение их происходит во время спуско-подъемных операций и объясняется использованием неисправного инструмента. Иногда после подъема бурильной колонны начинают производить работы над открытым устьем скважины, и это приводит к тому, что на забой скважины падают долота, кувалды и другие предметы. Надо всегда |