Мгрирггру кафедра современных технологий бурения скважин и. Д. Бронников в. В. Куликов проектирование скважин на воду учебное пособие д
 Скачать 4.26 Mb.
|
|
14. Выбор буровой установки Выбор буровой установки производится с учетом ранее установленной конструкции скважины и принятого способа бурения. Буровые установки вращательного способа бурения на воду с прямой промывкой водой должны подбираться последующим основным требованиям 1. Грузоподъемность должна быть больше веса наиболее тяжелой колонны. 2. Проходное отверстие ствола ротора должно обеспечивать прохождение обсадной колонны наибольшего размера. 3. Производительность буровых насосов должна обеспечивать транспортировку шлама из скважины. 4. Транспортабельность. В настоящее время в практике сооружения скважин на воду в России применяются в основном самоходные буровые установки роторного типа и с подвижным вращателем. Установка ПБУ-2 ПБУ-2 может быть установлена на различные транспортные средства автомобили и шасси повышенной проходимости типа АМУР (ЗИЛ, УРАЛ, КамАЗ, транспортную гусеничную машину ТГМ-126, МТЛБу, тракторы ТТ-4 и ТЛТ-100А, на санное основание и другие шасси. Подвижный вращатель с механическим приводом в сочетании с мощным гидравлическим механизмом подачи позволяют создавать значительную осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент с первых метров бурения. Конструкция вращателя буровой установки обеспечивает возможность его отвода в сторону от оси скважины для выполнения спуско-подъемных операций, установки обсадных колонн и реализации технологии ударно-канатного бурения с использованием буровой лебедки. 36 Рисунок 7. Схема буровой установки ПБУ-2 Установка УБР - 12 Буровая установка УБР-12 предназначена для бурения гидрогеологических, геологических и сейсмических скважин шнеками до глубины 50 м, долотами и коронками с прямой промывкой дом. Рисунок 8. Схема буровой установки УБР-12 37 Установка УРБ-2А2 Одна из самых популярных установок в центральном регионе при бурении скважин на воду. Станок прост, легок и удобен. Большое количество этих станков определило развитую ремонтную базу. Установка может быть смонтирована на шасси автомобилей повышенной проходимости, таких как УРАЛ, ЗИЛ, КАМАЗ, АМУРа также других марок на гусеничных шасси МТЛБУ, ТТ-4, ГАЗ и других. Данная буровая установка комплектуется как буровыми насосами для бурения с промывкой, таки компрессором для бурения с продувкой воздухом. Рисунок 9. Схема буровой установки УРБ-2А2 Установка УРБ-3А3 Установки разведочного бурения типа УРБ-ЗАЗ монтируются на самоходное шасси типа МАЗ или самоходное шасси повышенной проходимости типа УРАЛ. Также встречаются варианты буровых установок на шасси КАМАЗ, КРАЗ и даже зарубежных производителей. Установки оснащены ротором. 38 Установка может бурить с промывкой при помощи грязевых буровых насосов, а также с продувкой забоя сжатым воздухом. Также установка оборудована устройством для свинчивания-развинчивания бурильных труб. Широкий диапазон скоростей на роторе и лебедке позволяет выбрать оптимальный режим бурения. Рисунок 10. Схема буровой установки УРБ-3А3 Установка 1БА-15В Основное оборудование агрегата смонтировано на автоприцепах, что обеспечивает высокую маневренность и сокращает затраты времени на транспортировку и монтажно-демонтажные работы. Запас мощности и возможность привода любых механизмов от каждого из двух двигателей повышает надежность ведения буровых работ и сокращает аварийные простои. Широкий диапазон скоростей на лебедке и роторе позволяет успешно вести различные работы. Конструкция агрегата позволяет без затруднений применять бурильные и обсадные трубы длиной 12 ми обсаживать скважины без снятия ротора трубами диаметром до 360 мм. Пневматическое управление основными механизмами значительно повышает оперативность и облегчает труд бурильщика, наличие также ручного управления обеспечивает надежность управления. Мощный компрессор, входящий в состав агрегата, позволяет без потерь времени производить с помощью эрлифтов опытную откачку воды. Применение гидрораскрепителя и устройства для развинчивания бурильных труб диаметром 73 мм с помощью ротора облегчает и ускоряет выполнение спускоподъемных операций. 39 Рисунок 11. Схема буровой установки 1БА-15В Установка УБВ-600 Самоходная буровая установка УБВ-600 состоит из следующих блоков бурового (лебедочно-мачтового), насосного, роторного (рабочей площадки) и мостков с выдвижными стеллажами для труб. Установка предназначена для вращательного бурения скважин шарошечными долотами с промывкой. Насосный блок включает два буровых насоса 9МГр-61, компрессор КТ-7. Роторный блок включает буровой ротор Р, подсвечник, приспособление для забуривания шурфа и другое оборудование. В состав блока также входит устройство для свинчивания и развинчивания долота (под ротором. Особенности буровой установки - большая приводная и гидравлическая мощность, возможность раздельного и одновременного съема мощности с двух двигателей, механизация трудоемких процессов при вспомогательных операциях, самоходность основных блоков и их компактность, позволяющие монтировать оборудование на небольших площадках. 40 Рисунок 12. Схема буровой установки УБВ-600 Для вращательного бурения с обратной промывкой в России созданы буровые установки роторного типа БАК и УРБ-ЗАМОП. Кроме того, ОАО "ГЕОМАШ" совместно с компанией ВИРТ (Германия) создали современную буровую установку УБГ-00, предназначенную для бурения как разведочных, таки гидрогеологических скважин. Установка имеет подвижный вращатель сходом подачи 7 метров. Глубина бурения составляет 600 м при начальном диаметре 600 мм и конечном 190 мм. Установка позволяет бурить практически в любых геологических условиях. Применяют, в зависимости от поставленной цели и состава горных пород, способы бурения вращательное колонковое и сплошным забоем с прямой, обратной промывкой и продувкой, шнековое, ударно-вращательное с применением забойных пневмо- и гидроударных машин. В табл приведены основные характеристики отечественных буровых установок. 41 Таблица 12 Самоходные буровые установки для вращательного бурения с прямой промывкой Параметры ПБУ - 2 УБР - 12 УРБ - А УРБ - А 1БА - В УБВ - 600 1 2 3 4 5 6 7 Глубина бурения шнеками 50 50 - - - - Глубина бурениям 500- 89бт; 600- 73бт 600 Начальный диаметр бурения, мм 190 190 190 243 394 410 Конечный диаметр бурения 93 93 93 93 190 215 Диаметр бурильных труб 50 50 60,3 60,3; 73 89; 73 114 Частота вращения, об/мин 25- 220 от 50 до 268 140; 225; 325; 110; 190; 314 65; 130; 245 105; 183 Производительность насосал с 3 10 10 11,9 10 32 Грузоподъемность, кН 26 25 40 150 200 500 Для вращательного бурения с обратной промывкой в России созданы буровые установки роторного типа БАК и УРБ-ЗАМОП. Кроме того, ОАО "ГЕОМАШ" совместно с компанией ВИРТ (Германия) создали современную буровую установку УБГ-00, предназначенную для бурения как разведочных, таки гидрогеологических скважин. Установка имеет подвижный вращатель сходом подачи 7 метров. Глубина бурения составляет 600 м при начальном диаметре 600 мм и конечном 190 мм. Установка позволяет бурить практически в любых геологических условиях. Применяют, в зависимости от поставленной цели и состава горных пород, способы бурения вращательное колонковое и сплошным забоем с прямой, обратной промывкой и продувкой, шнековое, ударно- вращательное с применением забойных пневмо- и гидроударных машин. Для бурения гидрогеологических скважин глубин дом применяется современная шведская установка с подвижным вращателем "ЭКСПЛОРЕК - 40". В породах средней твердости и твердых применяют двойную бурильную колонну с наружным диаметром 89 мм с погружным пневмоударником диаметром 101,6 мм, диаметром долота 114,3 мм. В разрезах, сложенных мягкими породами, бурение производят трехшарошечным долотом с промывкой глинистым раствором или продувкой. Вращение труб осуществляется в диапазоне от 0 до 97об/мин. 42 Для бурения разведочных скважин в скальных породах применяются установки колонкового бурения типа ЗИФ и УКБ ([19], с) В зарубежной практике часто применяются станки Шведской фирмы Atlas Copco. Технические характеристики данных станков представлены в табл. 13. Таблица 13 Зарубежные самоходные буровые установки для вращательного бурения Параметры TH5 TH10 T2W T3W T4W RD20 К К К К II III Глубина бурениям Начальный диаметр бурения, мм 610 305 508 508 762 Конечный диаметр бурения, мм 152 190 190 190 Длина диаметр бурильных труб, мм 3/ 76 3(6,1)/ 89; 102 6,1/ 89; 102; 114 6,1/ 89; 114 7,6/ 89; 114 9,1/ 89; 114; 140 Частота вращения, об/мин 0-100 0-100 105-145 105-145 105-145 Компрессор Подачам мин * до 35 до 20 25,4; 30,3 25,4; 30,3 35,4 Давление, бар до 25 до 21 8,3 – 24,1 8,3 – 24,1 24,13 Буровой насос Подача, л/мин 757 1135/ 568 ** 1135 1135 ** Давление, бар 6 8/ 20 20 20 Грузоподъемность, кН 100 220 204 340 635 498 544 * Внешний компрессор. ** Буровой насос выбирается в зависимости от диаметра скважины и специфики бурения. 43 Установка TH5 (Atlas Copco) Буровой модуль TH5 с гидравлическим приводом представляет собой компактный, мобильный, сверхлёгкий бур для бурения скважин на воду, который идеально подходит для эксплуатации в условиях ограниченного пространства, при бурении скважин на воду в удаленных местах. TH5 устанавливается на лёгкие машины грузоподъёмностью от 3,5 до 3 тонн. Рисунок 13. Буровая установка TH5 Установка TH10 (Atlas Copco) TH-10 компании Atlas Copco - многоцелевой агрегат с гидравлическим приводом, спроектированный для пневматического / гидравлического вращения и бурения с погружным ударником. Этот лёгкий буровой модуль предназначен для монтажа на грузовике с подходящей грузоподъёмностью и прекрасно подходит для мобильного бурения скважин на воду. Также существует модификация данной установки ТН10LM (с длинной мачтой. Буровая установка TH10LM компании Atlas Copco предоставляет удобства эксплуатации высокой буровой установки, с которой можно использовать бурильную трубу длиной 6 м. Установка идеально подходит для бурения скважин 44 большой глубины, при бурении которых применение более длинных бурильных труб позволяет повысить эффективность работы и сэкономить время. Рисунок 14. Буровая установка TH10 Установка T2W (Atlas Copco) T2W компании Atlas Copco - легковесный бурс приводом от двигателя грузовика, спроектированный для пневматических гидравлических работ. При проектировании T2W компания Atlas Copco реализовала в конструкции больше функциональных возможностей, чем в любом другом агрегате этого класса, предоставив пользователю преимущества более дорогих и больших буровых установок. Установку отличает открытая рабочая область, превосходное управление скоростью подачи, а также исключительные ходовые качества независимо от типа дороги. 45 Рисунок 15. Буровая установка T2W Установка T3W (Atlas Copco) Установка T3W спроектирована высокопрофессиональными специалистами по бурению на воду и оснащена эксплуатационной системой Cyclone, укомплектованной исключительно надежными компонентами, которые совершенствовались в буровом деле в течение 10 лет. T3W является буровой установкой с гидравлическим верхним приводом и эксплуатируется при бурении скважин различного назначения с использованием пневмоударника, вращательным способом с промывкой (продувкой. Буровая установка TH60 аналогична по характеристикам с T3W, но имеет привод от двигателя грузовика. T3W может поставляться в модульном исполнении и устанавливаться на шасси Российского производства. 46 Рисунок 16. Буровая установка T3W Установка T4W (Atlas Copco) T4W отличает традиционная конструкция для монтажа на ходовую базу и улучшенные буровые характеристики, которые повышают стандарты бурения скважин на воду. Стандартные и дополнительные функциональные возможности обеспечивают для пользователей повышенную производительность и надежность. Буровая установка T4W предназначена для бурения скважин в особо тяжелых условиях, изготовлена из очень прочных конструктивных элементов, что позволяет считать ее в отрасли буровой установкой № 1. T4W смонтирована на самоходном грузовике с колесной формулой 6x4. Установку отличает мощная мачта, которая имеет возможность удлинения для использования соответствующих обсадных труби износостойкая цепная подача бурового става для использования в сложных условиях. 47 Рисунок 17. Буровая установка T4W Установка RD20 (Atlas Copco) Буровая установка RD20 с приводом от палубного двигателя смонтирована на шасси и предназначена для бурения скважин на воду, нефть и газ. Эта мобильная буровая установка требует меньшее время подготовки на месте эксплуатации, меньший размер площадки, таким образом сокращаются затраты на переезды. Установка не требует большого количества персонала. Основой RD20 является запатентованная система подачи вращателя. Система подачи исключает необходимость в талевом блоке и роликах кронблока, которые можно найти на сопоставимом оборудовании, что значительно упрощает конструкцию мачты, так как нагрузку воспринимает только нижняя ее часть. Подающая каретка RD20 поднимается и опускается двумя расположенными в буровой мачте цилиндрами. Система подачи каретки RD20 обеспечивает общий кпд более 90%. 48 Рисунок 18. Установка RD20 15. Выбор типа промывочной жидкости Выбор типа промывочной жидкости зависит от состава горной породы в разрезе скважины. Техническая вода применяется при бурении в устойчивых породах Глинистые растворы применяются в трещиноватых, рыхлых сыпучих, плывучих и других слабоустойчивых породах для предотвращения обвалов, затяжек инструмента. Ингибированные буровые растворы представляют собой известковые и гипсовые водные растворы, применяемые в глинистых породах для предотвращения их размокания и набухания. Аэрированные растворы, насыщенные воздухом или газом, применяют для борьбы с поглощением промывочной жидкости. 49 Утяжеленные глинистые растворы применяются при вскрытии пластов с большим пластовым давлением для предупреждения выбросов из устья скважины фонтанной воды, газа. Водогипановые растворы применяются для вскрытия водоносных горизонтов взамен глинистого раствора, формируют на стенках эластичную корку, которая предотвращает фильтрацию раствора в водоносный пласт и его кольматацию. После спуска фильтровой колонны производится промывка и из скважины удаляются водогипановый раствори корка, те. происходит полное восстановление естественных свойств водоносного горизонта. Водогипановые растворы наиболее экологичны по сравнению с другими типами растворов, имеют высокую несущую способность, что способствует хорошей очистке забоя, низкую стоимость. 16. Выбор бурового инструмента При выборе бурильных труб для роторного способа бурения следует использовать соотношение , (14) где - диаметр долота, мм. При роторном бурении применяют бурильные трубы следующих размеров по наружному диаметру тела трубы 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140, мм, табл. 14 Таблица 14 Параметры бурильных труб Наружный диаметр бурильной трубы, мм Внутренний диаметр б.т., мм Диаметр муфты, мм Массам б.т. 60,3 46,3 80 9,5 73 59 95 11,4 89 75 108 14,2 102 87,6 127 16,4 114 100,3 140 18,5 127 113 152 20,7 140 123,7 171 26 168 150,3 197 32,3 Для увеличения жесткости и веса низа бурильной колонны (для создания необходимой нагрузки на долото) применяют утяжеленные бурильные трубы (УБТ). Диаметр УБТ подбирается по табл из соотношения 50 Таблица 15 Параметры УБТ Наружный диаметр УБТ, мм Длина трубы, м Массам трубы, кг 95 6; 8 47 108 6; 8 59 146 6; 8 98 178 8; 10 145 203 8; 12 192 219 8 220 245 7 258 254 6 336 273 6 398 Соотношения между диаметрами долота, УБТ и бурильных труб предлагается подбирать, пользуясь таблицей 16. Таблица 16 Рекомендуемые соотношения между диаметрами долота, УБТ и бурильных труб. Диаметр долота, мм Наружный диаметр, мм УБТ Бурильных труб 98,4; 120,6 95 60,3; 73 132-161 95, 108 73, 89 190-215 108, 146 89, 114 215-245 146, 178 114,140 245 203 141, 168 При выборе породоразрушающего инструмента в породах I-III категории по буримости применяют лопастные долота, а при бурении поболее высоким категориям применяют трехшарошечные долота различных типов и размеров, [12, с Например Выбираем по известнякам V категории по буримости трехшарошечное долото типа 190,5 С3-ГВ, где 190,5 – наружный диаметр долота, мм С - средней твердости абразивные горные породы Г – гидромониторная промывка В – на подшипниках стелами качения. При роторном бурении необходимо пользуясь [1] выбрать весь технологический инструмента также средства для механизации спускоподъемных операций. А именно, выбрать типоразмеры ведущей трубы, вертлюга-сальника, переходников для соединения ведущей трубы с бурильными трубами, бурильных труб с УБТ и выбранными долотами. При бурении разведочных скважин диаметром до 151 мм необходимо пользоваться инструментом для колонкового бурения [19, с 103-135] 51 Необходимо заметить, что если для бурения гидрогеологической скважины применяется установка колонкового бурения или с подвижным вращателем, то УБТ применять не следует. Для вращательного бурения с обратной промывкой применяют соответствующие буровые установки и инструмент, которые следует выбирать пос Пример Выбрать буровую установку, буровой и вспомогательный инструмент. Разрез скважины представлен 0-10 м – суглинки, пески 10-150 м – глины 150-160 м – водоносный пласт – известняки. Пласт напорный, динамический уровень – 48 м. проектный дебит 30 м³/час. Определим диаметр эксплуатационной колонны с учетом диаметра погружного насоса с требуемой подачей, табл. Из табл выбираем GRUNDFOS SP 30-90, диаметром 142 мм. Принимаем с учетом диаметра насоса 142 мм по табл. 4 диаметр эксплуатационной колонны равным 194 мм (внутренний диаметр эксплуатационной колонны равен 179,7 мм) Диаметры бурения, мм Глубинам Выбираем буровую установку роторного типа УРБ-3А3 Выбор бурового инструмента 1. В установке УРБ-3А3 допускается бурение с применением бурильных труб диаметром 73 мм с муфтово-замковыми соединениями диаметром 95 мм, табл. 12 2. УБТ при бурении долотом 245 мм. мм D УБТ 4 , 194 245 До глубины 150 м применяем УБТ-203 с массой 1 мкг (табл. 15). При бурении долотом диаметром 190 мм. Выбираем по табл УБТ-146 с массой го метра 98 кг. 3. Для забуривания скважины под направляющую трубу выбираем трехлопастное долото ЗЛ-295. На интервале 10-159 м бурение под эксплуатационную колонну диаметром 194 мм будем вести трехлопастным долотом ЗЛ-244,5, на интервале 150-160 м по известнякам выбираем трехшарошечное долото 190,5 С-ЦВ. Фильтр в известняках не устанавливаем. 4. Для сборки технологического инструмента в процессе бурения потребуются переходники - сведущей трубы на долото ЗЛ-295; - сведущей трубы на УБТ-203; 52 - сведущей трубы на бурильные трубы диаметром 73 мм - с бурильных труб 73 на УБТ-203; - с бурильных труб 73 на УБТ-146; - с УБТ-203 на долото диаметром 245 мм - с УБТ-146 на долото диаметром 190 мм. Вспомогательный инструмент 1. Элеваторы для бурильных труб ЭБ-73 – 2 шт. 2. Элеваторы для обсадных труб ЭО-194 – 2 шт. 3. Элеваторы для обсадных труб ЭО-273 – 2 шт. 4. Переходники на УБТ-203 для постановки элеватора ЭБ-73. 5. Роторные клинья для захвата УБТ-203 и УБТ-146. 6. Преходник на УБТ-146 для постановки элеватора ЭБ-73. 7. Стропы для элеватора ШЭ-25. 8. Шарнирные ключи РИК для бурильных труб 73 мм. 9. Цепные ключи для свинчивания обсадных труб. Для механизации спускоподъемных операций целесообразно оснастить буровую установку комплектом технических средств, позволяющих осуществлять развинчивание колонны с помощью ротора. Также для создания необходимой осевой нагрузки на долото с нуля дом целесообразно укомплектовать буровую установку гидравлическим механизмом подачи. |