Мухин Владимир Михайлович, Коробов Александр Дмитриевич Бурение нефтяных и газовых скважин учебнометодическое пособие
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 17 Рис.7 Каретка и направляющий рельс. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 18 Направляющий рельс состоит из отдельных секций и крепится на особых кронштейнах. Трубный манипулятор. Трубный манипулятор PH-50 состоит из следующих основных узлов (Рис. 8): Вращающийся адаптер штроп Предохранительный зажим крутящего момента Механизм двустороннего наклона штроп Встроенные противовыбросовые клапана Штропа элеватора и элеватор бурильной трубы Рис.8. Трубный манипулятор Таким образом, верхнеприводная система является высокомобильным и компактным вариантом вращения породоразрушающего наконечника. При электрическом приводе СВП, бурение производится с помощью двух буровых двигателей переменного Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 19 тока переменной частоты мощностью 350 лошадиных сил. Встроенная гидравлическая система обеспечивает питание всех вспомогательных функций, снимая необходимость установки отдельного гидравлического силового блока и подводки линий подачи жидкости. Рис.9. Стандартная привязка СВП к буровой вышке. При выборе способа бурения до глубины 4500 м решающее значение имеют физико-механические свойства пород. Сравнительно редко встречаются районы с идеальными условиями по всему разрезу для того или иного способа бурения. В большинстве случаев при бурении скважин интервалы, которые наиболее эффективно бурить турбобурами или ВЗД, чередуются с участками разреза, в которых наибольший Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 20 эффект даёт бурение роторным способом. В этом случае наиболее рационально производить поинтервальный выбор способа бурения. При бурении наклонно-направленных скважин и горизонтальных участков ствола, независимо от других факторов, следует применять забойные двигатели и системы верхнего привода, так как они дают значительно более высокие технико-экономические показатели, чем роторный способ с применением отклонителей. Преимущества СВП:- 1). Экономия времени на наращивание труб при бурении. Наращивание колонны бурильных труб свечой длиной 28 метров позволяет устранить каждые два из трех соединений бурильных труб. 2) Уменьшение вероятности прихватов бурильного инструмента.Силовой вертлюг позволяет в любой необходимый момент времени при спуске или подъеме инструмента элеватором в течение 2.-3 минут соединить с бурильной колонной и восстановить циркуляцию бурового раствора и вращение бурильной колонны, тем самым предотвратить прихват инструмента. 3). Расширение (проработка) ствола скважины не только при спуске, но и при подъеме инструмента. 4). Повышение точности проводки скважин при направленном бурении. При использовании отклонителя с гидравлическим забойным двигателем для измерения угла скважины свечу можно удерживать в заданном положение по всей длине свечи, что приводит к лучшей ориентации колонны и меньшему числу контрольных съемок. 5). Повышение безопасности буровой бригады. Возможность вести наращивание свечой, а не одной трубой снижает число используемых соединений, что уменьшает вероятность несчастных случаев. 6). Снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну. Наличие механизированного сдвоенного шарового крана (превентора) позволяет быстро перекрыть внутреннее отверстие в колонне, тем самым предотвратить разлив бурового раствора при отсоединении ствола силового вертлюга от свечи. Вся операция проводится бурильщиком без участия остальных членов буровой бригады. 7). Облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счет вращения. Возможность вести спуск обсадной колонны с вращением и промывкой обсадных труб при добавлении специального переводника для обсадных труб. 8). Повышение качества керна. Бурение на всю длину свечи без наращивания однотрубками улучшает качество керна, снижает число рейсов. 9). Обеспечение точного крутящего момента при свинчивании и докреплении резьб. Использование электродвигателя постоянного тока, или переменного с изменяющейся частотой дает возможность получать точный и плавный меняющийся вращательный момент докрепления для каждого соединения, что увеличивает срок службы бурильной свечи. 1.4. Роторные управляемые системы (РУС) Используются на буровых установках с верхним приводом. Необходимость их применения обусловлена рядом причин. Начиная с 50-х годов прошлого века, постоянно возрастают объемы бурения скважин с горизонтальным окончанием (так называемые горизонтальные скважины – ГС). Абсолютное большинство из них бурится с использованием забойных двигателей. Однако при бурении ГС возникают серьезные трудности. Главными из них являются проблемы с транспортом выбуренной породы по горизонтальной и сильно наклонной части ствола, трудности с передачей нагрузки на долото вследствие больших сил трения, необходимость подъема бурильной колонны и смены компоновки при достижении заданных параметров кривизны ствола и т.д. Эти трудности возрастают с увеличением длины горизонтального участка. Иногда возникает необходимость проводки скважин с очень большими отходами, у которых длина ствола L много больше глубины скважины по вертикали Н (L/H>>1)). Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 21 Проводка таких скважин с использованием забойных двигателей при невращающейся бурильной колонне в ряде случаев вообще невозможна. Все это обусловило необходимость разработки роторных управляемых систем для бурения с непрерывным отклонением компоновки низа бурильной колонны от оси скважины при её вращении. Основным их принципом является использование вращающейся вместе с колонной труб телеметрической системы, на которой установлены внешние или внутренние отклоняющие элементы. Последние управляются электроникой, синхронизируются с вращением бурильной колонны и находятся в постоянном контакте со стенками скважины или валом близи долота, что позволяет вести непрерывное управление траекторией ствола скважины. Автономная телеметрическая система выдает замеры инклинометрии и свойств горных пород, слагающих разрез скважины, на поверхность посредством различных каналов связи, чаще всего гидравлического канала. Роторные управляемые системы позволяют бурить пологие и горизонтальные скважины с более ровным профилем из-за отсутствия перегибов ствола (обычных при использовании забойных двигателей) с большим отходом за счет снижения трения и лучшей очистки ствола. Более высокая скорость проходки с постоянным вращением бурильной колонны предотвращает вероятность прихватов бурильного инструмента, сокращает время на очистку ствола от выбуренной породы, снижает пагубное воздействие бурового раствора на продуктивный пласт и обеспечивает более быстрый ввод скважин в эксплуатацию. Роторные управляемые системы обеспечивают увеличение механической скорости проходки, более равномерную отработку долот, улучшение очистки скважины от шлама. При их использовании улучшается качество ствола с минимальной микрокривизной, что позволяет проводить сложные трехмерные профили с большим отходом. Однако они предъявляют высокие требования к очистке бурового раствора, требуют внедрения дополнительных датчиков в систему буровой и использования специализированных долот. Роторные управляемые системы (далее РУС) можно разделить на два основных типа по способу управления смещением долота относительно оси скважины: 1. «Push the bit» – радиальное смещение всей компоновки или большей её части относительно оси скважины, что вызывает давление на боковую поверхность долота в определенном направлении. К этому типу можно отнести системы «Автотрак» – Бейкер Хьюз Интек, «Пауэрдрайв» – Шлюмберже, «Веллдиректор» и «Экспрессдрилл» – Нобль Дриллинг. 2. «Point the bit» – позиционирование долота. Достигается смещением приводного вала относительно компоновки, либо изменением его кривизны, что вызывает изменение угла атаки вооружения долота. К этому типу можно отнести: «Геопилот» – Сперри-Сан, «АГС» – КДАЛ, «Смартслив» – Ротари Стирабл Тулз, «Андердрилл» и «ДАРТ» – Андергейдж. РУС первого типа получили наибольшее распространение благодаря относительно простому устройству и надежности. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 22 Использование РУС позволяет значительно ускорить и улучшить проводку скважины, улучшить состояние ствола и увеличить отход от вертикали в горизонтальных скважинах. Рис. 10 РУС с радиальным смещением компоновки относительно оси скважины, вызывающая давление на боковую поверхность долота в определенном направлении 1.5. Спуско-подъёмное оборудование. Буровые вышки При бурении скважин возникает необходимость в подъёме и спуске бурильных труб для замены изношенного породоразрушающего инструмента, в поддержании на весу бурильной колонны при проходке, в спуске обсадной колонны для крепления стенок скважины. По мере углубления скважины в процессе бурения бурильная колонна, подвешенная на подъёмном крюке (рис.11), подаётся вниз до тех пор, пока квадратная (ведущая) штанга полностью не войдёт в ротор. После этого останавливают вращение инструмента и приподнимают колонну над забоем до тех пор, пока над столом ротора не покажется муфта верхней бурильной трубы. Тогда зажимают колонну в роторе пневматическими клиньями, отвинчивают квадратную штангу, опускают её в специальную трубу, а на колонну навинчивают дополнительную бурильную штангу. Затем опускают удлинённую таким образом бурильную колонну в скважину, навинчивают сверху рабочую трубу и продолжают бурение. Для выполнения этих операций применяют буровые вышки, которые в зависимости от назначения скважин, их глубины и конструкции различаются своими техническими характеристиками. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 23 Рис. 11. Спуско-подъёмное оборудование буровой установки: а) – размещение внутри вышки; б) – схема действия талевой системы: 1 – кронблок; 2 – талевый блок; 3 – буровая лебёдка; 4 – подвижный (ходовой) конец талевого каната; 5 – неподвижный («мёртвый») конец талевого каната; 6 – подъёмный крюк; 7 – бурильная колонна; 8 – нога буровой вышки; 9 – балкон; Р – нагрузка на крюке, Р/2 – нагрузка на ветвь талевого каната. При подъёме бурильных труб из скважины весь их комплект, находившийся в работе, размещается вертикально в буровой вышке. С целью сокращения затрат времени на спуско-подъёмные операции развинчивание и свинчивание бурильных труб производят «свечами» - соединениями из двух или трёх бурильных труб. Свечи имеют длину соответственно 24 и 36 метров. Вес бурильной колонны (Р на крюке - см. рис 11), с которым приходится оперировать при её спуске и подъёме и поддержании на весу, достигает нескольких сотен тонн. Для того, чтобы уменьшить нагрузку на канат и снизить установочную мощность двигателей, применяют подъёмное оборудование (рис.11), состоящее из вышки, буровой лебёдки и талевой (полиспастовой) системы. Талевая система в свою очередь состоит из неподвижной части – кронблока (неподвижные ролики полиспаста), устанавливаемые на верху вышки на особой раме, и подвижной части – талевого блока (подвижные ролики полиспаста), подвешенного на талевом канате и подъёмного крюка. Спуско-подъёмное оборудование является неотъемлемой частью всякой буровой установки независимо от способа бурения. При бурении глубоких скважин применяют в основном вышки двух типов – башенные и А–образные секционные мачтовые, металлоёмкость которых на 20% меньше металлоёмкости вышек башенного типа при одинаковой грузоподъёмности. А- образные вышки легче транспортировать, в них удобнее размещать оборудование. Поэтому наиболее широко в настоящее время применяются мачтовые вышки. 1 3 6 4 5 2 8 Р 2 Р 2 Р Р 2 1 2 3 4 5 6 7 9 7 б) а) Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 24 1 2 3 4 А) Б) Рис. 12 Схема А-образной секционной вышки мачтового типа: А) – вид спереди; Б) – вид сбоку; 1 – кронблок; 2 – ноги вышки; 3 – балкон; 4 – жёсткие опоры ног (подкосы). Вышки мачтового типа обычно применяются с использованием механизмов автоматизации спуско-подъёмных операций – АСП. При этом верховой рабочий не требуется, значительно облегчается труд буровой бригады и уменьшается время, затрачиваемое на вспомогательные рабочие процессы, соответственно увеличивается удельный вес времени чистого бурения. В число механизмов АСП, кроме автоматического ключа для свинчивания и развинчивания бурильных труб входят автоматический подсвечник, пневматические роторные клинья, механизм захвата свечи и автоматический элеватор. А-образные вышки состоят из двух колонн, соединённых между собой вверху у кронблока связями и прикреплённых внизу к опорным шарнирам, на определённом расстоянии от которых вышка имеет жёсткие опоры – подкосы (рис. 12). Недостатком вышек мачтового типа является их высокая стоимость и меньшая устойчивость по сравнению с вышками башенного типа. Вышки башенного типа (рис.13) представляют собой правильную четырёхгранную усечённую пирамиду («фонарь») решётчатой конструкции. Размер верхнего основания пирамиды обычно равен 2 х 2 м. В вышках высотой 41 м размер нижнего основания составляет 8 х 8 м, а у вышек высотой 53 и более м – 10 х 10 м. На передней и задней гранях пирамиды предусмотрены полураскосы – «ворота», через которые внутрь вышки с приёмных мостков затаскиваются бурильные и обсадные трубы, забойные двигатели и другие грузы. Высота проёмов полураскосов колеблется от 8 до 12 метров. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 25 На высоте, определяемой по длине свечи, монтируется четырёхсторонний балкон с квадратным пролётом в центре и с выступающей внутрь фонаря вышки площадкой верхового рабочего – «люлькой» шириной 700 мм. На 500 мм ниже пола площадки устанавливаются пальцы, которые являются упорами для верхних концов свечей, размещаемых при подъёме инструмента вертикально внутри вышки. Пальцы прикрепляются к полу площадки верхового рабочего и к поясу вышки хомутами. Рабочий, находящийся на площадке, захватывает свечи специальным крючком на 800 – 1200 мм ниже муфты и заводит их за палец. Таким же образом он выводит свечи из- за пальца при спуске инструмента в скважину. Обычно устанавливают два пальца по обеим сторонам люльки, но при бурении сверхглубоких скважин иногда напротив люльки устанавливают ещё один палец. На полу буровой соответственно положению пальцев устанавливают подсвечники, на которых при спуско-подъёмных операциях размещают нижние концы свечей. Снаружи буровой вышки сооружаются маршевые лестницы с переходными лестничными площадками. Лестницы должны плотно прилегать к граням вышки, иметь перила, а в нижней части перил должна быть предусмотрена обшивка шириной не менее чем в одну доску, чтобы предотвратить соскальзывание ноги при движении людей по лестнице. 5 2 1 3 53 85 0 7 4 А) Б) Рис.13. Буровая вышка башенного типа: А) – общий вид вышки ВБА-53-320 со стороны приёмных мостков; Б) – балкон и площадка верхового рабочего (вид сверху); 1 – ноги; 2 – пояса; 3 – диагональные тяги; 4 – полураскосы; 5 – балкон; 6 – площадка верхового рабочего; 7 – пальцы. Существует несколько методов монтажа вышек башенного типа: методами «снизу вверх» и «сверху вниз» они собираются в вертикальном положении, а по методу Духнина и Бержеца – собираются в горизонтальном положении, а затем поднимаются в вертикальное (рабочее). 6 6 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 26 Монтаж вышки методом снизу вверх начинается с монтажа на специальном основании сначала нижней секции. Затем с помощью так называемых шагающих стрел на неё наращивают следующую и так далее до кронблока. Этот метод наиболее старый, монтаж вышки этим методом представляет наибольшую опасность для рабочих, занятых сборкой вышки. Монтаж вышки методом сверху вниз требует меньших затрат труда и более безопасен. Заключается он в том, что внутри специального вышечного подъёмника собирается вначале верхняя секция, затем её поднимают с помощью специального приспособления; на полу монтируется следующая вниз секция вышки и присоединяется к уже поднятой, а затем поднимают вверх уже собранные секции и на полу монтируют третью, считая сверху. секцию и так до самой нижней. Монтаж методом Духнина и Бержеца в отличие от рассмотренных выше методов производится в горизонтальном положении. Затем вышка поднимается в вертикальное положение с помощью подъёмно-монтажных стрел. Монтаж вышек А-образного типа производится на земле в горизонтальном положении на уровне роста человека. Время, затрачиваемое на сборку этих вышек, приблизительно на 35% меньше, чем на сборку вышек башенного типа той же грузоподъёмности. Поднимают А-образные вышки в вертикальное положение с помощью стрелы и буровой лебёдки или трактора. 1.6. Силовые приводы буровых установок Используются для привода лебёдки, ротора и насосов. Кроме того, вспомогательные двигатели служат для обеспечения различных других операций (приготовление глинистого раствора, очистка промывочной жидкости от выбуренной породы, привод компрессора, осветительной электростанции и т. п.). Наиболее широко применяют приводы от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателей. Бурение эксплуатационных скважин, как правило, осуществляется с использованием электропривода, - поисковых и разведочных – с использованием привода от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Бурение с использованием электропривода значительно дешевле бурения на ДВС. В том случае, если подача электроэнергии к месту работ не требует больших затрат, следует бурить на электроприводе даже одиночные скважины. 1 2 а) |