Технологичская надежность. Современные тенденции модернизации буровых установок
 Скачать 2.87 Mb.
|
|
1.1.2 Мобильные установки Для бурения скважин промышленных масштабов применяются крупногабаритные буровые установки, однако, бывают случаи, когда использование подобных установок не является удобным. Поэтому, существуют также и мобильные буровые установки. Мобильные буровые установки обладают высокой монтажеспособностью, применяются для бурения наклонных и горизонтальных боковых стволов, а также могут использоваться для бурения разведочных и эксплуатационных скважин. Что касается зарезки боковых стволов (ЗБС) – это наиболее эффективная технология, которая позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти из пласта (увеличить дебит действующих скважин), и вернуть в эксплуатацию нефтяные скважины, которые не могли быть возвращены в действующий фонд другими методами. Мобильные установки классифицируются на два основных типа: 1. Мобильные самоходные буровые установки (рис. 8); 2. Мобильные малогабаритные буровые установки (рис. 9). В свою очередь, каждый из указанных типов таких установок также имеет свою классификацию согласно определенным техническим характеристикам [3]. Особой популярностью пользуются, конечно же, самоходные установки, поскольку они способны передвигаться одновременно с автомобилем, что обеспечивает легкость управления их местоположением. Сверху на шасси монтируется надстройка, играющая роль бурового аппарата. Конструктивно она из себя представляет следующие узлы: силовой агрегат, служащий для создания крутящего момента; передающее звено, посредством которого передается энергия от двигателя к сверлу; сам буровой механизм, который и осуществляет формирование скважины. 27 Выработка энергии двигателем представляет собой стандартную схему: вырабатывается кинетическая энергия, которая, передаваясь на определенные механизмы, попадает к буровой коронке, в результате чего коронка приходит в движение. Движение коронки имеет свою определенную частоту. Данная схема имеет два основных преимущества: она простая и надежная одновременно. Благодаря этому уже на протяжении многих лет она остается неизменной. Однако, несмотря на это, присутствует определенное направление, в котором осуществляются работы – это снижение потерь энергии во время ее передачи для того, чтобы увеличить КПД. Рисунок 8 – Мобильная самоходная буровая установка ZJ30 Мобильные самоходные буровые установки бывают: на автомобильном шасси; тракторные; на гусеничном снегоболотоходе. 28 Бурение скважин мобильными малогабаритными буровыми установками (рис. 9) осуществляется в труднодоступных местах. Как правило, в основном такие установки применяются для бурения водных скважин, а не для добычи полезных ископаемых. Однако, среди них есть и такие, которые могут применяться для разработки нефтяных месторождений. При чем, существуют моменты, когда гораздо рентабельнее осуществить выкачку нефти именно малогабаритными установками. К таким моментам относятся нефтяные залежи на малых и средних глубинах. Несомненно, эффективность добычи именно полезных ископаемых существенно выше при использовании стационарных вышек. Но для того, чтобы добыть нефть, например, с небольших глубин, больше затрат времени и финансов уходит на монтаж и демонтаж капитального оборудования, поэтому, более уместно и выгодно будет использовать именно мобильную установку. Тем более, что, не смотря на свою мобильность и небольшие габариты, установка легко справляется с задачей формирования скважин на необходимую глубину, которая зачастую является достаточно большой. Установка для бурения водных скважин применяется не только в частных хозяйствах, она также пользуется большой популярностью на предприятиях, которые осуществляют добычу минеральной воды [3]. 29 Рисунок 9 – Мобильная малогабаритная буровая установка Мобильные малогабаритные буровые установки классифицируются следующим образом: переносные; самоходные; автомобильные; на прицепе. Название оборудования говорит само за себя. Если установка мобильная, значит, возможно поменять ее местонахождение за очень короткие сроки без использования дополнительного крупногабаритного оборудования. В связи с этим, мобильные буровые установки самостоятельно не передвигаются, а устанавливаются на колесное шасси, позволяющее перемещать оборудование в любое необходимое место. Сами же габариты малогабаритных установок определяют способ монтажа оборудования – на трактор, автомобиль или специальную тележку. Однако, в случае с тележкой, на которую можно 30 смонтировать совсем мизерную буровую установку, то ее придется везде таскать за собой вручную или искать какой–то для этого транспорт. В данном случае появляется еще одно неудобство, заключающееся в невозможности поместить оборудование в нужное место работы с первого раза. Необходимо немного потрудиться [4]. 1.1.3 Установки КРС Капитальный ремонт скважин (КРС) – комплекс работ, связанных с восстановлением работоспособности обсадных колонн, цементного кольца, призабойной зоны, установкой и извлечением подземного оборудования, ликвидацией аварий, осложнений и консервацией, и ликвидацией скважин, а также с работами, требующими предварительного глушения продуктивных пластов (для газовых скважин), установки противовыбросового оборудования. Для освоения и ремонта скважин используют самоходный агрегат А– 50У, смонтированный на шасси автомобиля КрАЗ–257, грузоподъемной силой 500 кН (рис. 10). Данный агрегат предназначен для: разбуривания цементной пробки в трубах диаметром 146 и 168 мм и связанных с этим процессом операций (спуска и подъема бурильных труб, промывки скважин и т.д.); спуска и подъема насосно–компрессорных труб; установки эксплуатационного оборудования на устье скважин; проведения ремонтных работ и работ по ликвидации аварии; проведения буровых работ. 31 Рисунок 10 – Агрегат А–50У для капитального ремонта скважины: 1 – передняя опора; 2 – промежуточная опора; 3 – компрессор; 4 – трансмиссия; 5 – промежуточный вал; 6 – гидродомкрат для подъема вышки; 7 – талевая система; 8 – ограничитель подъема талевого блока; 9 – лебедка; 10 –вышка; 11 – пульт управления; 12 – опорные домкраты; 13 – ротор Масса всего агрегата 31 т. На агрегате имеется ограничитель подъема крюка, автоматически отключающий лебедку при затаскивании талевого блока. Вышка агрегата – двухсекционная телескопическая, поднимаемая в рабочее положение гидродомкратами и опирающаяся на опорные винтовые домкраты. Верхняя секция вышки выдвигается при помощи талевой системы и фиксируется на механически управляемых упорах. Вышка для работы расчаливается четырьмя оттяжками к якорям, зарытым в землю, и двумя – к передней части автомобиля. Агрегат устанавливается у скважины на специальную бетонированную площадку, как и все передвижные агрегаты, предназначенные для ремонта сакважин. 32 Для спускоподъемных операций с укладкой труб и штанг на мостки при капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, не оборудованных вышечными сооружениями, используют подъемные установки типа АзИНмаш– 37 (рис. 11). Подъемные установки этого типа подразделяются – на АзИНмаш–37А, АзИНмаш–37А1, АзИНмаш–37Б, смонтированные на базе автомобилей повышенной проходимости КрАЗ–255Б и КрАЗ–260. Подъемные установки АзИНмаш–37А и АзИНмаш–37А1 комплектуются автоматами АПР для свинчивания и развинчивания насосно–компрессорных труб и автоматическим ключом типа КШЭ с электроприводом для свинчивания насосных штанг. Подъемные установки оснащены ограничителем подъема крюкоблока, системой звуковой и световой сигнализации установки вышки, контрольно– измерительными приборами работы двигателя и пневмосистемы, а также другими системами блокировки, обеспечивающими безопасность ведения работ при монтаже установки вблизи скважины и спуско–подъемных операциях [4]. Рисунок 11 – Подъемная установка АзИНмаш–37 Для тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой, для возбуждения скважин поршневанием (свабированием), производства спуско– подъемных операций при ремонте скважин, необорудованных вышечными сооружениями, и предназначены агрегаты подъёмные АПРС–32 и АПРС–40. 33 Агрегат является самоходной нефтепромысловой машиной, смонтированной на шасси трехосного автомобиля высокой проходимости УРАЛ4320 или КрАЗ–260, и состоит из однобарабанной лебедки и двухсекционной телескопической вышки с талевой системой. Вышка агрегата имеет повышенную прочность, изготовляется из низколегированной морозостойкой стали. Для спуско–подъемных операций в процессе капитального ремонта нефтяных и газовых скважин предназначены подъемные установки типа УПТ (рис. 12). К ним относятся: УПТ–32, УПТ1–50, УПТ1–50Б. Установки самоходные, смонтированные на гусеничных тракторах. Состоят из следующих основных узлов: однобарабанной лебедки, установленной на специальном основании под оборудование, вышки с талевой системой, задней и передней опор вышки, кабины водителя. Установки укомплектованы механизмами для свинчивания – развинчивания труб; оснащены устройством противозатаскивания крюкоблока и взрывобезопасной системой освещения рабочей площадки на устье скважины и пути движения крюкоблока. В отличие от УПТ–32, установки УПТ1–50 и УПТ–50В снабжены узлом привода ротора, а также укомплектованы гидрораскрепителем [4]. Рисунок 12 – Подъемная установка УПТ1–50: 1 – коробка передач; 2 – однобарабанная лебедка; 3 компрессор воздуха; 4 – передняя опора вышки; 5 – фара; 6 – вышка с талевой системой; 7 – управление; 8 – кабина машиниста; 9 – гидродомкрат; 10 – задняя опора вышки 34 Привод всех механизмов установки осуществляется гидромоторами, для про–ведения вспомогательных работ имеется гидроманипулятор грузоподъемностью 300 кг. Для разрушения гидратных и парафиновых пробок, закачки в скважину технологических жидкостей, цементирования скважин в призабойной зоне, геофизических исследований используют мобильную установку УПД–5М. Установка представляет собой самоходную нефтепромысловую машину совместно с монтажной базой, включающей в себя барабан с укладчиком для намотки длинномерных труб, механизм подачи трубы в скважину, закрепленную на шасси автомобиля КаАЗ–65101/100, или каком–либо другом типе шасси, по желанию заказчика [4]. 1.1.4 Морские установки Морское бурение – разновидность буровых работ, выполняемых на акваториях Мирового океана и внутренних морей с целью поиска, разведки и разработки нефти, газа и других полезных ископаемых, а также инженерно– геологических изысканий и научных исследований. Запасы углеводородов на суше представляют лишь малую часть всех запасов, скрытых в недрах земли. Большую часть разведанных запасов составляют запасы, скрытые в акваториях морей и океанов. Поэтому, предположительно еще огромное количество ресурсов предстоит найти. И учитывая актуальность разведки и эксплуатации месторождений углеводородов в наше время, они будут разведаны. Но в данный момент сделать это не позволяет недостаточный уровень развития технологий. Поэтому данная сфера также толкает вперед и все остальные науки в процессе своего развития. В отличие от бурения на суше функциональная схема бурения морской скважины осложняется наличием толщи воды между устьем скважины и буровой установкой. 35 Выделяют следующие буровые установки для бурения скважин на акваториях: морская стационарная платформа (рис. 13); гравитационная морская стационарная платформа (рис. 14); самоподъемная буровая установка (рис. 15); полупогружная буровая установка (рис. 16); буровое судно (рис. 17). Морская стационарная платформа – это буровое основание, опирающееся на дно акватории и возвышающееся над уровнем моря. Так как по окончании эксплуатации скважины МСП остается на месте сооружения, то схемой бурения морской скважины в отличие от схемы строительства наземной скважины предусмотрено наличие водоотделяющей колонны, изолирующей скважину от толщи воды и соединяющей подводное устье с буровой площадкой морской стационарной платформы. Устьевое оборудование (превенторы, головки обсадных колонн, устройство для отвода промывочной жидкости из скважины в системы очистки) монтируется также на МСП. Особенности: кустовое бурение; длительная эксплуатация; длительное строительство; невозможность передвижения [5]. Глубины моря: от 10 до 350 м. 36 Рисунок 13 – Морские стационарные платформы: а – четырехблочная МСП; 1 – опорный блок; 2 –верхнее строение; 3 – подвышенные конструкции; 4 – буровая вышка; 5 – причально – посадочное устройство; 6 – водоотделяющая колонна (обсадная); 7 – свайный фундамент; б – двухблочная МСП; 1– опорный блок; 2 – верхнее строение; 3 – причально–посадочное устройство; 4 – буровая вышка; 5– водоотделяющая колонна; 6 – свайный фундамент; в – моноблочная МСП; 1 – опорный блок; 2 – верхнее строение, модули; 3 – буровая вышка; 4 – водоотделяющая колонна; 5 – свайный фундамент; 6 – причально – посадочное устройство Гравитационная морская стационарная платформа – буровое основание, изготовленное из железобетона и стали. Она строится в глубоководных заливах и затем с помощью буксиров доставляется на точку бурения эксплуатационных и разведочных скважин. ГМСП предназначена не только для бурения скважин, но и для добычи и хранения нефти до отправки ее танкерами к месту переработки. Платформа обладает большим весом, поэтому для удержания ее на точке бурения не требуется дополнительных устройств [5]. 37 Рисунок 14 – Схемагравитационной морской стационарной платформы: 1 – емкость с топливом; 2 – стенки ячейки; 3 – верхняя крышка; 4 – опора хозяйственного оборудования; 5 – верхнее строение; 6 – буровая опорная колонна; 7 – хранилище нефти; 8 – нижняя крышка; 9 – балласт; 10 – стальная юбка; 11 – штифт После разработки месторождения производится консервация всех скважин, отсоединение установки от устьев скважин, отрыв ее от морского дна и транспортировка на новую точку в пределах данной площади или в другой регион бурения и добычи нефти и газа. В этом заключается преимущество ГМСП перед МСП, которая после разработки месторождения остается в море навсегда. Самоподъемная плавучая буровая установка обладает достаточным запасом плавучести, что имеет большое значение для ее транспортировки на точку бурения вместе с буровым оборудованием, инструментом и 38 необходимым запасом расходных материалов. На месте бурения с помощью специальных подъемных механизмов и опор устанавливают СПБУ на морское дно. Корпус установки поднимают над уровнем моря на недосягаемую для морских волн высоту. По способу монтажа превенторных устройств и способу соединения буровой площадки с подводным устьем скважины СПБУ аналогична МСП. Для обеспечения надежности эксплуатации скважины обсадные колонны подвешивают под столом ротора. По завершении бурения и после освоения разведочной скважины устанавливают ликвидационные мосты и все обсадные колонны обрезают ниже уровня дна моря. Рисунок 15 – Самоподъемная плавучая буровая установка: 1 – понтон; 2 – опорная колонна; 3 – устройство подъема опор; 4 – кран; 5 – буровая вышка; 6 – консоль подвышечного портала; 7 – стеллажи для хранения труб; 8 – жилой модуль; 9 – вертолетная площадка Полупогружная плавучая буровая установка – наиболее распространенный тип морских буровых установок, сочетает в себе 39 преимущества погружных конструкций и способность проводить буровые работы на глубине более 1500 метров. ППБУ состоит из корпуса, который включает в себя собственно буровую площадку с оборудованием и понтоны, соединенные с площадкой стабилизирующими колоннами. В рабочем положении на точке бурения понтоны заполняются расчетным количеством морской воды и погружаются на расчетную глубину под воду; при этом действие волн на платформу уменьшается. Так как ППБУ подвержена качке, то жесткое соединение ее с подводным устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны (райзера) невозможно. Поэтому для предотвращения разрушения связки устье –– ППБУ в составе водоотделяющей колонны предусмотрены телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения ВОК. с плавсредством и подводным устьевым противовыбросовым оборудованием Герметичность подвижных элементов водоотделяющей колонны должна обеспечивать изоляцию скважины от морской воды и безопасность работ при допустимых условиях эксплуатации. На точку бурения ППБУ доставляют с помощью буксирных судов и удерживают на ней якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. По окончании ее строительства ППБУ снимают с точки бурения и перегоняют на новое место [5]. 40 Рисунок 16 – Полупогружная плавучая буровая установка: 1 – вышка; 2 – стеллажи для хранения труб; 3 – опорная колонна; 4 – вортолетная площадка; 5 – жилой модуль; 6 – поворотный кран Буровые суда – самоходные и поэтому не требуют буксировки на место проведения работ. Они проектируются специально для осуществления бурения скважин на большой глубине, хоть и обладают не такой устойчивостью как полупогружные морские буровые установки. Состав оборудования включает в себя полный набор, необходимый для крупного океанского судна. С помощью GPS устройств реализуется активное управление буровым судном. Это позволяет проводить буровые операции непосредственно с корабля, но только в тех пределах, где его перемещения не мешают процессу бурения. На нижнем корпусе судна располагаются электрические двигатели, которые обеспечивают движение корабля в любом направлении. Над точкой бурения судно удерживается с помощью динамической системы позиционирования, которая включает в себя пять подруливающих винтов и два ходовых винта, постоянно находящихся в работе. Благодаря якорной системе, судно, оборудованное производственной, отгрузочной и 41 хранилищной площадками, может вращаться вокруг вертикальной оси, в результате при воздействии ветра, его влиянию будет подвержена минимальная площадь. Буровая шахта проходит через весь корпус судна, расширяясь к низу; буровые линии уходят от нее в глубину. На палубе располагается силовые установки и техническое оборудование. Нефть, добытая, а затем очищенная, хранится в резервуарах корпуса, впоследствии же ее загружают в челночные грузовые танкеры. Противовыбросовое подводное оборудование устанавливается на морское дно после постановки БС на точку бурения, оно связано с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны с дивертором, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений бурового судна в процессе строительства скважины [5]. Рисунок 17 |