Технологичская надежность. Современные тенденции модернизации буровых установок
 Скачать 2.87 Mb.
|
|
2.2.4 Насосный блок 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 обеспечения процесса промывки при пробуривании скважины, нагнетания в скважину бурового раствора с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы и выноса её на 56 поверхность, охлаждения долота и приведения в действие забойных двигателей гидравлического типа. Различают насосы следующих типов – двухпоршневые насосы двойного действия и трёхпоршневые насосы одностороннего действия. Наиболее полно требованиям технологии бурения соответствуют трёхпоршневые насосы одностороннего действия, которые обеспечивают наименьшую степень неравномерности давления на выходе и наименьший износ клапанов и штоков поршня в сравнении с двухпоршневыми насосами двухстороннего действия [10]. 57 3. Инновации в производстве буровых установок 3.1 Современные методы монтажа и перевозки буровых установок Существует три метода монтажа буровых установок: обычный (индивидуальный), мелкоблочный и крупноблочный. Обычный метод монтажа буровых установок заключается в индивидуальном монтаже оборудования и строительстве сооружений установки с применением фундаментов однократного использования. В этом случае строят бетонные или деревянные фундаменты отдельно под каждый агрегат установки. При повторном монтаже буровую установку разбирают на агрегаты и узлы и перевозят на универсальном транспорте на новую точку бурения, где вновь строят фундаменты, сооружения и монтируют оборудование. Обычный метод монтажа буровых установок связан с большим комплексом трудоемких работ (строительных, плотничных, слесарных, подсобно–вспомогательных и др.), выполняемых на месте монтажа, что вызывает удлинение срока монтажа буровых установок. Поэтому этот метод в настоящее время применяется очень редко, только при монтаже буровых установок большой грузоподъемности. Мелкоблочный метод монтажа буровых установок заключается в том, что агрегаты и узлы установки монтируют не на бетонных или деревянных фундаментах, а на металлических основаниях. Металлическое основание со смонтированным на нем каким–либо узлом установки составляет мелкий блок. Количество мелких блоков буровой установки определяется конструкцией установки, условиями разработки месторождения и географическими условиями, обычно буровая установка расчленяется на 15–20 мелких блоков. Габаритные размеры и вес мелких блоков позволяют перевозить их на универсальном транспорте или волоком, а в труднодоступных районах – на вертолетах [11]. 58 Этот метод монтажа буровых установок широко применяют в разведочном бурении, а в некоторых районах и в эксплуатационном бурении, когда местные условия не позволяют перевозить установки крупными блоками. Крупноблочный метод монтажа буровых установок заключается в перевозке агрегатов и узлов установки крупными блоками на специальном транспорте (тяжеловозах), установке блоков на фундаменты и соединении коммуникаций между ними. При этом буровую установку расчленяют на два– три блока весом по 60–120 т. Крупный блок состоит из металлического основания, перевозимого на специальных транспортных средствах, и смонтированных на нем агрегатов и узлов буровой установки, кинематически связанных между собой При перевозке таких блоков почти не нарушаются кинематические связи узлов установки и коммуникаций и не демонтируются укрытия, что позволяет исключить трудоемкие работы, выполняемые при обычном методе монтажа, такие как строительные, плотничные, слесарные и ряд подсобно – вспомогательных. Применение крупных блоков позволяет сократить сроки монтажа буровых установок до минимума. Крупноблочный метод монтажа буровых установок широко применяется в эксплуатационном бурении. Каждому типу буровой установки соответствуют своя кинематическая и монтажная схемы, в которые входят различные агрегаты. Однако при конструктивном различии установок в их комплексе встречаются агрегаты, необходимые в любой из компоновок. Это вышки. Талевые системы, грузоподъемные лебедки, роторы, вертлюги, приводные механизмы (шестеренчатые или цепные редукторы, клиноременные передачи), двигатели и насосы для перекачки промывочных жидкостей. Они различаются техническими характеристиками, конструктивным исполнением, габаритными размерами и массами. Но все они должны быть кинематически связаны определенной монтажной схемой, определяющей местоположение каждого агрегата относительно друг друга. 59 Поэтому при монтаже каждой установки приходится выделять отдельно монтаж: каждого агрегата, входящего в комплекс любой буровой установки; узлов и систем управления агрегатами, входящими в комплекс установки; технологических трубопроводов для перекачки промывочной жидкости, топлива, сжатого воздуха и отопления; приводных механизмов. Вспомогательного оборудования, необходимого для приготовления и очистки промывочной жидкости, обогрева буровой установки, сохранения запасов горюче–смазочных материалов и т.д. В связи с этим для монтажа буровой установки необходимо осуществить следующие работы: планировочно – разбивочные и подготовительные; строительство фундаментов и оснований под буровую вышку, буровое, силовое и вспомогательное оборудование; монтаж буровой вышки; строительство привышечных соединений; монтаж бурового, механического и силового оборудования; монтаж электрооборудования. Перечисленные этапы работ выполняют специалисты соответствующих бригад (подготовительной, строительной, специализированной или комплексной вышкомонтажной) в последовательности, определяемой методом монтажа, который применен при сооружении данной буровой. Транспорт относительно небольшого по массе и габаритам оборудования (средних насосов, компрессоров, станков) выполняется стандартными транспортными средствами. С внедрением крупного блочного монтажа, например, буровых установок, с перенесением основного объема монтажных работ на заводы изготовители, перед транспортировками возникли серьезные инженерные задачи транспорта и погрузочно–разгрузочных работ. 60 Для перевозки по железной дороге крупногабаритных и массивных блоков для нефтяной и газовой промышленности применяют нормальные четырехосные платформы грузоподъемностью 60–70 т. Длина железнодорожной платформы 13 м, ширина 2.77–2.87 м высота головки рельсов 1.3 м. Для такелажа блоков с платформы на автотранспорт имеются мощные железнодорожные краны. Транспорт массивных блоков по автомобильным дорогам с покрытиями всех категорий выполняется на автомобильных прицепах – трейлерах большой грузоподъемности. Прицепы снабжены гидро– или пневмотормозами. Подвеска колес балансирная, что обеспечивает независимое их положение и равномерное распределение нагрузки. Для транспорта массивных грузов по бездорожью в разных погодных условиях применяют гусеничные тяжеловозы, тележки, прицепы и лыжи. Неровности местности могут вызвать значительные перкосы грузовой платформы и нарушение точности монтажа транспортируемого объекта, что, очевидно, весьма нежелательно, так как вызывает необходимость проверки качества сборки на месте установки объекта (проверка соосности агрегатов, надежности крепления, регулировки). Здесь целесообразно использовать опору платформы на три точки так же, как при транспорте крупных блоков буровых установок. Следует учитывать, что наименьший по расстоянию путь не всегда кротчайший по времени (очевидно, что препятствие проще обойти чем преодолеть). На ровных участках местности ширина трассы для транспорта блоков буровых установок должна составлять 16 метров. При боковых уклонах трассу расширяют до 40 м. для прохода страхующих с боков тракторов. На предприятиях нефтяной и газовой промышленности все шире используется самолеты и вертолеты для транспорта и монтажа массивного оборудования. Воздушные тяжеловозы– самолеты АН–24, вертолеты МИ–6 полностью вошли в практику транспортных и монтажных работ. Создан вертолет грузоподъемностью 40 т [11]. 61 Специфические особенности воздушного транспорта оказывают влияние и на конструкцию оборудования. Так для разведочного бурения скважин на трудноосваиваемых в транспортном соотношении площадях, разработан вариант мелкоблочной буровой установки Бу–75 БрМ для перевозки воздушным транспортом. Применение воздушного транспорта оборудования весьма эффективно, особенно в труднопроходимых и малодоступных районах (тайга, болота, горы). Кроме того, практика бурения в Западной Сибири показала, что в некоторых случаях вертолетный транспорт экономически более выгоден по сравнению с перевозкой тракторами, учитывая необходимость строительства хотя бы примитивных дорог. Следует также учитывать, что воздушный транспорт более оперативен, позволяет избежать сезонности работ и увеличить коэффициент оборачиваемости оборудования на 35–40 %. Однако есть и воздушном способе транспортировке свои особенности (крепление грузов, подготовка взлетно– посадочных полос и площадок, сортировка и размещение грузов) [11]. 3.2 Цифровое бурение Бурение скважин – дорогостоящий процесс, существенно влияющий на себестоимость добычи нефти. И чем дальше, тем сложнее и дороже он становится: чтобы эффективно разрабатывать трудноизвлекаемые запасы, нужно строить сложные, высокотехнологичные скважины. Повышать эффективность бурения помогают технологии Индустрии 4.0 – анализ больших данных, интернет вещей, искусственный интеллект. Целый ряд соответствующих цифровых проектов. Отечетсвенные производители давно занимаются вопросами эффективности бурения, реализуя организационные и технологические проекты, о которых уже не раз писала «Сибирская нефть»: проект «Технический предел», Центр управления бурением, создание высокотехнологичных буровых установок для российского рынка и др. Причины повышенного внимания к этой сфере в недостаточной развитости 62 российского нефтесервисного рынка. Отсутствие серьезной конкуренции приводит к тому, что участники рынка не спешат вкладывать значительные ресурсы в развитие и брать на себя связанные с этим дополнительные риски. Поэтому нередко внедрение новых технологий – инициатива самих нефтедобывающих компаний [12]. 3.2.1 Современные датчики потоков данных В одной из российских компаний процесс проектирования и строительства скважин сегодня уже во многом оцифрован. Расположение скважин, их траектория и конструкция, отдельные операции (спуск обсадных колонн, цементирование ствола и др.) рассчитываются в специальных компьютерных симуляторах. Программное обеспечение позволяет оценить ожидаемую отдачу от пласта и найти оптимальные способы ее достижения. В процессе бурения со скважины поступает обильный поток данных. Это показания датчиков геолого–технологических исследований (ГТИ), данные каротажа в процессе бурения, показания телеметрии наклонно направленного бурения, реология бурового раствора и т. д. Большое количество разноплановой информации по каждой скважине поступает в Центр управления бурением (ЦУБ) «Геонавигатор», и основная задача центра – обеспечить максимально эффективное использование данных при сопровождении и контроле процесса строительства скважин. Дооборудование буровых установок такими датчиками – важная задача, которую компания уже реализует в сотрудничестве с буровыми подрядчиками, эксплуатирующими их. Частая причина простоев – выход из строя оборудования. Датчики дают нам возможность оценивать его износ, предотвращать выход из строя и сокращать непроизводительное время за счет своевременного обслуживания. Отечественная компания стимулирует такое развитие в отрасли бурения, несмотря на то что ставки буровых компаний, использующих высокотехнологичное оборудование, неизбежно будут расти. Но если 63 изменения позволят в итоге повысить скорость бурения, исключить или существенно сократить простои, итоговая стоимость скважины может оказаться ниже, а нефть и доход от ее реализации можно будет получить быстрее. В перспективе – полная автоматизация буровых и применение решений на основе искусственного интеллекта, благодаря которым станет возможным удаленное управление буровой установкой, создание так называемых безлюдных буровых [12]. 3.2.2 Искусственный интеллект исправит траекторию При бурении скважин искусственный интеллект (рис. 21) позволяет выявлять выход долота за пределы целевого (продуктивного) слоя еще до того, как об этом сообщат датчики телеметрии. В силу конструктивной особенности бурового оборудования информация о типе породы и ее свойствах на основании показаний каротажных приборов в процессе бурения поступает с задержкой. В результате выход из коллектора или целевого интервала фиксируются, когда долото ушло от места выхода уже на 15–35 м. В некоторых случаях опытный бурильщик способен по косвенным признакам (нагрузка на долото, скорость проходки и т. д.) определить, что долото вышло в другую породу. У специалистов возникла идея, что такой навык можно развить у искусственного интеллекта, выявив в данных ГТИ указывающие на это скрытые закономерности. Разработанный прототип использует машинное обучение, чтобы оперативно анализировать параметры, поступающие с бурового оборудования, – уровень вибрации, скорость бурения и вращения ротора, нагрузку на долото и др. Эти показатели изменяются в зависимости от характеристик пласта, и это позволяет оперативно определить состав породы, не дожидаясь поступления данных с датчиков на самом буровом инструменте [12]. 64 Рисунок 21 – Работа искусственного интеллекта Сейчас программа способна определять три литотипа (породы с определенным набором признаков) – песчаник, глину, карбонатизированный песчаник – и, соответственно, тот момент, когда долото переходит из одной породы в другую. Вероятность выявления смены литотипа с использованием созданного цифрового решения составляет не менее 70%. Обучение модели продолжается на новых скважинах: с каждой пробуренной скважиной точность становится выше. Применение методики позволит в будущем повысить скорость бурения горизонтальной части скважин, снизить затраты на устранение ошибок и повысить качество проходки, а значит, и эффективность будущей эксплуатации [12]. 65 3.2.3 Пульт оператора–бурильщика точность и бесперебойность Компании – системному интегратору в нефтегазовой сфере требовалась разработка современного пульта бурильщика, который включал бы панели наблюдения и пульты управления процессами бурения. Разработанное решение призвано обеспечить бурильщикам более комфортные условия и сделать их работу более эффективной. Ранее использовалось решение с применением четырех дисплеев, отображавших различные параметры процесса бурения. Промышленные компьютерырасполагались в центре управления системой, находящейся на расстоянии около 100 метров от пульта бурильщика. Компьютеры были подключены к дисплеям пульта бурильщика с помощью кабелей VGA, из–за чего часто возникали проблемы в виде помех. Таким образом, надежность системы и защищенность данных не удовлетворяли компанию заказчика. Более того, производительность дисплеев и компьютеров, использовавшихся для прежнего решения, была недостаточной, чтобы реализовать цифровую систему мониторингаи управления бурением, что компания выдвигала в качестве своей цели. Для построения современной системы было принято решение о необходимости использования компактного, экономически эффективного решения, которое было бы способно обеспечить построение полностью интегрированной высокопроизводительной цифровой системы [13]. Требования к системе: Панельные компьютеры взамен использовавшихся существующих ПК и дисплеев. Использование устройств с высокопроизводительным процессором и более чувствительным сенсорным экраном. Использование шлюзов PROFIBUS в Ethernet для подключения PLC и компьютеров, что обеспечит беспрепятственную передачу данных. Соответствие оборудование стандартам Class 1 Division 2 ATEX и IECEx, поддержка расширенного диапазона рабочих температур. 66 В течение многих лет компания «MOXA» сотрудничает с нефтегазовыми компаниями по всему миру и поставляет свои инновационные решения. Компания имеет широчайший модельный ряд защищенных промышленных устройств, предназначенных для использования в неблагоприятных условиях, и заказчики всегда могут выбрать то оборудование, которое в наибольшей степени будет соответствовать требованиям их систем. Для повышения эффективности работы системы и снижения совокупной стоимости владения компания заказчик заменила на пульте бурильщика использовавшиеся до того компьютеры на два панельных компьютера MOXA с сенсорным экраном современного поколения. Старые дисплеи были заменены на промышленные мониторы. Вместо подключения компьютеров и мониторов при помощи кабелей VGA компания установилапанельные компьютеры на пульте бурильщика, что существенно упрощает работу оператора. Одним из неудобств предыдущего решения было также то, что металлическая рама на дисплеях снижала чувствительность сенсорного экрана. Панельные компьютеры современного поколения используют процессоры новейшего поколения, а также чувствительный сенсорный экран, что существенно повышает эффективность и комфортность работы операторов. Другой задачей при переходе на новую систему было обеспечение преобразования протоколов. Усовершенствованные устройства (рис. 22) обеспечили реализацию задачи преобразования, используемого PLC– устройствами PROFINET протокола, таким образом, проблема невозможности подключения PLC непосредственно к компьютерам была с легкостью решена. Кроме того, в системе применяются промышленные коммутаторы, обеспечивающие передачу данных на пульт управления [13]. 67 Рисунок 22 – Пультоператора–бурильщика нового поколения В целом, развертывание системы позволило компании существенно повысить операционную эффективность пульта бурильщика, который был солидно усовершенствован, и притом, модернизация не потребовала чрезмерных вложений. Преимущества инновационных решений Специализированные решения для нефтегазовой отрасли. Снижение совокупной стоимости владения буровыми установками. Полный модельный ряд устройств, включая устройства, сертифицированные согласно C1D2 / ATEX Zone 2 [13]. |