Технологичская надежность. Современные тенденции модернизации буровых установок
 Скачать 2.87 Mb.
|
|
3.2.4 Цифровая перспектива Эффективность использования цифровой буровой кратно вырастает при строительстве высокотехнологичных сложных скважин с протяженным горизонтальным стволом. Отдельно надо отметить, что снизить стоимость внедрения цифровой буровой также позволило использование отечественных разработок и оборудования. 68 Умной» буровой еще предстоит пройти вторую фазу опытно– промышленных испытаний. Специалисты планируют подтвердить полученные ранее результаты. Буровые бригады будут использовать технологии на мобильных буровых установках и буровых эшелонного типа. На основании реального полученного эффекта от проекта „Цифровая буровая“ в компании сформирован подход по тиражированию апробированных решений в активах. На текущий момент разрабатывается концепция цифровизации буровых установок разного типа с дифференцированным набором опций и элементами роботизации, которая позволит оптимизировать сроки строительства скважин, минимизировать ошибки, выйти на более сложные цели и повысить уровень производственной безопасности. Еще одним направлением работы станет интеграция автоматизированной системы анализа и сбора данных «умной» буровой в действующую систему ЦУБ «ГеоНавигатор», который управляет строительством высокотехнологичных скважин компании [14]. 3.3 Новинки оборудования 3.3.1 Автоматизированные приемные мостки Использование системы механизированных приемных мостков (МПМ) упрощает и ускоряет подачу труб со стеллажей на буровую площадку. Подъем труб на буровую площадку может осуществляться с помощью элеватора, исключая трудоемкую промежуточную процедуру наращивания через шурф. Персонал буровой площадки управляет системой механизированных приемных мостков при помощи пульта дистанционного управления, что исключает какой–либо риск для членов бригады. Простая процедура перемещения и перевозки системы механизированных приемных мостков – путем простого демонтажа системы на один основной модуль и две подъемные секции моста. Электронные органы 69 управления могут быть установлены в одном контейнере или встроены в общую систему управления буровой установки. Для работы с НКТ приемные мостки выпускаются с грузоподъемностью стеллажей до 100 тонн в санном, санно–колесном или колесном исполнении с выдвижными или приставными стеллажами с беговыми дорожками. Механизированный приемный мост (МПМ), изображенный на рисунке 23, буровых установок с горизонтальным расположением труб имеет два стеллажа, справа и слева. На одном хранятся буровые трубы, на другом – обсадные. Индивидуальные трубы со стеллажей автоматически захватываются мостком и забрасываются в центральный желоб, в конце которого расположен центральный толкатель. После попадания в желоб, труба надежно защищена от падения или скатывания [15]. Рисунок 23 – Механизированный приемный мост МПМ осуществляет подъем трубы с ее последующим надвигом на буровую площадку за счет центрального толкателя, который толкает трубу по желобу до тех пор, пока конец трубы «не высунется» из желоба на нужную дистанцию, для ее захвата элеватором. Захват трубы элеватором происходит или с помощью помощника бурильщика, или автоматически. 70 Наращивание трубы на колонну осуществляется буровым ключом, или автоматически при использовании верхнего привода. Автоматизированные приемные мосты значительно повышают безопасность персонала и снижают объем ручных работ как при подъеме труб, так и при их укладке после окончания бурения. Кроме того, такие мосты не нуждаются ни в каких модификациях при подаче буровых труб, обсадных труб, дополнительного бурового оборудования или геофизического инструмента. Максимальный диаметр подаваемой трубы может достигать 51 см. МПМ имеют различные технические характеристики, от сравнительно небольших, способных подавать трубы длиной до 10 метров и весом до 400 кг, до морских, имеющих грузоподъемность 4500 кг, и способных подавать трубы длиной до 14 метров. Таким образом, механизация укладки и доставки труб на ось скважины позволяет повысить эффективность спускоподъемных операций при бурении и при ремонте нефтяных скважин [15]. 3.3.2 Система спуска обсадных колонн Для успешного спуска эксплуатационных обсадных колонн на плановые глубины, а также для качественного цементирования скважин требуется привлечение самых современных разработок в этой области. Система CDS™ (рис. 24) позволяет расширить возможности верхнего привода буровой установки и использовать его для свинчивания резьбовых соединений обсадной колонны. Система CDS™ полностью заменяет стандартный набор оборудования для спуска обсадных колонн. Наличие гидравлического вертлюга у системы CDS™ позволяет вращать обсадную колонну при спуске, циркуляции и расхаживании (к примеру, при больших коэффициентах трения вращение позволяет их кратно снизить), а также дает возможность осуществлять циркуляцию и долив во время спуска обсадных колонн. Дополнительно благодаря системе CDS™ можно приступить к проработке ствола скважины в месте получения посадки. Наличие 71 дополнительного независимого моментомера TеsTork™ (с беспроводной передачей данных WTTS) обеспечивает возможность регистрировать и контролировать в режиме реального времени и с записью в память на электронный носитель показатели момента свинчивания через адаптированную компьютерную систему. Система оснащена регулируемыми по длине штропами, позволяющими на большинстве буровых установок брать трубу сразу с мостков. Грузоподъемность гидравлического элеватора для одиночных труб составляет 5 т, что более чем достаточно для одной трубки. Грузоподъемность самой CDS™ составляет 350–750 т. Также имеются новейшие компактные системы длиной всего 2 м. Поскольку CDS™ автоматизирована и управляется удаленно, при работе с нет необходимости привлекать верховых рабочих, в отличие от Fill Up Tool и спайдер–элеваторов. Соответственно, исключаются риски из–за работы с ключами, так как это не требуется при CDS™. Преимущества применения CDS™ очевидны. Система исключает использование громоздких спайдер– элеваторов, привлечение верхового рабочего, использование циркуляционного оборудования (Fill–Up Tools), использование силовых ключей. Таким образом, использование CDS™ существенно сокращает количество оборудования и персонала, требуемого для спуска обсадной колонны, обеспечивает высокий уровень механизации работ и устраняет необходимость работы персонала в особо опасных условиях [15]. 72 Рисунок 24 – Система спуска обсадных колонн (ССОК) Cаsing Drivе Systеm™ (CDS™) 3.3.3 Автоматизированный гидравлический буровой ключ с программным управлением ГКШ–8000 Автоматизированный гидравлический буровой ключ с программным управлением ГКШ–8000 «Тимеркул» (рис. 25) предназначен для быстрого, безопасного, высокоточного свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб с наружными диаметрами от Ø73 мм (2 7/8") до Ø219 мм (8 5/8"), управляемый промышленным PC – контроллером с операционной системой реального времени Windows CЕ 7.0. Использование выдвижного манипулятора, управление при помощи программируемых логических контролеров и возможность использования 73 выносного пульта позволяют добиться безопасной и эффективной работы, а также продления срока службы бурового инструмента [16]. Особенности и преимущества управление осуществляется с дистанционного пульта бурильщика при помощи ПЛК; высокоточная затяжка, которая значительно продлевает срок службы бурильного инструмента; использование специальной программы для задания профилей труб, которая позволяет вносить значения моментов для последующего быстрого выбора одним нажатием кнопки на операторской панели; управление в автоматическом режиме, так и в ручном, когда необходимо выполнять нестандартные операции; Возможность мгновенного отключения в случае аварийной ситуации; дистанционный пульт обеспечивает управления и контроль ключа с различных точек буровой площадки, на расстоянии от потенциальных источников опасности; универсальные челюсти позволяют работать с трубами различных диаметров без замены плашек; уникальный выдвижной манипулятор позволяет регулировать положение ключа по длине и высоте; занимает минимальное пространство на буровой площадке; ключ монтируется на штатное место бурового ключа типа АКБ, без изменения конструкции буровой площадки, что позволяет исключить процедуру согласования по применению; малое число запчастей и легкое обслуживание в ремонте; для совместной работы автоматизированного гидравлического ключа ГКШ–8000 возможно использование гидростанции электрической ГСЭ– 200Р выпускаемой ООО «Уфагидромаш»; не уступает, а в некоторых случаях и превосходит зарубежные аналоги. 74 Рисунок 25 – ГШК–8000 Таблица 3 – Технические характеристики ГКШ–8000 «Тимеркул» Крутящий момент спиннера, Нм (кгс∙м) 2940 (300) Минимальный крутящий момент докрепления, Нм (кгс∙м) 4000 (408) Максимальный крутящий момент докрепления, Нм (кгс∙м) 80000 (8150) Максимальный крутящий момент раскрепления, Нм (кгс∙м) 116000 (11820) Диапазон труб, мм. 73–219 Давление нагнетания, МПа (кгс/см 2 ) 20 (200) Давление в линии слива, МПа (кгс/см 2 ) не более 0,5 (5) Объемная подача в гидроключ, м 3 /с (л/мин) 33,3×10–4 (200) 75 Продолжение таблицы 3 Частота вращения роликов спиннера, об/мин 120 Количество роликов спиннера, шт 4 Вращение вокруг своей оси, градусов 360 Масса, кг 3000 Габаритные размеры, мм 1600x1200x2400 3.3.4 Механизм захвата бурильных свечей Комплекс механизмов типа АСП предназначен для механизации и частичной автоматизации спускоподъемных операций (СПО). Комплекс обеспечивает: совмещение во времени подъема и спуска колонны бурильных труб и незагруженного элеватора с операциями установки свечей на подсвечник, выноса ее с подсвечника, а также с развинчиванием или свинчиванием свечи с колонных бурильных труб; механизацию установки свечей на подсвечник и вынос их к центру, а также захват или освобождение колонны бурильных труб автоматическим элеватором. Ниже (табл. 4) приведен перечень работ, выполняемых механизмами АСП [16]. Таблица 4 – Перечень работ, выполняемых механизмами АСП Механизм Выполняемая работа Специальная талевая система Подъем и спуск колонны труб Механизм подъема Приподъем и опускание отдельной отвернутой свечи 76 Продолжение таблицы 4 Механизм захвата Захват и удержание отвернутой свечи во время подъема, спуска и переноса ее от центра скважины на подсвечник и обратно Механизм расстановки свечей Перемещение свечи от центра скважины на подсвечник и обратно Направляющие каната и центратора Удержание верхней части свечи в центре вышки при свинчивании и развинчивании Автоматический элеватор Автоматический захват и освобождение колонны бурильных труб при спуске и подъеме Магазин и подсвечник Удержание в вертикальном положении свечей, отвинченных, установленных в определенном порядке На рисунке 26 представлена схема расположения механизмов АСП–3 на буровой. На кронблочной площадке установлены амортизатор 1 и верхний блок 2 механизма подъема, канат 3 подвески центратора, магазин 4, нижний блок 5 механизма подъема, центратор 8, механизмы переноса свечей 9 и захвата свечей 10, канат механизма подъема 11. Задний и боковой балконы 25 и 26 размещены внутри вышки на определенной высоте, обеспечивающей нормальную работу комплекса АСП–3. Внизу буровой расположены подсвечник 6, блок цилиндров механизма подъема 7, механизм смазки свечей 12, автоматический буровой ключ 13, вертлюг 14, ротор с пневмоклиньями 15, буровая лебедка 16. К ногам буровой вышки 17 хомутами 18 крепится магазин 4, который дополнительно закреплен подкосами 27 и "страхуется" канатом 19. 77 Консольноповоротный кран 20, пульты механизма расстановки свечей 21, механизма подъема свечей 22 и механизма смазки свечей 23 смонтированы на полу буровой. Бурильные свечи 24 устанавливаются на подсвечник 6. Рисунок 26 – Схема расположения механизмов АСП–3 на буровой: 1 – амортизатор; 2 – верхний блок механизма подъема; 3 – канат подвески центратора; 4 – магазин; 5 – нижний блок механизма подъема; 6 – подсвечник; 7 – блок цилиндров механизма подъема; 8 – центратора; 9 – механизмы переноса свечей; 10 – механизм захвата свечей; 11 – канат механизма подъема; 12 – механизм смазки свечей; 13 – автоматический буровой ключ; 14 – вертлюг; 15 – ротор с пневмоклиньями; 16 – буровая лебедка; 17 – нога буровой вышки; 18 – хомут; 19 – канат; 20 – консольноповоротный кран; 21 – пульты механизма расстановки свечей; 22 – механизм подъема свечей; 23 – механизм смазки свечей; 24 – бурильные свечи; 25 – задний балкон; 26 – боковой балкон; 27 – подкосы 78 В таблицах 5, 6 приведены перечень и массовая характеристика узлов, участвующих в работе комплекса механизмов АСП. Таблица 5 – Перечень узлов, участвующих в работе комплекса АСП Механизм Узлы не входящие в комплекс АСП АСП– ЗМ1 АСП– ЗМ2 АСП– ЗМ4 АСП– ЗМ5 АСП–5 АСП–6 Пневматический клиновой захват типа ПКР ПКР–560 ПКР–560 ПРК–560 ПКР–560 ПКР– 300 ПКР– 300М Ключ типа АКБ АКБ–ЗМ2 АКБ–ЗМ2 АКБ–ЗМ2 АКБ–ЗМ2 АКБ– ЗМ–300 АКБ– ЗМ–300 Таблица 6 – Массовая характеристика узлов, участвующих в работе клмплекса АСП Механизм Узлы не входящие в комплекс АСП АСП–ЗМ1 АСП–ЗМ2АСП–ЗМ4АСП–ЗМ5 АСП–5 АСП–6 УКБА–6– 200 УКБА–6– 250 УКБА–7– 320 УКБА–7– 400–1 У4–300 УКБА–7– 500 УТБА–5– 170 УТБА–5– 200 УТБА–6– 250 УТБА–6– 320 У4–300 УТБА–6– 400 Входящие в комплекс механизмов АСП Амортизатор с направляющими канатами 0,6 0,6 0,6 0,6 0,65 0,65 Центратор подвижной 0,47 0,47 0,47 0,55 0,51 1,33 Механизм захвата свечи 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 4х0,65=2,6 Автоматический элеватор 2,03 2,03 2,03 2,03 4,3 3,96 Механизм расстановки свечей 4,07 4,07 4,2 4,3 4,2 2х4,4=8,8 79 Продолжение таблицы 6 Механизм подъема свечи 0,6 0,6 0,6 0,6 1,01 4х0,59=2,3 6 Подсвечни к 5,06 4,43 6,11 8,18 6,0 2х20,3=40, 6 Магазин для свечей 1,73 1,93 2,65 3,12 Входит в конструкцию вышки Хомут– элеватор 2х0,04=0,0 8 2х0,04=0,0 8 2х0,04=0,0 8 2х0,04=0,0 8 2х0,04=0,0 8 2х0,04=0,0 8 Кронштейн поворотны й – – 1,75 1,75 – 4х2,5=10 Пульт управления 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 2х0,7=1,4 3.3.5 Модернизированные многофункциональные наклонные буровые установки Многофункциональная наклонная буровая установка (рис. 27) – новый тип буровой глубине под углом от 8° до вертикали. Наклонная мачта МНБУ с зубчато–реечным механизмом передвижения силового вертлюга дает новые возможности при строительстве наклонно–горизонтальных скважины с большими отходами на экстремально малых глубинах. Бурение под углом 45° в комбинации с изменяемым усилием на забой дает возможность устройства скважин повышенной протяженности. Это увеличивает производительность бурового процесса при бурении на угольный метан и труднодоступные углеводороды. Высокопроизводительная система гидравлического привода позволяет выставлять с высокой точностью все создаваемые усилия, моменты и скорости при помощи системы управления. Гусеничный привод установки придает ей свободу передвижения на стройплощадке, а также упрощает ее перевозку на трейлере на большие расстояния [17]. 80 МНБУ применяется при строительстве: вертикальных скважин; горизонтальных скважин; наклонно–направленных скважин; наклонно–горизонтальных скважин; горизонтально–разветвленных скважин; вертикальных и наклонных скважин большого диаметра. Установка МНБУ позволяет с высокими технико–экономическими и качественными показателями строить наклонно–направленные, горизонтальные и многозабойные скважины для освоения различных природных ресурсов в любых, даже максимально близких к поверхности пластах, в том числе для: извлечения (дегазации, добычи) метана из угольных пластов; добычи трудноизвлекаемых (тяжелых) нефтей и битумов по технологии SАGD, TАGD; восстановления бездействующих нефтегазовых скважин методом строительства дополнительного наклонно–направленного илигоризонтального ствола скважины; реконструкции эксплуатационных скважин путём забуривания бокового ствола с горизонтальным окончанием; капитального ремонта эксплуатационных нефтяных и газовых НГС; разведки и добычи углеводородного сырья в прибрежной зоне шельфа с берега; гидрогеологических целей: строительство дренажных систем по защите объектов и застроенных территорий от подтопления грунтовыми водами, подземных водозаборов, водопонижения, утилизации загрязненных вод, по защите водных объектов от загрязнения промышленными стоками; добычи прочих природных ресурсов: технических, сланцевого газа, нефтяных песков, «старых» промыслов, богатых железных руд; 81 геологоразведочных целей: разведка углеводородного сырья: нефти (в т.ч. тяжелых нефтей и битумов), газа (в т.ч. сланцевого и угольного метана); прокладки трубопроводов под реками, при значительной разнице высотных отметок берегов; ведения горноспасательных работ: сооружение штреков для экстренной эвакуации персонала шахт, ликвидация (глушение) открытых фонтанов; устройства выходов в море для нефтеналивных терминалов; устройства нагнетающих трубопроводов на гидроэлектростанциях [17]. Рисунок 27 – Наклонная буровая установка 82 3.3.6 Современные системы обогрева буровых установок Система обогрева буровой установки в самом общем виде представляет из себя трехступенчатый отопительный комплекс, состоящий из: теплогенератора; отопительных радиаторов; коммуникаций для развода теплоносителя. Теплогенераторы подают горячий воздух на буровую установку. Нагретый воздух по системе воздуховодов равномерно распределяется по всему буровому эшелону и подвышечному пространству. Блок дополнительных емкостей буровой установки можно обогревать или горячим воздухом, или теплом, вырабатываемым генераторными установками. Особенно широко распространены теплогенераторы контейнерного типа. Они способны: работать в условиях низких температур (до –45 градусов); подавать воздух с температурой до +100 градусов по теплоизолированным воздуховодам длиной до 45 м; обеспечивать высокую производительность по воздуху с большой удельной разницей температур; использовать в качестве топлива сырую нефть, печное топливо, дизельное топливо, легкие мазутные фракции. Отопительные радиаторы, использующиеся на буровых установках, должны характеризоваться высокими показателями удельной тепловой мощности, которые могут в равной степени успешно достигаться как как конвекцией, так и излучением [17]. 83 Однако в последнее время на буровых установках чаще всего используется комбинированная система обогрева буровой установки, включающая в себя: котельную установку; парогенераторы; электрокалориферы; тепловые пушки; электро–ТЭНы. Важная роль принадлежит электрокалориферам, поскольку они предотвращают конденсацию влаги в буровых коммуникациях, тем самым уменьшая массу бурового блока Подвижные части бурового элеватора обогреваются особым способом: к штропам элеватора крепится коллектор, а на коллектор подается тепловой пар. Однако клинья элеватора обогреваются обычным нагревательным блоком, особо эксплуатируемым в зимний период [17]. |