Технологичская надежность. Современные тенденции модернизации буровых установок
 Скачать 2.87 Mb.
|
|
3.4 Автоматизированная буровая установка Хотелось бы рассказать про автоматизированную буровую установку гидравлического типа серии HH, которая была разработана компанией Drillmec (рис. 28), для обеспечения высоких стандартов безопасности ведения буровых работ, их высокой эффективности, снижения стоимости бурения и уменьшения воздействия на окружающую среду. Буровые установки представленного типа требуют в два раза меньшей территории для размещения оборудования, чем традиционные, обеспечивают самые быстрые монтаж–демонтаж и транспортировку на другую точку, сокращают непроизводительные время и расходы, обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Буровые установки уникальной конструкции имеют форму, значительно отличающуюся от традиционных буровых установок [18]. 84 Рисунок 28 – Автоматизированная буровая установка гидравлического типа НН–300 Целью создания такой конструкции были увеличение уровня безопасности работы буровой бригады и улучшение технико–экономических показателей бурения. В конструкции буровой установки HH используется различное гидравлическое оборудование для максимальной автоматизации процесса бурения. Управление всеми функциями буровой установки производится из кабины бурильщика. Буровые установки серии НН выпускаются с номинальной статической грузоподъемностью на крюке от 70 до 350 тонн, что дает возможность бурить скважины глубиной до 5000 м в зависимости от конструкции и профиля скважины. Поэтому буровые установки этого дизайна потенциально могут быть широко востребованы, поскольку 90% бурящихся сегодня на суше в мире нефтяных, газовых и геотермальных скважин находятся в пределах технических возможностей этой серии. Разработана и находится в производстве самая большая буровая установка серии HH, предназначенная для работы в условиях Саудовской Аравии, грузоподъемностью на крюке – 600 тонн. Буровые установки серии HH интегрированы с базой трейлера, на котором они и транспортируются как одно целое. Данные установки самоподъемные – с 85 помощью гидравлических цилиндров они выдвигаются в рабочее положение на требуемую высоту. Концепция максимальной автоматизации данных буровых установок позволяет осуществлять большинство рабочих операций процесса бурения, включая спускоподъемные операции (СПО) колонн бурильных и насосно– компрессорных труб (НКТ), с наилучшими эксплуатационными показателями, без участия персонала, за исключением бурильщика. Полностью автоматизированный трубный манипулятор, управляемый из кабины бурильщика, позволяет совершать СПО без вмешательства оператора, не требует присутствия персонала на рабочем полу. Функции рабочих на буровом полу ограничиваются лишь смазкой резьбовых соединений труб и сменой компоновок низа бурильных колонн (КНБК). Таким образом, для эксплуатации буровых установок серии НН требуется буровая бригада меньшей численности, чем для традиционных буровых установок. Это называется работа «без рук» – персонал не имеет непосредственного контакта с вращающимися трубами, трубными ключами и лебедками, никто не подвергается риску попасть под падающие предметы. Буровые установки серии НН отличает от других самоподъемная гидравлическая телескопическая мачта, в которую интегрированы мощный гидроцилиндр и система верхнего гидропривода. Мачта буровой установки серии НН имеет иную конструкцию, чем мачта традиционной буровой установки. На данной буровой установке нет буровой лебедки и талевой системы, нет балкона верхового рабочего и, соответственно, не требуется верховой рабочий. Все это заменено мощным гидроцилиндром, который является основным грузоподъемным элементом буровой установки. Самоустанавливающаяся мачта уменьшенной высоты. После подъема базы буровой установки на требуемую высоту подроторного основания мачта поднимается в вертикальное положение двумя гидравлическими цилиндрами. Так же устанавливается в рабочее положение и верхний привод [18]. 86 Верхний привод оборудован динамометрическим ключом; может двигаться горизонтально, что позволяет ему перемещать трубы из шурфа для «однотрубки» к центру скважины, и наоборот. Кроме того, буровая установка оборудована автоматическим трубным манипулятором, который поворачивается внутри уникальных вертикальных стеллажей–магазинов для бурильных труб, радиально расположенных вокруг буровой площадки. Эти вертикальные стеллажи состоят из определенного количества мобильных магазинов. Количество магазинов зависит от размера и типа буровой установки. Захваты трубного манипулятора установлены на вертикальной вращающейся башенной опоре и оснащены двумя зажимами каждый. Этими зажимами манипулятор захватывает бурильную трубу из любого магазина и перемещает ее в шурф для наращивания, или наоборот, в зависимости от предварительно электронно–заданной последовательности. Система функционирует автоматически в последовательности, управляемой программируемым логическим контроллером (ПЛК), при этом у оператора–бурильщика сохранена возможность управления всеми системами буровой со своего пульта управления в кабине. В комплект поставки буровых установок серии НН входит также гидравлический силовой трубный ключ с автоматическими захватами. Система вертикальных стеллажей–магазинов для труб устанавливается на полукруглой решетке вокруг буровой площадки, что позволяет быстро монтировать и демонтировать буровую установку. Кроме того, магазины для труб транспортируются и перегружаются, будучи полностью заполненными трубами (обычно по 16 труб на магазин), что значительно экономит время и снижает риски, связанные с погрузкой и разгрузкой труб. Трубы можно легко заменять, поменяв магазины, уже заполненные другими трубами, не прерывая при этом процесса бурения. Буровые установки серии НН предназначены для работы с бурильными трубами стандартного типоразмера диапазона длины R III (∼ 12,5 м), однако трубы длиной ∼ 9,5 м 87 также могут применяться без каких–либо изменений и регулировки оборудования [17]. Другим важным элементом, позволяющим эксплуатировать буровые установки серии НН в автоматическом режиме, является гидравлический силовой трубный ключ, который размещается позади закрепленной части основания мачты, регулируется по высоте, управляется с пульта бурильщика, вращается вперед и назад относительно центра скважины для свинчивания и развинчивания трубных соединений без применения ручного труда. Только буровые установки серии НН обладают уникальной способностью создавать дополнительное вертикальное усилие на бурильный инструмент (долото), что является огромным преимуществом во многих критических ситуациях. Величина создаваемой нагрузки – от 20 до 40 тонн, в зависимости от типа буровой установки. Как показала мировая практика, буровые установки серии HH особенно применимы и экономически эффективны при бурении наклонно–направленных скважин с большими зенитными углами и горизонтальных скважин. Габаритные размеры и весовые характеристики буровых установок серии НН значительно меньше эквивалентных по мощности и грузоподъемности традиционных буровых установок. Все главные модули буровой установки НН значительно меньше по массе, чем аналогичные традиционные, и для быстрой транспортировки монтируются на полуприцепах. Параметры бурения можно регулировать гидравлическим верхним приводом в процессе работы. Верхний привод обеспечивает автоматическое бурение с постоянной нагрузкой на долото или с постоянной скоростью вращения, выбранными оператором–бурильщиком со своего пульта управления. Также можно установить максимальное достигаемое значение нагрузки на крюке (на мачту) [18]. 88 Эти конструктивные особенности буровых установок НН в сочетании с возможностью обратной проработки ствола скважины снизу–вверх во время подъема бурильного инструмента снижают риски прихватов бурильных труб. Буровые установки НН серии: минимизация аварийности и травматизма Большинство несчастных случаев на буровых установках происходят на буровом полу. Часты повреждения рук и пальцев в результате зажатия между подвешенной трубой и трубой, находящейся в клиньях ротора, удары и затаскивания рук вращающимися колоннами, раздробление рук трубным ключом, лебедкой или цепью. Такие несчастные случаи происходят с людьми, работающими вблизи движущихся механизмов и подвергающихся опасности столкновения с ними. Подобное часто случается при спускоподъемных операциях на традиционных буровых установках, где много людей выполняют тяжелую ручную работу в довольно ограниченной зоне бурового пола. На буровых установках серии НН, обслуживаемых меньшим числом рабочих, где большинство операций выполняются автоматически или с дистанционным управлением, возможность несчастных случаев значительно ниже. А вероятность быть травмированным падающими предметами практически исключена, так как здесь нет человеческого присутствия вверху, над буровым полом, а подъемные операции производятся посредством телескопического движения гидравлической мачты вместо буровой лебедки и талевых канатов, как на традиционных буровых установках. Минимальное число происшествий на действующих буровых установках НН свидетельствует о том, что они обеспечивают буровым бригадам самый высокий уровень безопасности. Автоматизация рабочих операций, централизованное управление и уменьшенная численность персонала буровой бригады обеспечивают простоту и наибольшую эффективность технического обслуживания и эксплуатации буровой установки – это залог большей производительности и меньшей стоимости работ [18]. 89 Рисунок 29 – Диаграммы сравнения средних эксплуатационных показателей бурения традиционной буровой установки и НН 200 Уникальная конструкция буровых установок серии НН, направленная на обеспечение безопасности их эксплуатации, достигаемая в основном за счет автоматизации большого числа компонентов, может быть в дальнейшем усовершенствована с целью достижения полной автоматизации буровых установок и сведения к нулю травматизма и аварийности в бурении. Сегодня уже больше сотни автоматизированных буровых установок серии НН успешно работают на различных нефтегазовых месторождениях по всему миру (Аргентина, Австралия, Венесуэла, Бразилия, Колумбия, Перу, Конго, Египет, Ливия, Саудовская Аравия, Индия, Китай, Исландия, Италия, Германия, Нидерланды, Румыния, Великобритания, США, Украина и др.), подтверждая безупречность данной технологии выдающимися результатами, такими как: безаварийные условия труда, снижение стоимости бурения и затрат на логистику, повышение скоростей бурения, более точное управление параметрами бурения, уменьшение воздействия на окружающую среду. Разработанные и выпускаемые компанией Drillmec автоматические буровые установки гидравлического типа являются революционным, принципиально новым образцом оборудования – на сегодня это наиболее новаторское предложение для нефтегазовой промышленности [18]. 90 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение. Целью магистерской диссертации является разработка рекомендаций к усовершенствованию буровых установок. Таким образом, в данном разделе выпускной квалификационной работы необходимо оценить перспективность и экономическую эффективность использования современного отечественного оборудования буровых установок. Потенциальными потребителями результатов данной работы будут являться буровые нефтесервисные компании. С этой целью необходимо: – составить SWOT–анализ; – составить график проведения научного исследования – сравнить затраты на приобретение оборудования отечественного и зарубежного производства; – оценить экономическую эффективность использования оборудования отечественных производителей. 4.1 SWOT анализ Первым этапом SWOT анализа является выявление сильных и слабых сторон научно–исследовательской работы и поиск потенциальных угроз для реализации проекта. Результаты первого этапа SWOT анализа, представлены в таблице 7. Таблица 7 – Результаты первого этапа SWOT анализа Возможности: Сильные стороны проекта: Слабые стороны проекта: 91 Продолжение таблицы 7 В1. Использование инновационной инфраструктуры ТПУ; В2. Сотрудничество с предприятиями – сервисными буровыми организациями; В3. Возникновение дополнительного спроса на исследование; С1. Финансирование из бюджета; С2. Широкая база данных в общественном доступе; Сл1. Возможные неточности вследствие неучтенности третьих факторов, неуказанных в доступных рапортах и сводках. Угрозы: У1. Невостребованность результатов исследования; У2. Развитие конкуренции (консультационные компании, предоставлояющие услуги в виде рекомендаций по снижению УВН) У3. Снижение бюджета на исследование; На втором этапе SWOT анализа необходимо выявить соответствие сильных и слабых сторон научно–исследовательского проекта внешним условиям окружающей среды. Данное мероприятие покажет если есть необходимость в проведении коренных изменений. По результатам второго 92 этапа были составлены интерактивные матрицы, которые представлены в таблицах 8 – 11. Таблица 8 – Интерактивная матрица «возможности – сильные стороны» Возможности проекта Сильные стороны проекта Сил 1 Сил 2 Возм 1 – + Возм 2 – + Возм 3 + + По результатам анализа таблицы «возможности–сильные стороны» выделяются следующие коррелирующие позиции: В1C2, В2C2, В3С1С2. Таблица 9 – Интерактивная матрица «возможности – слабые стороны» Возможности проекта Слабые стороны проекта Слаб 1 Возм 1 – Возм 2 + Возм 3 + По результатам анализа таблицы «возможности – слабые стороны» можно выделить следующие коррелирующие позиции проекта: В2Сл1, В3Сл1. Таблица 10 – Интерактивная матрица «угрозы–сильные стороны» Угрозы проекта Сильные стороны проекта Сил 1 Сил 2 Угр1 – – Угр 2 – – Угр 3 – + По таблице «угрозы–сильные стороны» выделяются следующие коррелирующие угрозы и сильные сторон: У3С2. 93 Таблица 11 – Интерактивная матрица «угрозы–слабые стороны» Угрозы проекта Слабые стороны проекта Слаб 1 Угр1 + Угр 2 + Угр 3 – Анализируя интерактивную матрицу по таблице «угрозы–слабые стороны» можно выделить следующие позиции: У1Сл1, У2Сл. На третьем этапе SWOT анализа составляется итоговая матрица, включающая в себя описание сильных, слабых сторон и угроз, данная информация представлена в таблице 12. Таблица 12 – Итоговая таблица SWOT анализа Сильные стороны проекта: С1. Финансирование из бюджета; С2. Широкая база данных в общественном доступе; Слабые стороны проекта: Сл1. Возможные неточности вследствие неучтенности третьих факторов, неуказанных в доступных рапортах и сводках. 94 Продолжение таблицы 12 Возможности: В1. Использование инновационной инфраструктуры ТПУ; В2. Сотрудничество с предприятиями – сервисными буровыми организациями; В3. Возникновение дополнительного спроса на исследование. Выявленные соответствия из интерактивной матрицы «возможности–сильные стороны»: В2C3 – широкая база данных, имеющаяся в открытом доступе, может быть дополнена данными от предприятий, что может полностью покрыть потребность в исходных данных; В3С1С2 – так как данные Исследования финансируются из бюджета, что дает преимущество перед компаниями конкуретами. Выявленные соответствия из интерактивной матрицы «возможности–слабые стороны»: В2Сл1 – возможные неточности вследствие неучтенности третьих факторов, неуказанных в доступных рапортах и сводках., в случае сотрудничестве с предприятиями, сервисными– буровыми организациями; В3Сл1 – возможные неточности вследствие неучтенности третьих факторов, неуказанных в доступных рапортах и сводках в связи с возникновением дополнительного спроса на исследование. 95 Продолжение таблицы 12 Угрозы: У1. Не востребованность результатов исследования; У2. Развитие конкуренции (консультационные компании, предоставляющие услуги в виде рекомендаций по снижению УВН) У3. Снижение бюджета на исследование. Выявленные соответствия из интерактивной матрицы «угрозы–сильные стороны»: У3С2 – широкая база данных в общественном доступе в связи с этим есть угроза снижение бюджета на исследование. Выявленные соответствия из интерактивной матрицы «угрозы–слабые стороны»: У1Сл1 – возможно отсутствие спроса неданное исследовании вследствие возможных неточностей вследствие неучтенности третьих факторов, неуказанных в доступных рапортах и сводках.; У2Сл1 – возможно развитие конкурентных исследований в области изучения УВН и повышения качества выдаваемых ими консультаций. 4.2 Составление графика проведения научного исследования Данная диаграмма представляет собой график, где работы каждого этапа представлены протяженными во времени отрезками, которые характеризуются датами начала и окончания выполнения данных работ. Длительность этапов рассчитывается как: где Tki – продолжительность выполнения i–й работы в календарных днях; Tpi – продолжительность выполнения i–й работы в рабочих днях; k кал – коэфф. Календарности. 96 Коэффициент календарности находится согласно формуле: где Ткал = 366 – количество календарных дней в году; Твых + Тпр = 118 – количество выходных и праздничных дней в 2020 году. Полученные по результатам расчетов значения в календарных днях по каждой работе Tki округляем до целого. Все полученные значения представлены в таблице 13. Таблица 13 – Временные показатели проведения научного исследования Виды работ Трудоемкость работ Исполнители Продолжит ельность работ в раб. днях, Трi Продолжитель ность работ в календ. днях, Tкi tmin, tma x, tож, Чел дни Чел дни Чел дни Определение темы исследования 8 12 9 Научный руководите ль 9 14 Подбор и изучение литературных источников 13 20 15 Магистрант 15 23 Календарное планировани е работ 1 5 1 Научный руководит ель Магистран т 1 2 97 Продолжительность таблицы 13 Составление литературного обзора 8 12 9 Магистрант 9 14 Подбор базы данных, соответствующих заданным критерия, для проведения аналитических исследований 27 34 29 Магистрант 29 44 Анализ результатов исследования, оформление выводов 4 10 5 Руководитель Магистрант 5 7 Написание магистерской диссертации 8 12 9 Магистрант 9 10 На основании таблицы 13 строится календарный план график проведения научно–исследовательских работ (таблица 14). Таблица 14 – Календарный план–график |