Принцип работы бурильной установки

Пневмоударники: в 5 раз более быстрое бурение без промывки

Какие преимущества дает применение пневмоударника? Можно ли бурить с продувкой на глинистых породах? Как в 3-5 раз ускорить процесс создания скважины без ущерба для качества работ? Читайте об особенностях бурения с использованием пневматического молотка.

Бурение с пневмоударником относится к технологиям ударно-вращательного бурения и наиболее широко применяется в сфере инженерно-геологических изысканий, а также для бурения колодцев. С помощью бурения с пневматическим инструментом можно выполнять создание вертикальных и направленных скважин в грунте до 10 категории буримости.

отличительная особенность методики – для разрушения породы используется одновременно ударное и вращательное действие, выполняемые соответственно пневмоударником и вращателем буровой установки.

Основные преимущества бурения с пневматическим молотком – высокая скорость создания скважин, эффективная очистка от шлама, возможность работать на скальных трещиноватых породах и отказаться от расходов на бентонит и доставку воды для промывки.

Устройство пневмоударника

Погружной пневмоударник – это пневматический инструмент для буровых работ, по конструкции представляющий собой цилиндрическое устройство с расположенным внутри поршнем (рис. 1).

Рис. 1. Пневмоударник в разрезе.

Пневмоударный молоток входит в состав бурильного снаряда и в процессе работы находится внутри скважины. Для работы ударника требуется подача воздуха под давлением через вертлюг и бурильную колонну.

Пневмоударник и коронка буровая составляют рабочий орган буровой машины. Долото буровое для ударно-вращательного бурения имеет ударный профиль выпуклой формы и штыри из твердого сплава, вделанные во переднюю часть инструмента.

Принцип работы пневмоударника основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в кинетическую энергию возвратно-поступательных движений поршня. Поршень ударника снабжен штоком с бойком, который в ходе работы воздействует непосредственно на породоразрушающий инструмент. Современные модели пневмоударников имеют встроенные обратные клапаны, предотвращающие зашламление.

Рис. 2. Схема движения воздуха при бурении с продувкой.

Применение пневматического молотка ограничено типом породы: на рыхлых и мягких грунтах бурение с мощной продувкой провоцирует эрозию и обрушение грунта, а на глинистых породах инструмент быстро зашламляется. Если слой глинистой породы вскрывается в процессе прохождения твердых слоев грунта, для очистки забоя от частиц глинистой почвы может быть использована пена или вода, буровой снаряд в подобных случаях поднимается на 0,5-1 м. для более эффективной продувки.

Весь потенциал пневматического молотка может быть использован только при работе на скальных породах. Метод ударно-вращательного бурения позволяет применить энергию сжатого воздуха для быстрого прохождения грунта, а твердость породы гарантирует минимальный риск обрушения стенок скважины.

Виды пневмоударников

• Клапанный – имеет клапан тарельчатого типа, который используется для регуляции подачи воздушного потока к поршню. Клапанные пневматические молотки способны работать только при низком давлении;
• Бесклапанный – более современная модель, для регуляции воздушного потока используется система профильных поршней. Бесклапанный пневмоударник может использоваться при работе с большим давлением и дает возможность максимально быстро разбуривать скальные породы. Дополнительно повысить производительность пневмоударника бесклапанного типа помогает правильно подобранная труба бурильная и компрессор с соответствующим уровнем мощности.

Бурение колодцев

При создании колодцев работа с пневмоударником осложняется после достижения водоносного слоя – через долото буровое, имеющее отверстие для вывода использованного воздуха, вода и частицы грунта могут попасть в буровой инструмент. Для защиты пневмоударника от загрязнения необходим обратный клапан, который позволяет произвести воздушный выхлоп в полость скважины и препятствует попаданию загрязненной воды в буровой инструмент. Подобным клапаном оснащено большинство современных пневматических молотков.

Преимущества бурения с пневмоударником

• Скорость бурения выше в 3-5 раз. Технология бурения с пневмоударником дает возможность выполнять создание скважин значительно быстрее, чем при бурении с промывочной жидкостью. Основная причина – скорость движения воздушного потока значительно больше скорости перемещения промывочного раствора;
• Автоматическое очищение скважины в процессе бурения. Вынос шлама достигается движением мощного восходящего потока воздуха в зазоре между бурильной колонной и стеной скважины;
• Нет необходимости в использовании промывочного раствора. Бурение выполняется насухую и не требует применения промывочной жидкости, для изготовления которой необходимо приобретать бентонит и организовывать транспортировку воды к месту работ;
• Благодаря особенностям технологии коронка буровая не заклинивается при работе с трещиноватыми породами;
• Быстрая и удобная смена бурового инструмента.

Уход за пневмоударником

Значительно продлить срок эксплуатации пневмоударника и избежать аварийных ситуаций в процессе бурения позволяет грамотный уход за буровым инструментом.

Перед установкой или демонтажем пневмоударника его требуется перевернуть и проверить, насколько свободно перемещается внутри поршень (движение должен сопровождать глухой звук).

В процессе работы буровой инструмент рекомендуется смазывать, добавляя мелкодисперсное масло в подаваемый воздух. В качестве альтернативы небольшое количество масла можно вводить в бурильную колонну при монтаже очередной штанги.

Самая частая причина проблем в работе пневмоударника – вызванное износом застревание поршня. Для устранения неполадки пневмоударник необходимо перебрать, используя специализированный инструмент. Разборка пневмоударника неизбежно потребуется в процессе его применения, поэтому необходимо обладать как инструментом для демонтажа, так и необходимыми навыками.

Средний срок использования пневматического молотка при бурении на воду составляет 1,5-2 года. Допустимая степень износа и способ ее определения обычно указана в инструкции по эксплуатации. В комплект со многими современными моделями пневмоударников от крупных производителей входят сменный поршень и гильза цилиндра – элементы инструмента, которые изнашиваются быстрее всего.

Буровая установка

Буровая установка должна иметь достаточный вес для того, чтобы удержать на месте пневмоударник. Использование слишком легкой буровой машины приведет к тому, что пневмоударник будет бесконтрольно перемещаться в процессе работы, а энергия удара не будет полностью передаваться на забой. Для подбора оборудования рекомендуется проконсультироваться со специалистом – подобную услугу бесплатно предоставляют большинство крупных поставщиков спецтехники.

Для бурения с применением пневматического молотка буровая установка должна оборудоваться вертлюгом – элементом бурильного снаряда, обеспечивающим подвод промывочной жидкости или воздуха.

Рис. 3. Автономный воздушный компрессор для буровых работ.

Компрессор для бурения

Для работы с пневматическим инструментом буровое оборудование необходимо дополнить компрессором (рис. 3) – спецтехникой для подачи воздуха под давлением.

Мощность компрессора определяется диаметром и глубиной запланированного бурения. Производительности устройства должно хватать для того, чтобы обеспечить не только бесперебойную работу молотка, но и эффективный вынос шлама (рис. 4). Большинство моделей для бурения имеют мощность от 37 кВт и выше и производительность от 5 м3/мин.

Новичкам рекомендуется приобретать компрессор одновременно с пневмоударником, предварительно получив у производителя или дилера профессиональную консультацию о совместимости различных моделей.

Рис. 4. Струя сухого шлама, под давлением выносимая из скважины при бурении.

Когда применение пневмоударника рентабельно?

Достаточно большой бюджет, необходимый для покупки пневмоударника и компрессора, заставляет задуматься – в каких случаях использование метода ударно-вращательного бурения действительно оправдано с финансовой точки зрения.

Как более прогрессивная и менее времязатратная технология, бурение с пневматическим инструментом оптимально подходит для крупных компаний, оказывающих большой спектр услуг в сфере геологоразведки. Приобретение комплекта оборудования с пневмоударником также выгодно для частных предпринимателей и небольших организаций, предлагающих услугу бурения на воду на территориях, преимущественно сложенных скальными или твердыми породами, а также грунтами с твердыми включениями (рис. 4).

Рис.5. Готовая скважина в скальной породе.

Бурение с пневматическим молотком является также наиболее эффективной альтернативой другим методам при работе с трещиноватыми породами. Более доступная технология бурения с водой в подобных случаях не рекомендуется к применению из-за крайне высокого коэффициента поглощения жидкости в трещиноватом грунте.

Общее правило: задействование пневмоударника экономически эффективно при работе на участках, где не менее 70% от проходимых слоев относятся к породам как минимум 5-6 категории твердости, а также на разрезах, включающих мощные галечно-валунные отложения.

Покупка пневматического инструмента для работы с породами до 2-3 категории твердости чаще всего является нерентабельной. Многие специалисты также отмечают низкую эффективность бурения на воздухе в глинистых породах: из-за отсутствия стабилизации с помощью промывочного раствора риск обвала стенки скважины сильно возрастает. Бурение с пневмоударником рекомендуется выполнять по глине только в тех случаях, когда глинистый слой имеет небольшую толщину, а в остальном разрез представлен твердыми породами.

Источник: http://www.anker-pk.ru/poleznoe/spravochnik/pnevmoudarniki/

Буровой прогресс – Журнал «Сибирская нефть»

Так бурили скважины в бакинской нефтяной провинции всего полтора века назад

История нефтедобычи в СССР — это героическая история. На фото: буровой мастер Михаил Каверочкин, с именем которого тесно связано освоение морского месторождения «Нефтяные камни» в Азербайджане

FOTO S.A.

Человек довольно давно понял, что богатства Земли расположены не только на ее поверхности, но и в недоступных глубинах. С тех пор началась интеллектуальная и технологическая битва за недра, которая продолжается и по сей день.

София Зорина

УДАРНО-КАНАТНОЕ БУРЕНИЕ

Как и когда точно появились первые технологии, известные нынче как бурение скважин, — доподлинно неизвестно. Скорее всего, это случилось в Китае 3000 или 4000 лет до нашей эры. По крайней мере именно китайцы запечатлели свои достижения в этой сфере в различных рисунках.

Метод, применяемый китайцами для бурения, позже получил название ударно-канатного и в некоторых случаях успешно применяется сегодня. Суть его проста: породоразрушающий наконечник привязывается к канату, поднимается на высоту и сбрасывается вниз.

Терпение и трудолюбие позволяло жителям Китая таким способом сооружать скважины до 500 метров глубиной и добывать из них воду и солевые растворы. Иногда в скважинах находили газ или нефть, но они древних буровиков интересовали мало.

УДАРНО-ШТАНГОВОЕ БУРЕНИЕ

В России бурить скважины начали намного позже. Первые упоминания об этом относятся к IX веку. Целью добычи, как и в Китае, была в основном соль, а искали ее в Старой Руссе и Соликамске. Хотя общий принцип бурения — ударное — был тот же, что и в Китае, сама «бурильная установка» несколько видоизменилась. Канат был заменен на штангу, напоминающую колодезного «журавля».

«Журавль» «задирал голову», и затем привязанное к его концу долото падало вниз. В наши дни такой вид бурения носит название ударно-штангового. В современном виде его применяют в основном для бурения скважин на воду. Возможно, именно в России начали впервые применять и обсадные трубы — для крепления стенок скважины.

В качестве труб использовались продолбленные стволы деревьев или трубы, сплетенные из ивовой коры.

Вращательное бурение

Самым распространенным видом бурения в нефтегазовой отрасли сегодня является вращательное и его разновидности. Собственно, получать отверстия с помощью сверла люди научились еще в неолите. Как свидетельствуют археологические находки, наши древние предки с успехом делали отверстия в своих каменных орудиях или в разноцветных камушках, которые потом собирали в бусы. Однако для бурения скважин принцип сверления стали применять на удивление поздно.

Только в середине XV века в Европе был опубликован первый чертеж вращательного устройства для сооружения колодцев. Среди документов Леонардо да Винчи можно найти эскиз бурового станка для ручного бурения, датированный 1500 годом. Принцип его работы прост: с помощью рукоятки-крестовины вращается штанга, к концу которой приделан острый наконечник, разрушающий породу. Вся конструкция для устойчивости помещена в треногу.

Подобные устройства впоследствии широко использовались во Франции для бурения скважин на воду.

Нефтяная лихорадка

Ощутимый толчок развитию вращательного бурения придали только поиски нефти. Кстати, основоположником нефтедобычи можно считать Российскую империю. Как свидетельствуют документы, в 1846 году в поселке Биби-Эйбат близ Баку (входившего в те годы в Российскую империю) горный инженер Семенов пробурил первую в мире скважину на нефть. Однако российские власти не придали этому факту большого значения, и слава первопроходцев чуть позднее досталась американцам.

Уже к концу XIX века стало активно внедряться вращательное бурение, при этом вращение долота вместе со всей колонной бурильных труб осуществлялось с поверхности. Этот способ бурения, называемый роторным, крайне трудозатратен, особенно на больших глубинах. Поэтому еще в XIX веке предпринимались первые попытки создать забойный двигатель, то есть двигатель, который размещался бы на забое непосредственно над долотом.

Большинство из предложенных идей тогда так и остались нереализованными.

Сила воды

Проблему забойного двигателя первым всерьез решил советский инженер Матвей Капелюшников. Он предложил использовать для вращения долота энергию потока промывочной жидкости (бурового раствора), движущейся по бурильной колонне. С помощью турбины гидравлическая энергия потока преобразуется в механическую энергию вращения долота.

Такой вид бурильного оборудования стали называть гидравлическим забойным двигателем, или турбобуром. Впервые он был промышленно изготовлен в 1923 году.

Позднее конструкция гидравлического забойного двигателя значительно усовершенствовалась, и в настоящее время бурение нефтяных скважин с применением гидравлических забойных двигателей является экономичным, проверенным и надежным способом бурения скважин.

Альтернативой турбобуру можно считать электробур — забойный двигатель, работающий от электричества. Первые варианты электробура появились еще в конце XIX — начале XX века. В Советском Союзе электробур был создан в 1938 году, и в 1940-м в Баку с его помощью была пробурена первая скважина. Всего в СССР элетробурением проходили порядка 2% от всего объема скважин. С изобретением турбобура и электробура в СССР активно стало развиваться бурение наклонно-направленных скважин.

Перемена направления

Уже в самом начале развития бурения скважин на нефть и газ стало понятно, что вертикальные скважины далеко не всегда достигают цели. Так появилась идея бурить наклонно-направленные скважины, а позднее — горизонтальные. Отклонение скважины от вертикали возможно несколькими способами и зависит от поставленной задачи. Так, наклонная скважина может забуриваться непосредственно с земной поверхности либо отклоняться от вертикали на глубине с помощью специальных отклонителей. Максимальный угол отклонения может достигать 90 градусов.

При роторном способе бурения отклонения достигали за счет использования клина. Сегодня наиболее эффективным считается применение роторных управляемых систем (РУС), позволяющих бурить скважины различного профиля и диаметра. При бурении гидравлическим забойным двигателем искривление скважины достигается за счет отклоняющего давления на долото в процессе бурения.

Современная техника позволяет полностью контролировать и корректировать направление действия отклоняющей силы.

Все наверх

Эффективное бурение невозможно без удаления из скважины шлама — продуктов разрушения породы. Изначально шлам из скважины просто вычерпывали, поднимая для этого долото наверх и опуская в скважину желонку — «ведро» с клапаном, удерживавшим набранную в желонку породу. Так продолжалось до тех пор, пока в 1833 году французский инженер Фловиль, наблюдая процесс бурения, не пришел к выводу, что фонтанирующая вода очень эффективно удаляет буровой шлам из скважины.

Инженер применил этот способ на практике, и по сей день принцип чистки буровых скважин раствором, подаваемым насосом с поверхности в бурильную колонну и выталкиваемым на поверхность в пространстве между колонной и стволом скважины, остается неизменным. Однако если сначала в качестве промывочной жидкости применялась вода, то сегодня состав и функционал бурового раствора значительно усложнились. Современный буровой раствор помимо удаления шлама из скважины несет еще ряд важнейших функций.

Во‑первых, он способствует облегчению процесса разрушения горных пород на забое — как за счет энергии потока на выходе из бурового снаряда, так и за счет понижения твердости пород с помощью специальных веществ, добавленных в раствор. Другая задача бурового раствора — способствовать сохранению устойчивости стенок скважины. Для этого в промывочные жидкости вводят твердые компоненты, которые, отлагаясь при фильтрации в порах и тонких трещинах породы, образуют малопроницаемую для жидкой фазы корку.

Влияет промывочная жидкость и на технические параметры бурения. Помимо того что при турбинном бурении она является основной движущей силой, буровой раствор также охлаждает бурильный инструмент, предохраняет его от коррозии, влияет на механическую скорость бурения, уменьшает вращение колонны бурильных труб.

Современная буровая

Эволюция буровых установок, продолжавшаяся несколько тысяч лет, сегодня идет по пути совершенствования систем управления всеми стадиями процесса бурения. В частности, на современных буровых все основные механизмы управляются с помощью частотно-регулируемого привода переменного тока, а цифровая система управления автоматизирована. Еще одна особенность — высокая монтажеспособность буровой установки, которую можно сравнить с конструктором Lego. Буровую в буквальном смысле можно собрать из нескольких блоков.

Процесс бурения постоянно совершенствуется за счет улучшений в каждом элементе системы. Так, например, бурильные трубы свинчиваются друг с другом с помощью автоматического гидравлического ключа; автоматизирована и подача труб на буровую площадку; для очистки бурового раствора применяется 4- или 5-ступенчатая система; функционируют комбинированная система обогрева буровой установки, система контроля параметров бурения с интуитивным пользовательским интерфейсом, система компенсации крутильных колебаний бурильной колонны.

Улучшены и условия труда: кабина бурильщика оснащена не только всем необходимым оборудованием и цветной системой видеонаблюдения за всей буровой установкой, но и системой терморегулирования, а также ударопрочным остеклением. Применение современных буровых установок позволяет повысить производительность бурения, уменьшить осложнения, сократить сроки выполнения работ на всех этапах, уменьшить влияние на окружающую среду, сократить время выполнения работ и вести бурение скважин сложной конструкции.

Эволюция бурения

Темпы развития буровых технологий стремительными не назовешь — многие современные методы изобретены 1,5–2 тыс. лет назад. Технологический рывок был совершен лишь с началом промышленного использования нефти.

Инфографика: Надежда Андрианова

Источник: https://www.gazprom-neft.ru/press-center/sibneft-online/archive/2013-july-august/1104202/

Нефтяные буровые установки: классификации, конструкция, транспортировка, монтаж, фото и видео

Нефтяные системы служат для бурения скважин в земной коре. Отверстия формируются при помощи бура и используются для выкачки из недр нефти, газа и сопутствующих компонентов.

Существует несколько общепринятых классификаций, в основе каждой из которых лежит определённый критерий.

По виду конструкционной системы буровые машины бывают:

• мачтовые, в которых механическая часть базируется на двух опорных элементах;
• башенные, в них присутствуют четыре опорных механизма. На каждый элемент нагрузка распределяется равномерно.

По способу перемещения буровые установки на нефть бывают:

• передвижные преимущественно служат для разведывательных работ, в частности для забора проб грунта;
• стационарные используются для добычи полезных ископаемых.

По месту монтажа вышки бывают:

• наземные монтируются на грунт;
• морские устанавливаются на морское дно.

Виды буровых установок на нефть

Сферы применения и базовое назначение

Нефтяные буровые установки используются для проделывания многоцелевых отверстий.

Они применяются для:

• Бурения добывающих скважин. Такие отверстия используют для добычи нефти, газа и сопутствующих компонентов.
• Формирования разведывающих отверстий. Их проделывают там, где наличие нефти уже подтверждено исследованиями. Скважины необходимы для того, чтобы окончательно сформировать данные о запасах материала и изготовить схему работы на местности.
• Бурения оценочных скважин. Их функциональная нагрузка состоит в том, чтобы проанализировать и спрогнозировать поведение нефтяных пластов и возможное движение земной коры в месте работы, а также оценить объёмы залегаемой нефти.
• Проделывания контрольных скважин. Именно эти отверстия необходимы для постоянного контроля давления на территории, где ведётся добыча полезных ископаемых.
• Бурения наблюдательных отверстий. Скважины используют для установления объёмов выкаченной и оставшейся нефти, а также для оценки контактов нефти, газа и воды друг с другом.

Фото наземной буровой установки на нефть

Устройство и оборудование

Нефтяная установка состоит из следующих систем:

1. Энергетический комплекс. Входящий в него дизельный двигатель перерабатывает топливо для получения необходимой энергии. Она питает электрический генератор. Это устройство снабжает электричеством остальные узлы, агрегаты и механизмы.
2. Механическая система включает в себя подъёмное устройство. Оно перемещает тяжёлые элементы при помощи лебедки, кабельной катушки и шкива.

В механической системе присутствует элемент буровой установки в виде ствола ротора.

3. Вспомогательная система включает в себя элементы движения, вспомогательную лебедку, вентиляционное оборудование, освещение, водоснабжение и отопление.
4. Информационная система обеспечивает контроль за работой основных узлов и агрегатов.
5. Циркуляционная система предназначена для того, чтобы химический раствор попал в бурильную колонну. Под давлением он проходит через систему труб и стол ротора.

Кроме системных агрегатов нефтяная установка включает в себя следующее оборудование:

• Насос, который закачивает бурильный раствор в колонну.
• Трубы обеспечивают соединение агрегатов между собой.
• Вибросито предназначено для фильтрации химической смеси.
• Буровая вышка — это сердце установки. Она фиксирует буровую систему.
• Превентор герметично фиксирует клапаны труб.
• Вертлюг поддерживает равновесие бурильной колонны.
• Ведущая труба служит для вращения бурильной колонны.
• Бурильная колонна представляет собой совокупность труб для проделывания скважин.
• Бур – породоразрушающий элемент, изготавливаемый из различных материалов.

Схема нефтяной буровой установки

Установка нефтяных систем производится блоками или агрегатами. В качестве монтажных основ используют облегченные опоры. Перед установкой машины осуществляется подготовка площадки, на которой будет вестись работа по сборке самой машины и сопутствующего оборудования. Подготовка включает в себя разметку и освобождение пространства от пожароопасных предметов.

Опорную часть всей системы составляют лебёдочно-роторный блок и приключенные к нему болтами хозяйственная и вспомогательная установки. Далее собираются вертикальные оси, стол ротора и будущий центр скважины. В заключительном этапе монтируются вышка и примыкающее к ней оборудование. Сборка производится специальным машинным краном.

Когда работы завершены, все системы тестируются в безнагрузочном режиме.

Карта расположения мест расположения буровых установок на нефть

По способу монтажа буровые машины для добычи нефти бывают:

• поагрегатные, когда сборка ведётся отдельными узлами и элементами;
• мелкоблочные, когда монтируются отдельные составляющие блочных систем;
• крупноблочные, когда заранее собранные системы скрепляются между собой на месте проведения работ.

Доставка буровой установки для бурения скважин на нефть установки к месту работы — сложный процесс. Транспортировку оборудования производят при помощи тягача и модульных систем. Если размер установки позволяет, то используют полуприцепной механизм. Весь процесс транспортировки устройства к площадке добычи условно можно разделить на этапы:

1. проводится расчёт, согласно которому решается вопрос о средствах транспортировки;
2. подготовка маршрута перевозки с учётом надёжности дорожного полотна, естественных уклонов и препятствий;
3. подготовка крепёжного оборудования, которое должно надёжно зафиксировать элементы системы в процессе движения;
4. погрузка.

В процессе погрузки определяется точка максимальной нагрузки на транспортировочную платформу.

По способу передвижения нефтяные установки бывают:

• самоходные, имеющие собственную моторную базу;
• передвижные, которые перемещаются при помощи специальных машин;
• стационарные, транспортировка которых возможна по частям или блокам.

На видео принцип работы буровой установки на нефть:

2 Комментария

Источник: http://allspectech.com/stroitelnaya/burovye-ustanovki/stacionarnye/neftyanie.html