Опорные слайды к лекции № 10: Буровое оборудование

Опорные слайды к Опорные слайды к лекции № 10 : лекции № 10 : Буровое Буровое оборудованиеоборудование доцент кафедрыдоцент кафедры

МОНГП АМТИ Пахлян И.А. МОНГП АМТИ Пахлян И.А.

ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»технологический университет»

Армавирский механико-технологический институтАрмавирский механико-технологический институтЦикл лекций по дисциплине: Цикл лекций по дисциплине:

«Основы нефтегазопромыслового дела» «Основы нефтегазопромыслового дела» для направления 131000 «Нефтегазовое дело»для направления 131000 «Нефтегазовое дело»

План лекцииПлан лекции

Вводная частьВводная часть1. Основные понятия1. Основные понятия2 Рекомендуемая литература2 Рекомендуемая литература

Основная частьОсновная часть1 Буровые вышки1 Буровые вышки2 Оборудование для механизации 2 Оборудование для механизации спускоподъемных операцийспускоподъемных операций

3 Наземное оборудование, непосредственно 3 Наземное оборудование, непосредственно используемое при бурениииспользуемое при бурении

ЗаключениеЗаключение

ВведениеВведениеПроцесс бурения сопровождается спуском и подъемом бурильной Процесс бурения сопровождается спуском и подъемом бурильной

колонны в скважину, а также поддержанием ее на весу. Масса колонны в скважину, а также поддержанием ее на весу. Масса инструмента, с которой приходится при этом оперировать, инструмента, с которой приходится при этом оперировать, достигает многих сотен килоньютонов. Для того что бы достигает многих сотен килоньютонов. Для того что бы уменьшить нагрузку на канат и снизить установочную мощность уменьшить нагрузку на канат и снизить установочную мощность двигателей применяют подъемное оборудование, состоящее из двигателей применяют подъемное оборудование, состоящее из вышки, буровой лебедки и талевой системы. Подъемное вышки, буровой лебедки и талевой системы. Подъемное оборудование является неотъемлемой частью всякой буровой оборудование является неотъемлемой частью всякой буровой установки независимо от способа установки независимо от способа

Задача лекции: ознакомиться с существующими конструкциями Задача лекции: ознакомиться с существующими конструкциями буровых вышек, изучить составные элементы буровых вышек, изучить составные элементы спускоподъемного оборудования, ознакомиться с спускоподъемного оборудования, ознакомиться с оборудованием непосредственно участвующим в процессе оборудованием непосредственно участвующим в процессе бурения.бурения.


ЛитератураЛитература


1 Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых 1 Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин: Учебник для нач. проф. образования/ скважин: Учебник для нач. проф. образования/ - М.: Издательский центр «Академия», 2003. – - М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 352352

2 Коршак А. А., Шаммазов А. М. Основы 2 Коршак А. А., Шаммазов А. М. Основы нефтегазового дела: Учебник для вузов. — 3-е нефтегазового дела: Учебник для вузов. — 3-е изд., испр. и доп. — Уфа.: ООО изд., испр. и доп. — Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2005. — 528 с.: ил.«ДизайнПолиграфСервис», 2005. — 528 с.: ил.

3 Кудинов В.И. Основы 3 Кудинов В.И. Основы нефтегазопромыслового дела. – Москва – нефтегазопромыслового дела. – Москва – Ижевск: Институт компьютерных Ижевск: Институт компьютерных исследований; Удмуртский госуниверситет, исследований; Удмуртский госуниверситет, 2005.-720 с2005.-720 с

1. Буровые вышки1. Буровые вышкиБуровая вышка — это сооружение над скважиной для спуска и Буровая вышка — это сооружение над скважиной для спуска и

подъподъема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и ема бурового инструмента, забойных двигателей, бурильных и обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение между обсадных труб, размещения бурильных свечей (соединение между собой двух-трех бурильных труб общей длиной 25…36 м) после собой двух-трех бурильных труб общей длиной 25…36 м) после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков.атмосферных осадков.

Различают два типа вышек: башенные и мачтовые Различают два типа вышек: башенные и мачтовые

Их изготавливают из труб или прокатной стали.Их изготавливают из труб или прокатной стали.

Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-об-Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А-об-

Разные, П-образные). Последние наиболее распространены.Разные, П-образные). Последние наиболее распространены.

А-образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и затем монтировать. Основные параметры вышки — грузоподъемность, высота, емкость«магазинов» (хранилищ для свечей бурильных труб), размеры верхнего и нижнего оснований, длина свечи, масса.Грузоподъемность вышки — это предельно допустимая вертикальная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины

Башенная вышка Башенная вышка представляет собой представляет собой правильную усеченную правильную усеченную четырехгранную четырехгранную пирамиду решетчатой пирамиду решетчатой конструкции. Ее конструкции. Ее основными элементами основными элементами являются ноги 1, ворота 2, являются ноги 1, ворота 2, балкон верхнего рабочего балкон верхнего рабочего 3, подкронблочная 3, подкронблочная площадка 4, козлы 5, площадка 4, козлы 5, поперечные пояса 6, поперечные пояса 6, стяжки 7, маршевая стяжки 7, маршевая лестница 8.лестница 8.

Буровая Буровая установка с установка с

одноопорной одноопорной вышкой вышкой

мачтовогомачтового типатипа

Вышки мачтового типа, двухопорные:Вышки мачтового типа, двухопорные: а) А-образная, б) П-образнаяа) А-образная, б) П-образная

Высота вышки определяет длину Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой скважины и от величины которой зависит продолжительность зависит продолжительность спуско-спуско-

подъемных операций. Чем подъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на больше длина свечи, тем на меньшее число частей меньшее число частей необходимо разбирать колонну необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурильных труб при смене бурового инструмента. бурового инструмента. Сокращается и время Сокращается и время последующей сборки колонны. последующей сборки колонны. Поэтому с ростом глубины Поэтому с ростом глубины бурения высота и бурения высота и грузоподъемность вышекгрузоподъемность вышек

увеличиваются. Так, для бурения увеличиваются. Так, для бурения скважин на глубину 300…500 м скважин на глубину 300…500 м используется вышка высотой используется вышка высотой 16…18 м, глубину 2000…3000 м 16…18 м, глубину 2000…3000 м — высотой 42 м и на глубину — высотой 42 м и на глубину 4000…6500 м — 53 м.4000…6500 м — 53 м.

Четырехопорная мачтовая вышка План лекцииПлан лекции

2. Оборудование для 2. Оборудование для механизации спускоподъемных механизации спускоподъемных операцийоперацийВключает талевую систему и лебедку.Талевая система состоит из неподвижного кронблока установленного в верхней части буровой вышки, талевого блока соединенного с кронблоком талевым канатом, один конец которого крепится к барабану лебедки, а другой закреплен неподвижно, и бурового крюка. Талевая система является полиспастом (системой блоков), который в буровой установке предназначен, в основном, для уменьшения натяжения талевого каната, а также для снижения скорости движения бурильного инструмента, обсадных и бурильных труб. Иногда применяют крюкоблоки — совмещенную конструкцию тале вого блока и бурового крюка.На крюке подвешивается бурильный инструмент: при бурении — с помощью вертлюга, а при СПО— с помощью штро-пов и элеватора

Кронблок:1 - шкифы; 2 - ось; 3 - рама; 4 - предохранительный кожух; 5 - вспомогательные шкифы.

Талевый блок:1 - траверса; 2 - шкифы; 3 - ось; 4 - предохранительныекожухи; 5 - щеки; 6 - серьга.

Схема подвешивания бурильной трубы при спуско-подъемных операциях:а - схема; б - элеватор1 - бурильная труба; 2 - элеватор; 3 - штроп.

Оборудование Оборудование для механизациидля механизации СПОСПО

1 – крюк; 2 – талевый блок; 3 – несущие струны; 4 – кронблок;

5 – вышка; 6 – лебедка; 7 – приспособление для крепления

неподвижной струны; А, Б – ведущая и неподвижная струны

каната; О – ось скважины.

Буровая лебедка предназначена для следующих операций:• спуска и подъема бурильных и обсадных труб;• удержания на весу бурильного инструмента;• подтаскивания различных грузов;• подъема оборудования и вышек в процессе монтажа установокБуровая установка комплектуется буровой лебедкой соответствую-щей грузоподъемности

1 – станина; 2 – рычаг тормозной; 3, 6 – трансмиссии тихой и быстрой скоростей; 4 – тормоз ленточный; 5 – барабан подъемный; 7 – тормоз

регулирующий электродинамический; 8 – станция управления электродинамическим тормозом.

Рисунок – Одновальная специализированная буровая лебедкаПлан лекцииПлан лекции

3 Наземное оборудование, 3 Наземное оборудование, непосредственно непосредственно используемое при бурениииспользуемое при бурении

Ключ АКБ-3М устанавливается между лебедкой и Ключ АКБ-3М устанавливается между лебедкой и роротором на специальном фундаменте. Его тором на специальном фундаменте. Его основными частями являются блок ключа 1, каретка основными частями являются блок ключа 1, каретка с пневматическими цилиндрами 2, стойка 3 и пульт с пневматическими цилиндрами 2, стойка 3 и пульт управления 4. Блок ключа — основной механизм, управления 4. Блок ключа — основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий непосредственно свинчивающий и развинчивающий бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, бурильные трубы. Он смонтирован на каретке, которая перемещается при помощи двух которая перемещается при помощи двух пневматических цилиндров по направляющим: либо к пневматических цилиндров по направляющим: либо к бурильной трубе, установленной в роторе, либо от бурильной трубе, установленной в роторе, либо от нее.нее.

Ключ буровой Ключ буровой АКБ-ЗМ:АКБ-ЗМ: 1 - блок ключа; 1 - блок ключа; 2 - каретка с 2 - каретка с

пневматическими пневматическими цилиндрами;цилиндрами;3 - стойка; 3 - стойка;

4 - пульт 4 - пульт управления.управления.

Вертлюг — это механизм, соединяющий не Вертлюг — это механизм, соединяющий не вращающиеся вращающиеся талевую систему и буровой крюк талевую систему и буровой крюк с вращающимися бурильными трубами,с вращающимися бурильными трубами,

а также обеспечивающий ввод в них промывочной а также обеспечивающий ввод в них промывочной жидкости под давлением. Корпус 2 вертлюга жидкости под давлением. Корпус 2 вертлюга подвешивается на буровом крюке (или крюко-подвешивается на буровом крюке (или крюко-

блоке) с помощью штропа . В центре корпуса блоке) с помощью штропа . В центре корпуса проходит напорная труба , переходящая в ствол , проходит напорная труба , переходящая в ствол , соединенный с бурильными трубами. Именносоединенный с бурильными трубами. Именно

к напорной трубе присоединяется напорный рукав к напорной трубе присоединяется напорный рукав для подачи промывочной жидкости в скважину для подачи промывочной жидкости в скважину

При вращении бурильных труб вместе со стволом.При вращении бурильных труб вместе со стволом.

Вертлюг буровойВертлюг буровой

Рисунок – Вертлюг буровой: 1 – ствол; 2, 8 – нижний и верхний масляные сальники; 3 – корпус; 4, 6 – подшипники радиальные нижний и верхний; 5 – опора главная; 7 – опора вспомогательная; 9 – уплотнение быстросъемное; 10 – соединение быстроразъемное; 11 – труба напорная; 12 – крышка; 13 – подвод; 14 – штроп.

Буровые насосы служат для Буровые насосы служат для нагнетания бурового раствора в нагнетания бурового раствора в скваскважину. При глубоком бурении их жину. При глубоком бурении их роль, как правило, выполняют поршне-роль, как правило, выполняют поршне-

вые двухцилиндровые насосы двойного вые двухцилиндровые насосы двойного действия. действия. Напорный рукав (бу-Напорный рукав (бу-

ровой шланг) предназначен для подачи ровой шланг) предназначен для подачи промывочной жидкости под дав-промывочной жидкости под дав-

лением от неподвижного стояка к лением от неподвижного стояка к перемещающемуся вертлюгу.перемещающемуся вертлюгу.

Трехпоршневой насос одностороннего действия Трехпоршневой насос одностороннего действия мощностью 600 кВтмощностью 600 кВт

а – общий вид; б – продольный разрез; 1 –

компенсатор; 2 – выходной коллектор; 3 –

гидравлическая коробка; 4 – компенсатор

всасывающий; 5 – коллектор входной; 6, 7 – клапаны всасывающий и нагнетательный; 8 насос смазочный; 9 – поршень

со штоком; 10 – ползун; 11 – вал коренной с

шатунами; 12 – корпус трансмиссии; 13 –

трансмиссионный вал.

Ротор передает вращательное движение Ротор передает вращательное движение бурильному инбурильному инструменту, поддерживает на весу струменту, поддерживает на весу колонну бурильных или обсадных труб и колонну бурильных или обсадных труб и воспринимает реактивный крутящий момент воспринимает реактивный крутящий момент колонны, создаваемый забойным двигателем. Ротор колонны, создаваемый забойным двигателем. Ротор состоит из станины , во внутренней полости которой состоит из станины , во внутренней полости которой установлен на подшипнике стол с укрепленным установлен на подшипнике стол с укрепленным зубчатым венцом, вала с цепным колесом с одной зубчатым венцом, вала с цепным колесом с одной стороны и конической шестерней с другой, кожуха с стороны и конической шестерней с другой, кожуха с наружной рифельной поверхностью, вкладышейнаружной рифельной поверхностью, вкладышей

и зажимов для ведущей трубы. Во время работы и зажимов для ведущей трубы. Во время работы вращательное движение от лебедки с помощью вращательное движение от лебедки с помощью цепной передачи сообщается валу и преобразуется в цепной передачи сообщается валу и преобразуется в поступательное вертикальное движение ведущей поступательное вертикальное движение ведущей трубы, зажатой в роторном столе зажимами.трубы, зажатой в роторном столе зажимами.

Буровые роторыБуровые роторы

Рисунок 1 – Ротор: 1 – вспомогательная опора; 2 – корпус; 3 – стол; 4 – подшипник; 5 – зажимы; 6 – вкладыши; 7 – кольцевой кожух; 8 – вал; 9 – цепное колесо; 10 – гайка.

Силовой привод обеспечивает Силовой привод обеспечивает функционирование всей буровой устанфункционирование всей буровой установки — овки — он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и он снабжает энергией лебедку, буровые насосы и ротор.ротор.

Привод буровой установки может быть дизельным, Привод буровой установки может быть дизельным, электрическим, дизель-электрическим и дизель-электрическим, дизель-электрическим и дизель-гидравлическим. гидравлическим. Дизельный привод при-Дизельный привод при-

меняют в районах, не обеспеченных меняют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. электроэнергией необходимой мощности. Электрический привод от электродвигателей Электрический привод от электродвигателей переменного и попеременного и постоянного тока отличается стоянного тока отличается простотой в монтаже и эксплуатации, высокой простотой в монтаже и эксплуатации, высокой надежностью и экономичностью, но применим надежностью и экономичностью, но применим только в электрифицированных районахтолько в электрифицированных районах


ЗаключениеЗаключениеВ совершенствовании бурового оборудования можно выделить несколько В совершенствовании бурового оборудования можно выделить несколько направлений: замена отдельных агрегатов и узлов буровой установки на более направлений: замена отдельных агрегатов и узлов буровой установки на более совершенные; модернизация конструкции буровой установки без изменения ее совершенные; модернизация конструкции буровой установки без изменения ее принципиальной схемы; создание принципиально новых конструкций с принципиальной схемы; создание принципиально новых конструкций с реализацией процессов по новой технологии; создание буровой установки, реализацией процессов по новой технологии; создание буровой установки, отвечающей каким-то особым требованиям (например, установки с подогревом отвечающей каким-то особым требованиям (например, установки с подогревом для ведения буровых работ в условиях Крайнего Севера, установки для кустового для ведения буровых работ в условиях Крайнего Севера, установки для кустового бурения и т. п.).бурения и т. п.).Поскольку за весь период эксплуатации каждая буровая установка, как правило, Поскольку за весь период эксплуатации каждая буровая установка, как правило, подвергается неоднократному демонтажу и монтажу, большое внимание подвергается неоднократному демонтажу и монтажу, большое внимание уделяется разработке таких конструктивных решений, которые максимально уделяется разработке таких конструктивных решений, которые максимально упрощались бы и облегчали монтажно-демонтажные работы и в благоприятных упрощались бы и облегчали монтажно-демонтажные работы и в благоприятных условиях позволяли бы сократить их объем до минимума. Для решения этой условиях позволяли бы сократить их объем до минимума. Для решения этой задачи разрабатываются буровые установки универсальной задачи разрабатываются буровые установки универсальной монтажеспособности.монтажеспособности.Наблюдается постоянная тенденция к увеличению глубин бурения, особенно в Наблюдается постоянная тенденция к увеличению глубин бурения, особенно в области поисков и разведки новых месторождений. С ростом глубин бурения области поисков и разведки новых месторождений. С ростом глубин бурения возникает потребность в буровых установках тяжелого типа. Созданы и внедрены возникает потребность в буровых установках тяжелого типа. Созданы и внедрены установки БУ-15000 для бурения скважин на глубины до 15 тыс. м.установки БУ-15000 для бурения скважин на глубины до 15 тыс. м.Открытие крупных месторождений нефти и газа в отложениях морского дна Открытие крупных месторождений нефти и газа в отложениях морского дна привело к широкому развитию буровых работ в акваториях морей и океанов и привело к широкому развитию буровых работ в акваториях морей и океанов и потребовало создания специальных буровых установок для морского бурения.потребовало создания специальных буровых установок для морского бурения.


Education

Опорные слайды к лекции № 10: Буровое оборудование