Буровое оборудование

Основное технологическое оборудование

Для выполнения буровых работ используется множество систем и инструментов, подразделяемых на несколько категорий. Также их можно рассматривать как элементы буровых установок.

Средства механизации

Механизация требуется в таких разделах технологического цикла бурения, как приготовление бурового раствора и спуско-подъемные операции.

При СПО механизируют следующие работы:

свинчивание труб при спуске колонны;
развинчивание труб при подъеме колонны;
удержание труб на устье;
отсоединение элеватора при спуске / подъеме колонны;
перемещение труб от устья к свечеприемнику или стеллажу при подъеме и обратно при спуске колонны.

Для свинчивания-развинчивания труб применяют автономные труборазвороты типа РТ-1200 и РТ-1200М. Они служат для работ с трубами муфтозамкового и ниппельного соединения с прорезями для ведущих и подкладных вилок. Труборазворот монтируют над устьем, совмещая оси проходного отверстия и скважины.

Модель РТ-1200 оснащена электродвигателем, обеспечивающим привод вращателя с водилом (вертикальной стойкой) через редуктор. Удержание колонны осуществляет прокладная вилка, опирающаяся на корпус редуктора и фиксируемая в прорези замка трубы. Верхняя вилка удерживает верхнюю трубу, которую откручивают либо закручивают. Эти операции выполняются за счет реверса электродвигателя. При этом приводимый вращателем водила ударяет по верхней вилке и затем вращается в требуемом направлении. Направление вращения определяется двухпозиционной кнопкой активации электродвигателя.

РТ-1200 располагают под вращателем бурового станка. Он совместим с различными буровыми агрегатами и применяется при бурении скважин от 200-300 м. Его используют со станками со шпиндельным механизмом подачи, не оснащенными механизмом свинчивания / развинчивания труб.

На станках с подвижным вращателем последний выполняет функции труборазворота. Он удерживает трубу гидравлическим захватным механизмом. Для удержания используются трубозахватные устройства со сменными плашками с пневматическим или гидравлическим приводом. Обычно для открытия штангодержателя используется гидравлический привод, а пневматический оставляют для ускорения процесса в аварийных ситуациях.

При спуско-подъемных операциях трубы перемещают с использованием быстросъемных захватов для ручной переноски или манипуляторов.

Для исключения перехвата ведущей штанги с целью ускорения работ используют подвижный вращатель с ходом, равным длине штанги для наращивания.

Обеспечивающий наращивание колонны ход подачи, не требующий прикрепления, автоматизирует процесс СПО при углублении скважины и подъеме колонны.

Для бурильных труб используют кассеты следующих типов:

роторные (барабанные) – подача вращением;
скользящие – последовательная подача по направляющим.

К тому же для автоматизации СПО осуществляют укладку труб манипулятором на стеллажи в буровом здании.

Для приготовления бурового раствора применяют глиномешалки. Буровые агрегаты оснащают миксерами-смесителями.

Силовые агрегаты

Включают двигатель, трансмиссию и аппаратуру управления. Параметры силовых агрегатов, такие как тип, компоновка, конструкция, производительность, в значительной степени определяют показатели буровой установки.

Силовые агрегаты дифференцируют на основе нескольких критериев.

По назначению

Основной. Приводит лебедку, насосы и ротор. Имеет мощность 6000 кВт и выше.
Вспомогательный. Приводит компрессор, вибросита, автомат подачи долота, глиномешалки, масляные и подпорные насосы, агрегаты механизации СПО и др. Суммарная мощность составляет до 400 кВт.

По типу двигателя

Дизельные и газотурбинные. Ввиду автономности используются при разведочном и эксплуатационном бурении на неосвоенных территориях.
Электрические. Составляют около половины буровых установок.
Комбинированные. На основе автономных электростанций создают дизель- и турбоэлектрические установки.

По механизму распределения энергии

Групповые. Узлы установки (лебедка, насосы и ротор) приводятся от общих двигателей. Характеризуются громоздкостью и низким КПД ввиду большого количества силовых передач. Обычно используется на дизельных установках для скважин до 5 тыс. м.
Индивидуальные. Узлы приводятся собственными двигателями с простыми передачами. Характеризуются компактностью и высоким КПД. Используются преимущественно на электрических установках.
Смешанные. Используется при недостатке производительности дизельного привода для второго насоса. В таком случае последний оснащают индивидуальным приводом, а остальные узлы приводятся основным.

По числу двигателей

Однодвигательные. К этому типу относятся индивидуальные и некоторые групповые приводы (электрические).
Многодвигательные. Дизельные групповые приводы включают до 4 двигателей. Они характеризуются сложной конструкцией, надежностью (при выходе из строя одного из двигателей установка работает на оставшихся) и экономичностью (можно отключить часть двигателей).

К тому же приводы дифференцируют по производительности, структуре мощности, механической характеристике.

Индивидуальный электрический. Используется для вспомогательных механизмов. Питается от промышленных сетей или автономных дизель-электрических агрегатов.
Пневматический. Применяется вблизи устья для клиновых захватов ротора, автоматического бурового ключа, механизмов системы пневматического управления, раскрепителей бурильных замков. Питается от компрессора.
Объемный гидравлический. Распространен слабо.

Циркуляционные системы

Служат для следующих работ с буровым раствором:

приготовления;
подвода от устья к приемным емкостям;
очистки от примесей породы и дегазации;
химической обработки;
подачи к буровым насосам и доливной емкости;
хранения.

Циркуляционная система включает несколько прямоугольных емкостей, соединенных трубопроводами.
Наземная часть включает подсистемы подачи и обработки раствора.

Вспомогательное оборудование

Включает следующие приспособления:

ключи и специализированные устройства для свинчивания / развинчивания коронок и штанг;
спуско-подъемные механизмы;
одноперные и крестовые долота;
аварийный инструмент (метчики, колокола, фрезера, змеевики).

Системы автоматизации, контроля и управления

Система управления обеспечивает осуществление всех этапов работ:

запуск, остановку, смену режимов работы механизмов, включая двигатели, компрессор, осветительные установки;
управление клиньями, ключами и трансмиссиями;
контроль герметизирующего устье оборудования.

Система управления включает управляющие механизмы, сигнализирующие элементы, системы автоматизации.

Выделяют следующие органы.

Воспринимающая команда. Элемент управления, получающий воздействие оператора.
Передающая команда. Каналы, проводящие сигнал к исполнительным механизмам.
Исполняющая команда. Подконтрольные системе управления элементы.
Ограничивающие исполнение команд. Автоматические выключатели, защелки и др.
Сигнализирующая часть. Передает информацию о статусе выполнения команды и основные технологические показатели.

Управление осуществляется посредством механического, пневматического, гидравлического, электрического воздействия.
Выделяют следующие типы систем управления.

Централизованная. Служит для управления механизмами с поста бурильщика.
Индивидуальная (местная). Установлена у исполнительного механизма.
Смешанная. Объединяет возможности предыдущих типов.

Электрооборудование

В случае отсутствия централизованного электроснабжения буровые установки оснащают совокупностью систем, вырабатывающих, распределяющих, преобразующих и использующих электроэнергию.

Распределительные устройства.
Преобразовательные и силовые трансформаторы.
Электромашины.
Тиристорные устройства.
Управляющие, защитные, распределяющие устройства.
Кабели, провода.
Источники света.
Мобильные электростанции.

Выделяют 2 схемы структуры электротехнических комплексов буровых установок.

Переменного тока для установок с централизованным электроснабжением. Предполагает применение частично регулируемых электроприводов.
Постоянного тока для установок с автономным и централизованным электроснабжением. Ориентирована на использование глубоко регулируемых электроприводов.

Энергоблоки для неэлектрифицированных районов представлены набором дизель-электрических агрегатов, для электрифицированных – комплектом ячеек распределительного устройства и трансформаторов.

Пневмооборудование

В бурении применяют следующие виды пневматических механизмов.

Насосы. Служат для нагнетания промывочной жидкости в скважину.
Буровые станки. Служит для бурения взрывных скважин.
Бурильные установки. Используются для бурения шпуров различного направления.
Бурильные головки. Это элементы бурильных установок.
Перфораторы. Служат для бурения шпуров и скважин.
Пневмоподдержки. Подают перфоратор на забой и фиксируют его.
Масленки. Служат для смазки пневмооборудования.

Системы жизнеобеспечения и безопасности
К этой категории относятся укрытия буровой площадки, лебедки, модулей ЦС и насосов, а также системы отопления и освещения.

Противовыбросовое оборудование

Предназначено для герметизации устья для предотвращения выбросов и фонтанов. Используется при следующих работах:

герметизации;
спуске / подъеме колонн;
циркуляции бурильного раствора с формированием контролируемого противодавления и дегазации;
оперативном управлении гидроприводными компонентами.

Противовыбросовое оборудование включает следующие узлы.

Устьевое оборудование. Технические средства, монтируемые на устье: превенторы, превенторный блок, устьевые крестовины, надпревенторная, катушки, разъемный желоб, герметизатор.
Манифольд. Система трубопроводов с арматурой. Включает блоки линий глушения и дросселирования, соединенные магистральными линиями с превенторным блоком.
Система управления.

Цементировочное оборудование

Служит для нагнетания жидких сред. Используется при цементировании, опрессовочных работах, капитальном ремонте, промывочно-продавочных работах.

Цементировочный комплекс представлен смонтированной на автошасси насосной установкой. Последняя включает следующие узлы:

монтажную раму;
трансмиссию;
трехплунжерный насос высокого давления;
мерный бак;
водоподающий насосный блок;
манифольд;
систему управления;
вспомогательный трубопровод;
электроооборудование.

Насос высокого давления приводится автомобильным двигателем через коробку отбора мощности и КПП.

=============

Выбор оборудования зависит от того, каким способом будет осуществляться бурение скважины под воду. В настоящий момент наиболее распространенными способами бурения являются ударно-вращательный, а также ударно-канатный.

При ударно-вращательном способе подразумевается применение буров, долот, желонок и буровых штанг. Установка буровая при ручном бурении не используется.

Выбирая оборудование для бурения, следует ориентироваться на буримость породы. К примеру, для пластичных пород требуется ложковый бур, а если она относится к твердым грунтам, содержит валуны и гальку, проходка ведется буровыми долотами, которые по форме могут быть плоскими, двутавровыми, скругляющими, эксцентрическими, пирамидальными, с Z-образными или крестовыми лезвиями.

Бурение рыхлых пород и чистка скважин осуществляется желонкой, которая представляет собой крепящуюся верхней частью за штангу 3-4-метровую трубу с клапаном и башмаком на рабочем конце.

Буровые штанги, соединяемые муфтами, можно сделать самостоятельно из 5-метровых металлических труб диаметром 33-48 мм. Лучше использовать специальные удлиненные муфты, поскольку тогда гарантируется надежность соединения, а обычные водопроводные или газовые применять на буровом оборудовании не рекомендуется. Если глубина скважины большая, для подъема грунта и штанг сооружается вышка — тренога с блоком вверху.

Бурение ударно-канатным способом происходит при замене штанг на веревку или стальной трос. В качестве буровых инструментов для пластичных пород используются буравы, а с глубины в метр — конические стаканы. В твердых грунтах проходка производится прикрепленным к тросу долотом с ударной штангой большой массы.

Иногда, в зависимости от ситуации, применяется вспомогательное оборудование: накидной хомут, фарштуль, канатный замок, барабан и разного рода инструменты для извлечения из скважин упавших предметов.