Буровые установки

Буровая установка – конструкция, объединяющая комплекс бурового оборудования. Ее состав и конструкция узлов определяются назначением и условиями применения. Существуют как тяжелые стационарные варианты для глубинного бурения, так и самоходные мобильные установки.

Конструкция

Конструктивные элементы буровых установок представлены следующими категориями узлов.

• Буровые сооружения.
  • Роль каркаса или несущей структуры установки выполняет буровая вышка. Она удерживает талевую систему, бурильную и эксплуатационную колонны и обеспечивает спускоподъемные манипуляции с ними, передает воздействие на грунт. Вышки подразделяют по конструкции, высоте и грузоподъемности. По конструкции выделяют башенные и мачтовые варианты. Высота вышки определяет глубину бурения: 41 м – до 4 тыс. м, 53 м и более – от 4 тыс. м.
  • Все сооружение размещается на основании. Оно представляет собой конструкцию из продольных и поперечных балок, опирающуюся на грунт.
  • Также к этой категории относят более мелкие элементы вроде мостиков и стеллажей.
• Циркуляционное оборудование. Для разрушения грунта и подачи бурового раствора используются вертлюги, буровые насосы, манифольды, емкости.
• Спускоподъемное оборудование. Размещение оборудования в стволе скважины и смену по мере ее разработки обеспечивают лебедка, кронблок, крюкоблок.
• Силовое оборудование. Функциональные элементы вроде лебедки, ротора, буровых насосов приводятся дизельными или электрическими двигателями. Силовой установкой определяется тип трансмиссии: в первом случае используют механический вариант, во втором – систему плавного регулирование. Некоторые буровые оснащены независимым приводом ротора.
• Противовыбросовое оборудование: устьевое оборудование, манифольд, система управления.
• Оборудование для приготовления буровых растворов. К этой категории относят гидроворонки, шламовые насосы, гидромешалки.

Существует другая классификация конструктивных элементов буровых установок, включающая следующие категории органов.

• Исполнительные: вышка, лебедка, вертлюг, ротор, насос, талевая и циркуляционная системы.
• Энергетические: приводы, двигатели, силовая и пневматическая гидросистемы.
• Вспомогательные: металлоконструкции, осветительная, вентиляционная, отопительная системы, водоснабжения и передвижения, вспомогательная лебедка.
• Информационные (система контроля процесса бурения).
• Управления (электрические и пневматические системы управления).

Скважины в вертикальной плоскости подразделяют на 4 яруса. Нижний – основание, остальные 3 – вышка.
Основные характеристики
Выделяют ряд основных параметров буровых установок.

• Назначение.
• Грузоподъемность.
• Глубина бурения.
• Тип привода. 
• Технология бурения.
• Крутящий момент.
• Способ перемещения.

Систематика

Систематика буровых установок весьма сложна. Существует несколько классификаций на основе различных критериев, в том числе основных параметров.
Одна из классификаций буровых установок основана на назначении и включает следующие категории.

• Инженерно-геологические.
• Геологоразведочные.
• Сейсморазведочные.
• Гидрогеологические: для добычи, водопонижения, геотермального теплоснабжения и др.
• Строительные: бурение для установки анкеров, под сваи и микросвайные основания, опоры ЛЭП.

Существует упрощенная классификация по назначению.

• Эксплуатационные.
• Разведочные.
• Технические.

По дислокации буровые подразделяют на 2 типа.

• Наземные.
• Морские.

По мобильности.

• Стационарные. Транспортируются крупными блоками, монтируются на фундаменте. Используются преимущественно для бурения на большие глубины и постоянной разработки ввиду большой стоимости эксплуатации.
• Передвижные. Варианты модульной компоновки с транспортной базой в виде полуприцепов. Рассчитаны на бурение на средние глубины.
• Самоходные. Установлены на колесных или гусеничных шасси.

Также в качестве критерия используют тип привода. В соответствии с ним выделяют 4 вида.

• Электрические.
• Электрогидравлические.
• Дизельные.
• Дизельэлектрические.

Наконец, в классификации установок используют технологию бурения.

• Вращательного.
• Ударного.
• Вращательно-ударного.
• Ударно-вращательного.
• Огнеструйного.
• Вибрационного.
• Разрядно-импульсного.

Кроме того, существует интегральная классификация буровых установок, приведенная в ГОСТ 16293-89. Она включает 11 классов, выделяемых на основе технических параметров.

• Предельная нагрузка на крюке.
• Условная глубина бурения.
• Расчетная мощность привода на входном валу подъемного агрегата.
• Расчетная мощность привода.
• Минимальный диаметр в столе ротора.
• Мощность бурового насоса.
• Высота основания.
• Скорость подъема крюка без нагрузки.
• Скорость подъема крюка при расхаживании колонны.

Впервые параметры буровых установок были регламентированы в начале второй половины XX в. нормалях. Н-900-59 – первая отраслевая нормаль. Чуть позже она была модернизирована до Н-900-66. Последняя включала 7 типов буровых установок. Далее на ее основе разработали ГОСТ 16293-82, регламентирующий разведочные и эксплуатационные буровые. Текущая версия – обновление 16293-89.

Отдельно отмечают классификацию по техническому совершенству. Она включает 3 поколения. В качестве критерия используется возможность управления приводом и степень контроля.

• С нерегулируемым электроприводом.
• С регулируемым приводом постоянного тока.
• С частотно регулируемым приводом переменного тока.

Тенденции развития

Первоочередным направлением модернизации буровых установок считают промышленную и экологическую безопасность. Первое реализуется путем совершенствования нормативов и снижения прямого взаимодействия обслуживающего персонала с техническими узлами, в том числе путем ввода необслуживаемых элементов. Для улучшения экологических показателей внедряют 4-ступенчатые циркуляционные системы, безамбарное бурение, интегрированные системы сбора и утилизации жидкостей.

Вторая задача – усовершенствование конструкции путем применения новых технологий с целью повышения управляемости. Так, планируется расширение доли скважин 3 поколения. Например, в 2012 г. в США они составляли 25%, в то время как на второе поколение приходилось 35%, на первое – 40%.

Технологическая модернизации относится и к методам бурения. Предполагается развитие следующих подходов.

• Наклонно-направленное.
• С управлением давления (на депрессии).
• На обсадных трубах.
• С одновременной обсадкой.
• Скважины малого диаметра.
• Монодиаметром (расширяемые обсадные трубы).
• Термическое (лазерное).

Еще одно направление модернизации – изменение условий бурения. Связано с переходом на большие глубины ввиду освоения месторождения, залегающих у поверхности. Следовательно, растет доля установок для бурения на большие глубины.
Всегда актуально сокращение эксплуатационных затрат. Ввиду исчерпания возможности повышения скорости бурения остались варианты оптимизации конструкции, ускорения монтажно-демонтажных работ и создания площадок.
Последнее направление – улучшение эргономики.