Металлоконструкции буровых установок

Буровые установки представляют собой комплекс бурового оборудования. Роль несущей структуры в них выполняют металлоконструкции. Главные – основание, используемое для размещения оборудования, и вышка, служащая для удержания талевой системы и передачи воздействия на грунт. К тому же используется множество небольших элементов.
Конструкцию буровых установок подразделяют на ярусы. Всего их 4.

Нижний ярус (основание) состоит из продольных и поперечных балок. На последних, опирающихся на грунт, закреплены опоры вышки и ее подкосов. Здесь же находятся привод ротора, буровая лебедка, механизм крепления талевого каната и др.
Остальные ярусы составляет вышка. На верхнем находится рабочая площадка с рамой сварной конструкции из 2 продольных балок. На ней установлены ротор, ключ АКБ, вспомогательная лебедка, пульт бурильщика, подсвечники.

Основание

Это часть установки, служащая для размещения комплекса бурового оборудования. Она представляет собой металлическую платформу регулируемой высоты. Масса составляет 10-25 т, грузоподъемность – 60-150 т, высота – 3-8,5 м.

Основание составляют металлоконструкции в виде сварных блоков, стыкуемых быстроразъемными соединениями вроде болтов и стяжек.

По монтируемому оборудованию элементы основания подразделяют на блоки.

• Вышечный.
• Лебедочный.
• Энергетический.
• Для оборудования для приготовления буровых растворов.
• Насосный.
• Подсвечников.

Число и размеры блоков определяются типом буровой установки, ее монтажеспособностью, массой оборудования.
Основание позволяет транспортировать буровой установку в виде крупных блоков, повышая мобильность.

Вышка

Это основной несущий элемент буровой установки. Она монтируется над скважиной и обеспечивает манипуляции с буровым и эксплуатационным оборудованием. На вышку возложены следующие функции.

• Спускоподъемные операции с бурильной и обсадной колоннами и их удержание.
• Размещение талевой системы и средств механизации спускоподъемных работ.

В целом, назначение буровой вышки состоит в восприятии нагрузки талевой системы и передаче ее основанию.
Вышки собирают из цельносварных секций прямоугольного или трехгранного сечения, скрепляя фланцевыми или быстроразъемными соединениями.

В систематике буровых вышек используется два критерия.
По назначению:

• для агрегатов капитального ремонта;
• для мобильных установок;
• для морских установок;
• для стационарных и кустовых установок.

По конструкции:

• башенные;
• мачтовые:
  
  • А-образные (двухмачтовые);
  • с открытой передней гранью (одномачтовые).

На установках легкого и среднего классов используют преимущественно мачтовые вышки, на установках тяжелого класса – оба типа. При этом башенные вышки актуальны для бурения на большие глубины (от 5 тыс. м) и на море. При бурении на глубину более 5 тыс. м для удержания конструкции и на вариантах с открытой передней гранью используют А-образные нижние секции.

Выделяют ряд преимуществ мачтовых вышек перед башенными.

• Быстрая сборка.
• Пониженная металлоемкость.
• Упрощенное размещение механизмов.
• Лучшая просматриваемость.

Мачтовые вышки более дороги и сложны в производстве и обслуживании, менее устойчивы, однако их проще монтировать и транспортировать.

Значительное распространение при бурении до 2,5 тыс. м получили вышки с передней открытой гранью. Это объясняется следующими особенностями данной конструкции.

• Быстрый монтаж.
• Удобство размещения верхнего силового привода.
• Транспортировка одним блоком в вертикальном положении.
• Монтаж основания в нижнем положении без специальных мощных кранов.

Ввиду малой устойчивости и уклона в сторону роторной площадки их устанавливают растяжками. Для большей мобильности многие модели имеют телескопическую конструкцию. Мачту составляют 2-3 секции.

А-образные вышки подходят для бурения на глубины до 8 тыс. м. 3-5-секционные мачты соединены в верхней части, ниже связаны двумя горизонтальными тягами, двумя поясами и основанием. В зависимости от глубины бурения устойчивость в продольном направлении обеспечивается А-образными стойками или А-образным ветвлением мачт.

Башенные вышки выполнены в виде правильных усеченных четырехгранных пирамид решетчатой конструкции. Они состоят из трубчатых либо уголковых стоек, соединенных диагональными тягами и поясами в секции. Количество последних определяется высотой вышки (до 8 для 53 м) Башенные вышки отличаются следующими достоинствами.

• Большая жесткость.
• Простота изготовления.
• Меньшая стоимость.
• Простота обслуживания

Выделяют ряд основных параметров вышек.

• Грузоподъемность – предельная статическая вертикальная нагрузка на весь цикл проводки скважины. Определяется глубиной бурения.
• Высота. Определяет длину свечи. Растет пропорционально глубине бурения: 16-18 м на 300-500 м, 42 м на 2-3 тыс. м, 53 м на 4-6,5 тыс. м.
• Емкость «магазинов». Определяет количество размещаемых бурильных труб диаметром 114-168 мм в суммарной длине. Практически это означает глубину бурения.
• Размеры оснований. Определяют условия работы буровой бригады с использованием полного комплекта оборудования (бурового, средств механизации и т. д.). Для верхнего составляют 2х2 или 2,6х2,6 м, для нижнего – 8х8 или 10х10 м.
• Длина свечи. Определяет длительность спускоподъемных операций: чем длиннее, тем меньшее количество частей включает бурильная колонна для разбора при смене бурового инструмента.
• Масса. Составляет несколько десятков т.

Элементы металлоконструкций

На буровых установках используется ряд более мелких металлических деталей.
Приемные мостки и стеллажи. Служат для перемещения труб и оборудования, укладки и хранения бурильных и обсадных труб соответственно.

• Лестницы и ограждения. Создают условия для передвижения обслуживающего персонала.
• Буровые укрытия. Обеспечивают защиту от неблагоприятных погодных условий.
• Соединительные элементы. Обеспечивают скрепление металлоконструкций.
• Опорные элементы. Воспринимают и передают силовые воздействия на фундамент и грунт.