Вспомогательное механическое оборудование

Вспомогательное оборудование обеспечивает выполнение бурения основными агрегатами, эксплуатацию буровых установок и работы их обслуживанию. Разделение узлов по такому критерию весьма условно, поэтому перечень вспомогательного оборудования не определен четко.

По разным источникам к этой категории относят металлоконструкции основания и укрытий, приемный мост, системы жизнеобеспечения (вентиляции, освещения, отопления, водоснабжения, эвакуации) насосы, тали, компрессоры, генераторы, трубозажимы, траки, вспомогательную лебедку, механизмы передвижения. К тому же сюда можно отнести дополнительное оборудование, к которому причисляют аварийный инструмент, забойные двигатели, переводники и элементы КНБК, обсадные, ведущие и бурильные трубы, буровые долота, прочие инструменты. Далее рассмотрены некоторые механические агрегаты этой категории: буровые насосы и забойные двигатели.

Буровые насосы

Эти агрегаты относятся к компонентам циркуляционной системы. Они обеспечивают перемещение по ней бурового раствора. К основным параметрам производительности насосов относят гидравлическую мощность на долоте, гидравлическую силу струи, скорость раствора в затрубном пространстве.
В бурении используются поршневые насосы Принцип функционирования основан на изменении давления. Такие агрегаты подразделяют на несколько типов.

• Прямодействующие двухпоршневые варианты включают гидравлическую часть, представленную самим насосом, и паровую двухцилиндровую поршневую машину. Цилиндры обоих механизмов установлены на одной оси, поршни – на общем штоке. Подача раствора осуществляется попеременно. Такие варианты отличаются простой конструкцией, не требуют трансмиссий, гибкие, обеспечивают равномерную подачу, исключая необходимость применения компенсаторов. Основной недостаток – низкий КПД, составляющий около 5%. Ввиду этого такие насосы вышли из применения.
• Прямодействующие насосы с гидроприводом также больше не используются.
• Приводные поршневые насосы двухстороннего действия включают гидравлическую и трансмиссионную части. Отдельно установленный двигатель приводит гидравлическую часть через трансмиссию. Такие агрегаты характеризуются сложной конструкцией и неравномерностью подачи, но экономичны.
• Приводные поршневые насосы одностороннего действия. Это аналоги большей производительности, прочности и выносливости. Отличаются уменьшим диаметром поршней и увеличенным диаметром штоков. Ввиду большой массы не обрели распространения.
• Трехпоршневые приводные насосы одностороннего действия отличаются от предыдущего типа лучшими рабочими параметрами: вдвое большей равномерностью подачи и меньшей пульсацией раствора при использовании компенсаторов. Наиболее распространены.

Центробежные насосы используются в нефтедобывающей промышленности для извлечения и перекачки сырья и прочих жидкостей. В качестве основных буровых насосов они не подходят ввиду невозможности повышения давления при малых подачах. Это требуется при восстановлении циркуляции после остановок и в экстренных ситуациях. Поэтому при бурении центробежные насосы выполняют второстепенные задачи (подача раствора в поршневые насосы, очистка, приготовление и т. д.). Принцип работы этих агрегатов состоит в создании напора лопатками вращающегося колеса.

Забойные двигатели

Приводят долото в процессе бурения, являясь аналогом ротора. Установлены над долотом в нижней части бурильной колонны.
По конструкции их подразделяют на электрические и гидравлические.

Гидравлические варианты дифференцированы на турбобуры и винтовые двигатели.

Первые представляют собой гидравлические многоступенчатые турбины, Принцип функционирования состоит в приводе вала энергией потока бурового раствора. Он передает вращение валу шпинделя.

Встречаются одно- и многосекционные варианты. Их секции унифицирована. В зависимости от назначения производят несколькосекционные варианты с количеством ступеней от 52 до 369, диаметром 127-240 мм, длиной 8,8-26 м.
По конструкции турбин выделяют низко-, средне- и высоколитражные варианты.

Значительный недостаток этих механизмов состоит в расходовании значительного количества энергии насоса, предназначенной для разрушения и очистки забоя. Это существенно ограничивает возможности их применения. К тому же ввиду выполнения большей части бурильных работ трехшарошечными долотами со специфическими условиями эксплуатации турбобуры приходится согласовывать с ними. Такие долота работают с частотой вращения 30-250 об/мин вне зависимости от нагрузки. При больших значениях во многих породах они в несколько раз уступают по производительности роторам.

Для наклонных скважин применяют укороченные турбобуры-отклонители с 52-109 ступенями.
Бурение верхних интервалов скважин диаметром ~0,4-1,02 м осуществляют реактивно-турбинными агрегатами. Это два параллельно соединенных турбобура. При добыче рудного сырья используют более производительные варианты из 3-4 турбобуров. Они способны бурить скважины диаметром 1,26-5 м.

Винтовые гидравлические двигатели – агрегаты объемного действия. Принцип функционирования основан на создании вращающего момента перепадами давления жидкости.

К достоинствам таких забойных двигателей относят простую и надежную конструкцию. Первое объясняется отсутствием распределителей потока, второе – отсутствием трущихся деталей. К тому же эти агрегаты обеспечивают относительно свободное прохождение бурового раствора для очистки.

Электробур включает маслонаполненный электродвигатель трехфазного переменного тока, соединенный со шпинделем. Последний передает вращение долоту. Энергия подается с поверхности по кабелю, проложенному внутри бурильной колонны.

Такие забойные агрегаты подходят для скважин глубиной до 5 тыс. м. Их использование требует другой схемы электроснабжения буровой установки относительно вариантов с гидравлическими агрегатами.

К преимуществам электродвигателей относят независимость частоты вращения от нагрузки на долото, независимость параметров работы от количества и свойств бурового раствора, постоянную частоту вращения, устойчивость к перегрузкам, возможность контроля рабочих параметров и траектории углубления ствола с поверхности. Основными недостатками считают сложную конструкцию и необходимость подачи как электрической, так и гидравлической энергии к забою.