Как работает буровая. Добыча нефти

ИА сайт. - один из видов нефтегазового оборудования. Является комплексом оборудования и буровых сооружений, предназначенных для бурения нефтегазовых скважин.

Буровые установки для разработки и разведки нефтяных и газовых месторождений в общем виде включают в себя:

Спускоподъемное оборудование (кронблок , лебедка , крюкоблок)

Циркуляционное оборудование (буровые насосы , вертлюги , емкости, манифольды)

Буровые сооружения (буровые вышки , мостики, основания вышки, стеллажи)

Противовыбросное оборудование

Оборудование для приготовления буровых растворов (шламовые насосы, гидроворонки, гидромешалки)

Силовое оборудования для привода лебедки, буровых насосов, ротора (дизельные двигатели, электрические двигатели)

Все буровые установки комплектуются приводом главных механизмов (дизельный с механической трансмиссией или электрический с цифровой системой плавного регулирования)

В некоторых случаях возможна комплектация независимым приводом ротора

Кинетическая основа буровой установки - подъемный механизм
Подъемный механизм запускается при возникновении динамической нагрузки .
Динамические нагрузки возникают при спускоподъемных операциях вследствие действия ускорения или замедления, а также упругих колебаний, создаваемых во время переходных процессов.

В качестве источников динамических нагрузок выступают толчки и удары, возникающие при подхвате колонны труб и переходах талевого каната на последующий слой навивки. Динамической нагрузке также могут способствовать зазоры и монтажные смещения в сочленениях узлов и деталей подъемного механизма и его привода.

Применение буровых установок

Буровые установки применяются:

1. Для бурения неглубоких скважин (до 25м) и скважин небольшого диаметра(76-219 мм) при сейсморазведке.
2. Для бурения скважин средней глубины (до 600м) - структурных и поисковых скважин на твердые полезные ископаемые
3. Для бурения глубоких скважин (до 6000м). Добыча нефти и газа, а так же для разведки новых нефтяных и газовых месторождений.
4. Сверхглубокое бурение скважин (до 15000м) для добычи нефти и газа и разработки новых месторождений.
5. Бурение скважин на воду.
6. Капитальный ремонт нефтегазовых скважин.
7. Испытания скважин на нефть и газ.

По функциональному назначению буровые установки делятся на:

1. установки для инженерно-геологических изысканий
2. установки для добычи воды, работ по водопонижению и геотермальному теплоснабжению, для различных гидрогеологических работ
3. установки для строительных работ (бурение под свайные и микросвайные основания, для установки анкеров)
4. установки для геологоразведочных работ
5. установки для сейсморазведочных работ
6. установки для сооружения опор ЛЭП

Конструкция буровых установок

Исполнительные органы (главные) - лебедка, ротор, вышка, талевая система, вертлюг, буровой насос, циркуляционная система.

Энергетические органы - дизельные двигатели, электродвигатели, приводы, силовая гидросистема, пневмо-гидросистема

Вспомогательные органы -механизмы передвижения, вспомогательная лебедка, металлоконструкции, системы освещения, системы водоснабжения, системы отопления, системы вентиляции и др.

Органы информации - контроль параметров бурения

Органы управления

Буровая вышка

Буровая вышка - это ключевой узел в оборудовании буровых установок. Выполняет следующие функции:

1. Поддержание бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой.
2. Спуско-подъемные опреации с обсадными и бурильными трубами

3. Размещение талевой системы и средств механизации спускоподъёмных операций, в частности механизмов АСП, КМСП или платформы верхового рабочего, устройства экстренной эвакуации верхового рабочего, системы верхнего привода и вспомогательного оборудования.

1. Размещение бурильных труб

Классификация буровых вышек

Буровые вышки классифицируются:

По назначению - для капитального ремонта скважин и соответствующих агрегатов, для морских буровых установок, для передвижных буровых установок, для стационарных буровых установок.

По конструкции - мачтовые, башенные.

Буровые лафеты

Буровые лафеты - навесное буровое оборудование. Составляющая буровых установок . Лафеты устанавливают на экскаваторы и гидравлические экскаваторы. Общая масса - от 10 тонн. Буровой лафет обычно состоит из ходового механизма с гусеничным двигателем встроенного гидравлического механизма для тяги (подачи вперед) и бурового функционирования.

Навесные буровые лафеты применяют при работах по частичному упрочнению грунтов, бурении пневмоударником, или при отборе керна, а так же для бурения скважин под сваи, для сооружения скважин на воду и для анкерного бурения.

Роторы

Роторы предназначены для вращения бурильного инструмента и поддержания колонны бурильных труб при бурении скважин.

Лебедки - основной механизм спускоподъемного комплекса буровой установки. Предназначены для выполнения следующих операций:

Спуск и подъем обсадных труб и буровых труб

Передача вращения ротору

Подача инструмента на забой

В горно-перерабатывающей промышленности, при таких работах, как прокладывание шахт, туннельных проходов, а также при строительстве железнодорожных проходов и метрополитенов широкое применение нашло такое оборудование, как буровая установка гидравлического типа действия.

Эскплуатация буровой гидравлической установки

Посредством работы данной установки происходит забой и обработка различных поверхностей, таких как фундамент, кровельные поверхности и тому подобные объекты. Посредством работы данной буровой установки гидравлического типа, происходит , а также поиски залежей полезных ископаемых.

Данное оборудование обладает массой преимуществ, которыми обусловлен выбор именно этого оборудования. К таким весомым преимуществам можно отнести, во-первых, скорость, с которой работает данное оборудование. Рабочей скоростью буровой гидравлической установки является обработка порядка двух метров поверхности в одну минуту времени, что является очень высокими скоростными показателями. Данный показатель является средним показателем, поскольку скорость приведена в средних пределах, и разные модели буровых установок имеют различия в данном показателе.

Еще одним немаловажным показателем, которым отличается данное оборудование, является то, что данное оборудование оснащается в зависимости от модели таким дополнительным оборудованием, как стрелы выдвижного типа. За счет того, что система данной буровой установки является гидравлической, работа всей техники выполняется бесперебойно и достаточно легко.

К тому эксплуатировать данную установку можно без опаски, вся система оснащается специальными датчиками, которые показывают критические точки, после которых работу следует останавливать. Еще одним немаловажным параметром, который имеет положительное влияние на выбор именно этого оборудования, является то, что система способна к самостоятельной промывке рабочих органов. Что в свою очередь препятствует образованию засоров и попаданию загрязнений в рабочие органы, а следовательно предотвращая их быстрый износ.

Устройство гидравлической буровой установки

Привод данной установки осуществляется посредством двигателя, который работает за счет дизельного топлива. Такой вид привода обеспечивает работу данной установки ровным и безвибрационным образом. К тому посредством работы данного вида привода буровая установка способна обрабатывать большие участки работ, что продуктивно сказывается на ее производительных характеристиках.

Центр тяжести буровой гидравлической установки расположен достаточно низко, поэтому данная установка как нельзя лучше подходит для проведения работ в туннелях и местах, где достаточно сжатые условия. Работа данной буровой установки проходит стабильно и без аварий.

К тому же в дополнительное оснащение буровой гидравлической установки входит такое оборудование как молотки для бурения, специальная анкеровочная машина и стрелы. Посредством работы данного оборудования машина выполняет большой спектр действий, и множество работ с достаточно большой скоростью. В зависимости от модели буровой установки, она может отличаться различными характеристиками, например, некоторые установки могут быть на колесном шасси, некоторые выполняются в гусеничном варианте.

Так же данная установка может оборудоваться дополнительными площадками для выполнения работ, то есть верхней и нижней, которая расположена непосредственно перед входом в скважину. Такие характеристики, как глубина бурения могут варьироваться в зависимости от модели и марки данной техники, как правило, средним показателем является порядка полутора тысяч метров. Мощность буровой гидравлической установки так же может иметь различия, однако средним показателем является мощность равная порядка двумстам лошадиным силам.

В состав буровой установки входит:

1.Кронблок (неподвиж. блок шкивов) 2.Талевый канат. 3.Талевый блок. 4.Крюк. 5.Вертлюг. 6.Буровой шланг. 7.Ведущая труба(квадрат). 8.Ротор–для вращения бурильной колонны. 9. Лебедка для привода талевой системы. 10.Стальной канат – один конец, которого мертво закреплен за ногу вышки, другой конец на лебедку (служит для подъема и опускания обсадных и бурильных труб). 11.Двигатели. 12. Буровой насос–для прокачки бурового раствора и создания циркуляции. 13.Ёмкости для промывочной жидкости. 14.Участок для приготовления свежего бурового раствора и химической обработки с целью создания требуемых качеств бурового раствора.15. Бурильная колонна. 16.Турбобур. 17. Долото – им бурят. 18.Стенки скважины.

Бурение скважины – это процесс механического разрушения горных пород на забое и удаления разбуренной породы из ствола скважины на поверхность. Завершается бурение созданием конструкции скважины, вскрытием и освоением продуктивного пласта.

Для бурения нефтяных и газовых скважин применяется вращательное бурение с промывкой забоя буровым раствором (промывочная жидкость).

Сущ. два способа вращательного бурения: роторный и с забойным двигателем

1. Роторный - при помощи специального привода (ротора) и захвата, вращают ведущую трубу (квадрат) и соединенную с ней колону труб с долотом, разрушающим породу на забое.

2. Забойно – вращательный (с забойным двигателем) – при бурении между долотом и бурильными трубами установлен забойный двигатель, который вращает только долото, а колонна труб остается не подвижной. В этом случае не тратится энергия на вращение многотонной многокилометровой длины бурильных труб, что исключает трение труб и обвал стенок скважин.

В качестве забойного двигателя применяюттурбо и электробуры . Во время работы долота на забое, корпус и трубы не вращаются, вращается вал Турбобура за счет энергии потока жидкости, которая вращает турбинки (роторы).

В процессе бурения скважины ее непрерывно промывают жидкостью (водой, глинистым или специальным раствором), промывочная жидкость выносит с забоя кусочки разбуренной породы, охлаждает долото, удерживает стенки скважины от обвала (создает противодавление).

При бурении скважины промывочная жидкость от буровых насосов поступает в буровой шланг, потом в вертлюг, затем в буровую колону, по которой движется к турбобуру и долоту. Пройдя через турбобур и отверстия в долоте промывочная жидкость подхватывает кусочки породы, и между стенками скважины и буровой колонной поднимается вверх на поверхность. Здесь по желобу очищается от кусочков горной породы, облагораживается необходимыми добавками (реагентами) и вновь поступает в скважину. По мере продвижения долота вниз колона бурильных труб наращивается новыми трубами. При износе долота поднимают всю колону бурильных труб на поверхность, меняют и опускают обратно - это называется спускоподъемной операцией. Во время этой операции скважина обязательно должна быть заполнена промывочной жидкостью, а иначе в нее будут поступать пластовые воды, газ, нефть из вскрытых пластов. Давление столба промывочной жидкости должно быть больше чем в пластах т. к. возможен выброс ее из скважины или открытое фонтанирование газа. Лаборант на буровой следит за плотностью и состоянием раствора (промывочной жидкости). После бурения, скважину закрепляют стальными обсадными трубами, которые предназначены для закрепления стенок пробуренной скважины, а для создания герметичности заколонного пространства цементируют ее. После приступают к вскрытию продуктивного пласта.

Вскрытие продуктивного пласта - это сообщение его (пласта) с внутренним пространством обсадной колонны, т.е. создание отверстий при помощи перфораторов.

Осложнения при бурении:

1. Осыпь, обвалы стенок скважины.

2. Потеря бурового раствора в пустотах, щелях породы при бурении.

3. Прихват колонны бур. труб.

4. Поломка бур. труб и долота.

5. Выброс газа, нефти, воды.

1. Для исключения осыпей и обвалов, стенки скважины обсаживают трубами, а также в бур. раствор добавляют жидкое стекло.

2. При больших потерях бурового раствора - бурильный инструмент вынимают, а скважину заполняют цементным раствором. После затвердевания, цементный камень разбуривается пикообразным долотом.

Или: сразу устанавливают обсадную трубу и цементируют кольцевой зазор. Если потери бур. раствора незначительны, то в буровой раствор добавляют резиновую крошку, слюду и т.п.

3. Прихват бур. труб происходит при больших обвалах и искривлении труб. Прихват устраняется с помощью гидравлического удара, подачей жидкости разной плотности.

4. Поломка бур. труб и долота - ловильные работы (капитальный ремонт скважины). Поднятие обломков с помощью метчика (метчик врезается во внутренние поверхности трубы). Поднятие труб с помощью колокола; с помощью магнитных фрез.

5. Для предотвращения выброса нефти и газа применяется противовыбросное оборудование которым перекрывается устье скважины называется превентор.

МЕТОДЫ ВСКРЫТИЯ ПРОДУКТИВНЫХ ГОРИЗОНТОВ (ПЛАСТОВ)

Вскрытие пластов и освоение скважины должны быть проведены качественно. Под качеством технологии вскрытия пласта и освоения скважин следует понимать степень изменения гидропроводности пласта (или пропластков) после выполнения соответствующей операции. Оценку качества вскрытия пластов и освоения скважин следует производить по Временной методике оценке качества вскрытия пластов и освоения скважин.

Методы заканчивания скважин и вскрытия продуктивных горизонтов. В разрезе нефтяных и газовых месторождений встречается большое количество пористых пластов-коллекторов (песков, песчаников, известняков), разобщенных друг от друга глинами, мергелями, плотными песчаниками и другими породами. Эти пласты могут быть нефтеносными, газоносными, водоносными и сухими.

Особое внимание должно быть обращено на конструкцию забоя. Конструкцию забоя следует выбирать по РД.

В практике бурения применяют следующие основные конструкции забоев при заканчивании скважин (рис. 10.1.).

1. Установка водозакрывающей колонны в кровле продуктивного горизонта и цементирование с последующим вскрытием пласта и спуском специального фильтра (рис. 10.1, б) или хвостовика (рис. 10.1, д). В некоторых случаях в устойчивых породах продуктивной части разреза фильтр или хвостовик не спускаются и водозакрывающая колонна является эксплуатационной (рис. 10.1, а).

2. Полное вскрытие пласта со спуском комбинированной колонны с манжетной заливкой ее выше нефтеносного объекта и с фильтром в нижней части против пласта (рис. 10.1, в).

3. Полное вскрытие пласта со спуском колонны со сплошным цементированием и последующим простреливанием отверстий против продуктивных горизонтов (рис. 10.1, г).

Перечисленные методы направлены на то, чтобы не допустить закупорки пор и создать благоприятные условия для движения нефти из пласта в скважину.

ЗУМПФ – яма для мусора, шламоуловитель.

ПЕРФОРАЦИЯ СКВАЖИН

Перфорация - служит для получения притока нефти или газа между продуктивным пластом и скважиной. Связь между продуктивным пластом и скважиной после спуска колоны и ее цементирования, производят путем пробивки отверстий в колоне.

Перфорация бывает: пулевая, кумулятивная, гидропескоструйная и торпедирование.

Пулевая – прострел отверстии производится при помощи специального аппарата (перфоратора) имеющие пороховые заряды, оснащенные пулями.

Торпедирование – вместо пуль применяют специальные снаряды, которые пробивают обсадную колону, цементное кольцо и углубившись на некоторое расстояние в пласт разрываются, образуя в породе дополнительные трещины, улучшающие качество притока нефти из породы.

Кумулятивная – стенки колоны и цементный камень пробивают направленной струей газа и расплавленного металла, образовавшегося при взрыве специальных снарядов. Кроме того струя раскаленного газа проникает в пласт, создает каналы значительной глубины, что улучшает фильтрационные свойства призабойной зоны.

Гидропескоструйная – основным источником кинематической энергии яв. струя жидкости с абразивными компонентами н.р. песком, выходящая с большой скоростью из насадок перфоратора направленная в стенку скважины. Эта струя за короткое время образует отверстия в обсадной колоне и каналы в цементном кольце и породе.

Плотность перфорации (число отверстии на 1 метр интервала) пропорциональна продуктивности скважины.

Требования, предъявляемые к вскрытию продуктивного пласта.

1. необходимо предупредить возникновение открытого фонтанирования;

2. должны быть сохранены естественные фильтрационные свойства пласта;

3. обеспечена надлежащая полнота вскрытия, гарантирующая длительную безводную эксплуатацию скважин.

Обустраивать колодец под воду целесообразно при небольшой глубине залегания грунтового водоносного слоя, в иных случаях потребуется скважина, а значит, буровая установка. Неглубокие потоки воды часто используются как технические, для полива огорода и наполнения бассейна, а вот для питья лучше копать намного глубже.

Буровая установка – система устройств и механизмов, используемых для пробивания шурфов и укрепления стенок скважин. Конструкции повсеместно вошли в использование как самый простой инструмент для добычи воды. Но область применения данных систем довольно широка:

• Пробуривание скважин для проведения инженерных работ;
• Бурение шурфов под воду;
• Обустройство разведывательных шахт.

По видам делят скважины на:

1. Артезианские – до 100 м глубины, обычно подают воду в несколько домов или коттеджей. Срок эксплуатации до 50-60 лет.
2. Трубчатые/абиссинские – до 12 м глубины. Как правило, обустраиваются на верхнем водоносном горизонте, куда не попадает мусор, грязь. Срок службы 15-20 лет, затем шахта может заилиться и потребуется новый колодец или углубление до следующего слоя глубиной до 30 метров.

Типы буровых установок, принцип работы

Ручные буровые установки

Имеют следующие характеристики:

1. Малая производительность;
2. Скромные габариты;
3. Использование на небольших глубинах;
4. Не подходят для тяжелых и плывучих грунтов.

Ударно-канатный тип

Ударно-канатные буровые установки для обустройства скважин на воду обладают следующими свойствами:

1. Простые в монтаже и сборке;
2. Удобные в эксплуатации;
3. Имеют высокий рабочий КПД;
4. На выходе получается хорошая глубокая скважина на воду с долгим сроком эксплуатации;
5. Сниженная скорость пробуривания;
6. Возможная глубина бурения до 100 и более метров;
7. Можно применять на каменистых, тяжелых грунтах;
8. Иногда требуется дополнительное оснащение, что увеличивает стоимость установки.

Ударно-канатная бурильная система применяется уже давно и считается одной из самых доступных в частных малых хозяйствах по цене и простоте работы. Принцип функциональности:

• Используется буровой ударный патрон, который под действием тяжести разбивает грунтовые слои;
• Движение запускается посредством лебедки;
• Каждый слой грунта вытаскивается желонкой.

Для укрепления стенок шахты требуется оснащение обсадными трубами и цементирование всей конструкции. Нелишним будет оборудовать дополнительные фильтры. Ударно-канатная технология бурения считается подходящей для песчаных и глинистых почв.

Простая конструкция включает: опорную треногу с блоком и закрепительным канатом, привод, отвечающий за движение патрона и сам патрон с насадкой массой до 120 кг.

Шнековые системы

Шнековые буровые установки намного практичнее, чем ударно-канатная буровая установка, так как обладают повышенной производительностью. Однако применять бурильные конструкции лучше на просушенных и достаточно мягких почвах без камней, иначе можно сломать шнековый механизм. Работы осложняются требованием постоянной очистки функционирующей насадки от грунтовых накоплений.

Принцип работы заключается в том, что винтовой бур вкручивается в грунт, при этом взрыхленные пласты почвы оседают на лопастях и через 2-3 прохода бур необходимо чистить. Технология бурения предельно проста и известна, а конструктивно бур состоит из шнека, штанги (ее нужно наращивать по мере заглубления в почву) и привода механического или ручного типа.

Важно! Ручной привод шнековой системы лучше подходит для бурения малых скважин, для большой глубины потребуется оснащение механизированным станком.

Бурение вращательного типа с промывкой

Вращательно роторные буровые установки считаются самыми лучшими для использования в частных хозяйствах. Они используются на любых грунтах, имеют высокую скорость работы, но при этом достаточно дорого стоят и для бурения артезианских скважин на воду требуется лицензия.

Данная буровая установка оснащена дополнительной системой промывки, чтобы осуществлять подъем раздробленного грунта. При этом конструкция может иметь:

• Прямой тип промывки , когда раствор подается через систему шлангов, а грунтовые массы вымываются непосредственно через шурф;
• Обратный тип – при котором вода подается сразу в шахту, грунт же вынимается буровым оборудованием.

Технология бурения вращательно-роторного типа подходит для использования на любых почвах, а также показана для бурения достаточно глубоких скважин на воду. Благодаря прочной конструкции бура, состоящего из штанги, с механизмом вращения, разрушающим грунт, приводом, помпы и вертлюга, данные буровые установки хорошо справляются с плывунами. Для устойчивости элементы закрепляются на рамке, выполненной из стали и способной выдерживать значительные нагрузки.

Важно! Вращательно-роторные конструкции сочетают ударную и вращательную систему бурения, что идеально для прохождения даже каменистых грунтов, подверженных сезонному смещению.

Технологий бурения скважин на воду существует несколько, поэтому выбор определяет только сам хозяин. Помимо ценовой составляющей неплохо учитывать:

1. нужную производительность скважины на воду, которая получится в конечном итоге;
2. состояние грунта;
3. возможность образования плывунов;
4. глубину залегания грунтовых водоносных слоев;
5. глубину точки промерзания почвы;
6. подвижность грунтов при сезонных паводках и осадках.

Основы бурения скважин на воду просты, поэтому оборудовать собственный автономный источник водоснабжения на участке не составит проблем для каждого хозяина.

Наличие практически всех необходимых компонентов в свободном доступе позволяют при ответственном подходе собрать собственную буровую установку. Другое дело, что для бурения нефти (к примеру) она вряд ли подойдёт.

Для того чтобы увидеть уже готовое решение Вы можете перейти на сайт производителя. Установка обладает функцией провывки, а так же шнеками. Пожалуй, это лучший вариант для использования в непроизводственных масштабах.

Как уже было сказано выше, использовать подобную установку не следует на строительных площадках. Ниже приводятся типы агрегатов, для которых при желании можно найти все необходимые компоненты (для самостоятельной сборки):

• ложковый бур;
• змеевиковый бур;
• буровые долота.

Первый вариант бура является наиболее распространённым. Дело в том, что в большей степени на территории России присутствуют глинистые земли. Содержание песка варьируется от места к месту.

Изготовить подобный бур можно из обыкновенной трубы большого диаметра. Ложка вырезается таким образом, чтобы с правой стороны был небольшой поперечный выступ. Левая сторона должна быть в виде резца.

По большому счету змеевиковый бур – это не что иное, как гигантское сверло. «Суперштопор» позволяет буквально «высверливать» тяжёлые и вязкие суглинки. Настоятельно рекомендуется перед использованием бура закалить его.

Сам резец выполняется в форме ласточкиного хвоста. Принцип работы прост и понятен. Наверняка все знают о том, что рыболовные буры (зимняя подлёдная рыбалка) так же хорошо бурят и грунт.

Буровые долота используются исключительно для бурения сверхплотных пород. Не стоит забывать о том, что бурение должно производиться под углом в 130 градусов. Пусть Вас не пугает подобный тупой угол.

Разрушение породы возможно только под означенным выше углом. В противном случае наблюдается быстрый разогрев бура и его затупление. Если грунт достаточно мягкий, уголь может быть снижен до 30-70 градусов.

Нет какой-то универсальной формы долота. Оно подбирается непосредственно на месте. После того, как был определён тип почвы.

Компьютерная модель в видео наглядно продемонстрирует принцип работы буровой установки: