Система вращения бурения скважин

05.09.2019

Система вращения предназначена для процесса бурения скважины (см. рис. 16.6). Вращающаяся бурильная труба вместе с удлинителями, переходниками и долотом называется буровой колонной. Прямо под талевым блоком на крюке подвешен вертлюг. Он позволяет буровой колонне вращаться с помощью подшипников, при этом массу всей трубы поддерживает деррик.

Под вертлюгом находится очень мощная четырех- или шестигранная труба из высококачественной молибденовой стали длиной 40—54 фут. (12—16,5 м), называемая ведущей бурильной трубой (см. рис. 16.7). Четырех- или шестигранная форма сечения служит для лучшего захвата трубы и ее поворота с помощью бурового ротора. Вращение ведущей трубы приводит в движение (вращает) всю конструкцию, и таким образом происходит бурение скважины.

Буровой ротор представляет собой подвижный крут, расположенный в полу буровой установки; его поворот по часовой стрелке (направо) производится с помощью первичных двигателей. При вращении в противоположную сторону бурильная труба вывинчивается. Ведущая бурильная труба проходит сквозь приспособление, называемое вкладышем под ведущую бурильную трубу (см. рис. 16.7 и 16.8а), которое, в свою очередь, проходит через основной вкладыш (см, рис. 16.8б), расположенный в буровом роторе. Благодаря роликам ведущая бурильная труба по мере углубления скважины может перемещаться вниз сквозь вкладыш. Буровой ротор, вкладыш под ведущую бурильную трубу, основной вкладыш и ведущая бурильная труба вращаются как единое целое. Условием бурения вглубь является вращение по часовой стрелке.

Ниже ведущей бурильной трубы располагается обычная бурильная труба (см. рис. 16.9), изготовленная из термообработанной легированной стали, длиной от 18 до 45 фут. (5,5—14 м). Обычно ее длина составляет 30 фут. (10 м). Внешний диаметр трубы изменяется от 2,875 до 5,5 дюйм. (7—14 см), на ее конце имеется ниппель (штуцер с наружной резьбой).

Отрезок большего диаметра на одном из концов трубы представляет собой бурильный замок, который навинчен и приварен к бурильной трубе и используется в качестве муфты (штуцера с внутренней резьбой). Соединяемые концы имеют клиновидную форму для более удобного скрепления, а также для предотвращения развинчивания.

Каждый замок трубы при присоединении его к буровой колонне должен быть покрыт густой трубной смазкой (обычно это консистентная смазка). Для повышения прочности данного участка в местах соединения стенка бурильной трубы имеет утолщение, называемое высадкой. В основном высадки бывают внутренними, т. е. они уменьшают внутренний диаметр трубы.

Согласно техническим условиям Американского нефтяного института, различают три категории труб по длине и пять классов прочности. Кроме того, бурильные трубы характеризуются номинальной массой на единицу длины, внутренним диаметром, пределом прочности, внутренним пределом текучести, а также пределом текучести тела трубы. Каждая секция трубы называется звеном, или однотрубной. По окончании бурения одной скважины бурильная труба используется снова, при этом ей присваивается показатель степени износа. По классификации Американского нефтяного института, существует пять степеней износа. Трубу заменяют на новую лишь после ее полного износа.

Ведущая бурильная труба всегда является верхней секцией бурильной трубы. После того как скважина пробурена на глубину 30 фут. (10 м), для удлинения трубы необходимо присоединить новое звено — этот процесс называется наращиванием трубы. Для того чтобы ведущая труба осталась наверху конструкции, ниже нее необходимо добавить звено.

Трубу поднимают из скважины с помощью трубных элеваторов, присоединенных ко дну талевого блока и приспособленных для захвата труб. Буровой ключ и ключи для труб — это приспособления для вывинчивания и захвата труб, они подвешены на канатах над полом буровой установки (см. рис. 16.10). Ими пользуются для сборки (свинчивания) и разборки (развинчивания) бурильных труб. Для того чтобы бурильная труба не падала в ствол скважины, можно использовать стальной клин с рукоятками (см. рис. 16.11), который помещается в воронку бурового ротора и удерживает трубу с помощью зубцов.

Очередное звено бурильной трубы для наращивания (см. рис. 16.12а) располагается в отверстии в полу буровой установки, называемом шурфом для двухтрубки. Буровую колонну поднимают до тех пор, пока вся ведущая бурильная труба не окажется над буровым ротором. После этого в воронку бурового ротора вставляют стальной клин, а ведущую бурильную трубу отвинчивают от верха буровой колонны (см. рис. 16.12б), помещают над шурфом и присоединяют к следующему трубному звену. Затем бурильную трубу извлекают из шурфа, передвигают к буровому ротору и присоединяют к буровой колонне (см. рис. 16.12в). Далее с воронки ротора удаляют стальной клин. После этого бурят следующие 30 фут. (10 м) скважины, а затем снова следует наращивание. Раньше для соединения труб на одно из звеньев наматывали специальную цепь для свинчивания труб и потом затягивали. Однако в последнее время такой метод признан небезопасным и не используется.

Бурильные трубы хранят в горизонтальном положении на стеллаже для труб, расположенном на поверхности земли перед буровой установкой. Отдельные звенья поднимают по подъемным мосткам и вносят на пол буровой установки через V-образный вход.

Часть буровой колонны ниже бурильной трубы называется забойной компоновкой. Она состоит из более прочных, тяжелых труб с утолщенными стенками — удлинителями (см. рис. 16.13). Такие трубы изготавливают из термообработанной легированной стали, их длина 31 фут. (9,25 м). На каждом конце трубы есть либо ниппель, либо муфта. Удлинители предназначены для придания большей массы нижней части буровой колонны, чтобы бурение происходило вертикально вниз, и для предотвращения деформации бурильной трубы. Обычно используют от двух до десяти таких звеньев.

Утяжеленная бурильная труба представляет собой нечто среднее по массе и прочности между обычной бурильной трубой и удлинителями, Ее внешний диаметр совпадает с диаметром обычной бурильной трубы, однако ее внутренний диаметр меньше. Длина звена такой трубы составляет 30,5 фут. (9,1 м). Утяжеленная бурильная труба, как правило, располагается между обычной трубой и секциями-удлинителями, для того чтобы минимизировать напряжение между ними, а также предотвратить возможный разрыв буровой колонны на этом участке.

Более мелкие фрагменты трубы (переводники) могут находиться как между, так и ниже удлинителей, выполняя при этом различные функции. Наиболее распространенный вид переводника —стабилизатор (см. рис. 16.14), который контактирует со стенками скважины с помощью лезвий. Его основное назначение — удерживать буровую колонну в скважине в вертикальном положении.

Виброгаситель, или амортизирующий переводник, предназначен для гашения вибраций бурового долота с помощью резины, пружин и сжатого газа. Чаще всего он находится прямо над буровым долотом, Для соединения бурового долота с удлинителем или с расположенным над ним переводником используют переводник долота. Перепускной переводник применяют для соединения труб разного диаметра или труб с разными типами резьбы. Для расширения ствола скважины используют буровой расширитель с коническими шарошками (см. рис. 16.15). По бокам расширитель оснащен тремя или шестью шарошками из вольфрамовой стали, он часто располагается над буровым долотом. Его назначение — обеспечить формирование нормального ствола скважины, т. е. ствола определенного минимального диаметра.

Наверху бурового долота расположено ниппельное соединение, с помощью которого оно свинчивается с переводником долота в нижней части буровой колонны. Наиболее распространенным типом бурового долота является роторное шарошечное долото, оснащенное тремя вращающимися шарошками, — такой вариант называется трехшарошечным долотом (см. рис. 16.16). Корпус трехшарошечного долота состоит из трех приваренных друг к другу лап, изготовленных из термообработанной легированной стали. Каждая лапа оснащена соплом и каналом для прохождения бурового раствора. Все шарошки закреплены на шейке оси опорного подшипника. Вращаются шарошки с помощью герметизированных и самосмазывающихся подшипников. В некоторых случаях на поверхность долота напыляют карбид вольфрама для повышения сопротивления абразивному износу.
Система вращения бурения скважин

При повороте долота, закрепленного в нижней части буровой колонны, вращаются и шарошки. Зубцы шарошек предназначены для отслаивания или для измельчения породы в забое скважины. Обломки пород называются буровым шламом.

Существуют сотни разновидностей трехшарошечных долот. Они подразделяются на долота с фрезерованными зубьями и на штыревые. Трехшарошечное долото с фрезерованными зубьями шарошки оснащено вырезанными зубьями, оно предназначено для отслаивания частиц породы (см. рис. 16.17). Для вычищения бурового шлама зубья, расположенные на соседних шарошках, заходят один за другой. Подобное буровое долото применяют для относительно податливых пород (в этом случае зубья длинные и редкие) и пород средней твердости (зубья короткие и частые).

В твердых конусах трехшарошечного штыревого долота просверлены отверстия (см. рис. 16.18), в которые вставлены штыри из карбида вольфрама, разрушающие породу. Такое долото применяется для относительно твердых пород.

Алмазное буровое долото выполнено из твердых марок стали и не имеет подвижных частей (см. рис. 16.19). На его днище и боковых сторонах в определенном порядке закреплены сотни технических алмазов. Канавки на лицевой стороне долота (промывочные каналы) предназначены для прохождения бурового раствора, который поступает из центра долота и протекает между алмазами к его боковым сторонам. Алмазные долота используются при бурении особо твердых пород.

Долото с поликристаллическими алмазными вставками — это также массивное металлическое долото, не имеющее движущихся частей (см. рис. 16.20). Металлические лезвия расположены на днище долота, на них установлены короночные кольца, в которых закреплены искусственные технические алмазы, предназначенные для измельчения горных пород и превращения их в буровой шлам. Хотя долота с поликристаллическими алмазными вставками самые дорогие, они могут работать в течение нескольких сотен часов и пробурить наиболее глубокую скважину, чем какие-либо другие типы долот.

Буровые долота обычно имеют диаметр от 3,75 до 26 дюйм. (9,5—66 см). Согласно классификации Международной ассоциации буровых подрядчиков (International Association of Drilling Contractors), буровые долота разделяют по трем показателям, каждый из них обозначают числом из трех цифр, например долото 334. Первая цифра означает вооружение долота, например фрезерованные зубья шарошки или штыри, вторая — твердость формации, для бурения которой оно предназначено, третья — механическое исполнение долота.

Долото вращается со скоростью 50—100 об/мин. В общем случае на небольших глубинах оно работает чуть быстрее, на больших — медленнее. На долото перекладывается не вся масса буровой колонны, так как это привело бы к его разрушению. Масса, прикладываемая к долоту, увеличивается пропорционально его размеру. Обычно давление составляет от 3000 до 10 тыс. psi на каждый дюйм диаметра долота.

Износ трехшарошечного долота происходит за 8—200 ч вращения, в среднем за 24—48 ч. То, что долото окончательно изношено, можно определить по изменению шума, создаваемого буровой колонной на полу буровой установки, а также по снизившейся скорости углубления. Долото заменяют в ходе спуско-подъемной операции. Когда буровую колонну извлекают из скважины, долото меняют на новое, затем колонну спускают обратно (см. рис. 16.21).

Сначала ведущую бурильную трубу приподнимают над буровым ротором. В воронке бурового ротора укрепляют плашки, после чего ведущую бурильную трубу отсоединяют от буровой колонны и помещают в отверстие в полу деррика, называемое шурф под квадрат. Верховой рабочий из буровой бригады забирается на маленькую платформу (площадку для верхового рабочего), расположенную в 90 фут, (27 м) над полом, рядом с верхом деррика. Затем бурильную трубу извлекают из скважины, развинчивают и укладывают в деррике. Обычно колонну разделяют на звенья по три трубы — трехтрубки, называемые свечами. В некоторых случаях свеча может также состоять из двух и четырех звеньев. Задача верхового рабочего — контролировать размещение свечей в пальцах на балконе буровой вышки, расположенном под верховой площадкой. Низ каждой свечи упирается в пол буровой установки. Затем заменяют буровое долото, и трубу опускают обратно в скважину. Процесс замены занимает некоторое время, и чем глубже скважина, тем больше.

Чтобы отвинтить долото, на буровой ротор помещают специальное приспособление (см. рис. 16.22), в котором долото закрепляют, после чего буровой ротор поворачивают и долото отвинчивают от буровой колонны.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна