Принцип работы буровой установки по добыче нефти

Принцип работы нефтяной буровой установки

Нефтяные буровые установки состоят из различных металлоконструкций, приспособлений и устройств. С помощью этой техники быстро находят нефть и налаживают ее добычу.

Места использования нефтяных буровых установок
Назначение установок
Виды и классификация нефтяных буровых установок
- По виду работ
- Способу бурения
- Типу привода
- Способу передвижения
Конструкция нефтяных буровых установок
- Исполнительные органы и системы
- Силовые системы и агрегаты
- Вспомогательные конструкции, механизмы и системы
- Органы управления
- Органы информирования
Виды оборудования для бурения
Электрогенераторы, буровые насосы
Технология добычи нефти
- Устройство скважин
Технология добычи
- Фонтанный
- Газлифтный
- Насосный
Использование нефтяных систем

Места использования нефтяных буровых установок

С их помощью бурят скважины на суше и в море. В первом случае чаще используют передвижные установки. Во втором случае их размещают на эстакадах, плавучих платформам или судах.

Назначение установок

Они предназначены для бурения скважин следующих типов:

Эксплуатационных. Позволяют добывать нефть и газ.
Нагнетательных. С их помощью закачивают в продуктивные слои воду, газ или обычный воздух. Благодаря этому удается поддерживать в них необходимое для извлечения сырья давление, тем самым увеличивается эффективность использования добывающих скважин.
Разведочных. Они позволяют находить месторождения и определять их контуры. При этом проводят испытания и оценивают запасы черного золота.
Специальных (опорных, параметрических, оценочных и контрольных). Позволяют специалистам изучить пластовое строение участка, определить изменение свойств продуктивного пласта, отслеживать давление, а также определить уровень выработки определенных участков. Также с их помощью нефтяники обеспечивают внутрипластовое горение, газифицируют нефть, сбрасывают сточные воды в нижние слои и т. д.
Структурно-поисковых. Позволяют определить расположение нефтегазоносных структур по верхним маркирующим горизонтам. При этом информацию удается получить с помощью неглубоких и недорогих скважин.

Виды и классификация нефтяных буровых установок

Это оборудование классифицируют следующим образом.

По виду работ

Они могут предназначаться для выполнения:

эксплуатационных работ;
разведочных работ;
технических скважин.

Способу бурения

В них применяются следующие технологии бурения:

вращательная;
вращательно-ударная;
ударно-вращательная;
вибрационная;
огнеструйная;
ударная;
разрядно-импульсная.

Типу привода

В них может использоваться следующий привод:

электрический;
электрогидравлический;
дизельный;
дизель-электрический;
дизель-гидравлический.

Способу передвижения

По способу передвижения они могут быть:

самоходными;
передвижными;
стационарными.

По ГОСТу 16293-89 они классифицируются так, как указано на нижней картинке.

Конструкция нефтяных буровых установок

Они состоят из следующих органов и систем.

Исполнительные органы и системы

Вышка — это основная несущая конструкция любой буровой установки. По конструкции она может быть:

Мачтовой (механическая рабочая часть размещается на двух опорах).
Башенной (в их конструкции используются четыре несущие опоры, которые равномерно передают нагрузку на грунт).
С двумя или четырьмя опорами.
А- или П-образной.

Башенные конструкции более габаритные, потому что они рассчитаны на глубинное бурение.

К исполнительному оборудованию также относят:

буровую лебедку;
СВП;
ротор;
талевую систему;
буровой насос.

Силовые системы и агрегаты

К ним относятся дизельные и электрические моторы, пневмо- и гидроприводы.

Вспомогательные конструкции, механизмы и системы

Сюда входят основания, укрытия, механизмы передвижения, приемный мост, вспомогательная лебедка, система водоснабжения, обогрева, звукоизоляции, осветительная и вентиляционная техника.

Органы управления

К ним относятся системы пневматического и электрического управления.

Органы информирования

Это комплекс приборов контроля за бурением.

Виды оборудования для бурения

К этому оборудованию относится вся техника, используемая в бурении и ремонте, а также вспомогательный инструмент.

Все это оборудование условно делится на 2 группы: технологическое и вспомогательное.

Небольшой группой являются вспомогательные инструменты. В основном они рассчитаны на обслуживание технологического оборудования, а также на укрепление стенок скважины.

К ним относятся:

хомуты;
вертлюги;
обсадные трубы;
шарнирные ключи.

Большой группой является — технологическое оборудование, к которому относятся разнообразные инструменты, используемые при бурении. Основным элементом любой буровой является долото, разрушающее породу и прокладывающее в земной коре скважину. Долота могут быть разных конструкции и диаметров.

По конструкции они делятся на 3 группы:

Лопастные.
Шарошечные.
Секторные.

Важным элементом долота являются лопатки, которые, как лезвие, разрезают грунт. По назначению они могут быть для грунта, песка, глины и скальной породы. Эти детали вместе с долотами считаются самыми быстроизнашиваемыми.

Следующим элементом этого оборудования являются штанги, с помощью которых соединяют долото с приводом. Они могут быть цельноковаными и сварными, но тоже предварительно откованными.

Расширители — позволяют расширять скважину до необходимых для протаскивания труб размеров. Они отличаются по типу грунта, в котором могут использоваться.

Вертлюги, адаптеры и трубные захваты — тоже технологические приспособления. Каждое из них предназначено для выполнения определенной работы.

Необходимо отметить и аварийное оборудование, позволяющее предупреждать и устранять аварийные ситуации. Оно рассчитано на извлечение буровых колонн и обсадных труб.

Электрогенераторы, буровые насосы

Электрогенератор — это тоже один из главных элементов буровой установки, потому что он позволяет обеспечить автономным электропитанием все электрооборудование. Для запуска он оснащается мощным аккумулятором. Благодаря электрогенератору удается практически все аварии устранять на месте работы.

Буровой насос — неотъемлемый элемент циркуляционной системы любой буровой. Он позволяет подавать в скважину буровой раствор и откачивать его обратно. Благодаря этому удается поднимать из недр земли выработанную породу, укреплять скважину и охлаждать долото.

Его изготавливают в различных вариантах. Наиболее используемыми считаются двух- и трехпоршневые устройства. Состоит такая конструкция из гидравлической и приводной части. В последней вращательный момент привода преобразуется в поступательное движение, которое передается поршням. В первой же части энергия, идущая от поршней, преобразуется в гидравлическую.

Технология добычи нефти

Нефть добывается несколькими способами, но для организации этого процесса требуется правильно обустроенная скважина.

Устройство скважин

Бурят скважины буровыми машинами на глубину до нескольких километров. При этом их делают:

вертикальными;
наклонными;
прямолинейно искривленными;
искривленными;
прямолинейно искривленными (с горизонтальным участком);
сложноискривленными.

Их поперечное сечение чаще всего круглое, ⌀ до 40 см.

Стенки скважин укрепляют высокопрочными металлическими обсадными трубами, при этом в пустоты между этими трубами и стенками скважины под давлением закачивают цементный раствор, которым разделяют пласты, а также хорошо защищают обсадную колонну от вод.

Технология добычи

Когда скважина полностью обустраивается, то на нее устанавливают оборудование для добычи.

Существуют три наиболее распространенных способа добычи нефти.

Фонтанный

Нефть или газ поднимается на поверхность земли по стволу скважины самостоятельно (под действием пластового давления).

простой;
минимальные затраты электричества;
простое управление откачкой;
длительный срок эксплуатации техники.

Для контроля над такой скважиной на нее устанавливают запорную арматуру, которая в процессе добычи позволяет управлять потоком сырья (контролировать его давление и консервировать скважины).

После окончания фонтанирования остатки нефти начинают качать газлифтным и насосным способами.

Газлифтный

Это способ применяют в том случае, если пластового давления не хватает для естественного извлечения сырья из недр. В этом случае для выталкивания нефти на поверхность в скважину компрессорами закачивают воздух или углеводородный газ. Данный способ бывает компрессорным и бескомпрессорным.

Первый мы уже рассмотрели, во втором же случае в пласт подают газ, уже находящийся под нужным давлением. Его берут с соседних месторождений.

Преимущества этого способа:

позволяет более эффективно разрабатывать месторождения (выкачивать из них больше нефти);
с его помощью можно вести добычу на сильно искривленных скважинах;
можно работать с очень загазованными и перегретыми пластами;
позволяет полностью контролировать рабочий процесс;
удается автоматизировать управление;
можно сразу эксплуатировать несколько пластов;
позволяет контролировать отложение парафина и солей.

Основными минусами газлифта считаются:

высокая цена оборудования;
небольшой КПД.

Из-за этого его используют чаще всего для подъема легкой нефти с большим содержанием попутного газа.

Насосный

Этот способ предусматривает подъем нефти с помощью насосов, опускаемых в скважины. Данным способом качают сырье с глубины до 2500 м. При этом один насос выкачивает за сутки из скважины до 500 м³ сырья.

По конструкции насосы бывают штанговыми и бесштанговыми. Последние являются погружными электрическими центробежными устройствами.

Штанговые устройства состоят из насосных труб и подвешенных в них плунжеров. При этом возвратно-поступательное движение плунжеров в них позволяет создать станок-качалка. На него передает крутящий момент электромотор с помощью многоступенчатого редуктора.

Из-за не слишком низкой надежности и производительности штанговые устройства сегодня заменяют электрическими центробежными погружными насосами (ЭЦН).

Использование нефтяных систем

Собираются системы для добычи нефти из модулей и агрегатов. Основой для рабочего оборудования являются металлические вышки с опорами.

Монтируют их поэтапно:

Подготавливают земельный участок для размещения системы, при этом проверяют всю технику на работоспособность.
Участок размечают и убирают с него все, для чего характерна повышенная огнеопасность.
Собирают опорную часть и крепят к ней вспомогательную установку.
Собирают оси, стол ротора и центр будущей скважины.
Устанавливают опорную вышку и вспомогательное оборудование. Монтаж выполняют подъемным краном.

Транспортировка буровой техники — сложная работа.

Расчета способа перевозки.
Выбора подходящего маршрута для перевозки с учетом всех имеющихся уклонов на местности и качества дороги.
Проверки и подготовки всех приспособлений, которыми будет фиксироваться перевозимая техника.
Погрузки.

Транспортируют буровую установку до месторождения с помощью полуприцепных механизмов, если это позволяют делать габариты агрегата.

Буровая установка

Буровая установка –один из видов нефтегазового оборудования.

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:

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

По функциональному назначению буровые установки делятся на:

установки для инженерно-геологических изысканий
установки для добычи воды, работ по водопонижению и геотермальному теплоснабжению, для различных гидрогеологических работ
установки для строительных работ (бурение под свайные и микросвайные основания, для установки анкеров)
установки для геологоразведочных работ
установки для сейсморазведочных работ
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:

Поддержание бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой.
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.

Размещение бурильных труб

Классификация буровых вышек

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

Как добывают нефть в море: как создаётся и работает морская нефтяная платформа

Морская добыча нефти, наряду с освоением сланцевых и трудноизвлекаемых углеводородных запасов, со временем вытеснит освоение традиционных месторождений «чёрного золота» на суше в силу истощения последних. В то же время, получение сырья на морских участках осуществляется преимущественно с применением дорогих и трудоёмких методов, при этом задействуются сложнейшие технические комплексы — нефтяные платформы

Специфика добычи нефти в море

Сокращение запасов традиционных нефтяных месторождений на суше заставило ведущие компании отрасли бросить свои силы на разработку богатых морских блоков. Пронедра писали ранее, что толчок к развитию данного сегмента добычи был дан в семидесятые годы, после того, как страны OPEC ввели нефтяное эмбарго.

По согласованным оценкам специалистов, предполагаемые геологические нефтяные запасы, располагающиеся в осадочных слоях морей и океанов, достигают 70% от совокупных мировых объёмов и могут составить сотни миллиардов тонн. Из этого объёма порядка 60% приходятся на шельфовые участки.

К настоящему времени из четырёх сотен нефтегазоносных бассейнов мира половина охватывает не только континенты на суше, но и простирается на шельфе. Сейчас разрабатываются порядка 350 месторождений в разных зонах Мирового океана. Все они размещаются в пределах шельфовых районов, а добыча производится, как правило, на глубине до 200 метров.

На актуальном этапе развития технологий добыча нефти на морских участках сопряжена с большими затратами и техническими сложностями, а также с рядом внешних неблагоприятных факторов. Препятствиями для эффективной работы на море зачастую служат высокий показатель сейсмичности, айсберги, ледовые поля, цунами, ураганы и смерчи, мерзлота, сильные течения и большие глубины.

Бурному развитию нефтедобычи на море также препятствует дороговизна оборудования и работ по обустройству месторождений. Размер эксплуатационных расходов увеличивается по мере наращивания глубины добычи, твёрдости и толщины породы, а также удалённости промысла от побережья и усложнения рельефа дна между зоной извлечения и берегом, где прокладываются трубопроводы. Серьёзные затраты связаны и с выполнением мероприятий по предотвращению утечек нефти.

Стоимость одной только буровой платформы, предназначенной для работы на глубинах до 45 метров, составляет $2 млн. Техника, которая рассчитана на глубину до 320 метров, может стоить уже $30 млн. В среднем устройство среднего эксплуатационного основания для добычи на большой глубине в Мексиканском заливе обходится в $113 млн.

Отгрузка добытой нефти на танкер

Эксплуатация буровой платформы передвижного типа на пятнадцатиметровой глубине оценивается в $16 тыс. в сутки, 40 метров — $21 тыс., самоходной платформы при использовании на глубинах 30–180 метров — в $1,5–7 млн. Затратность разработки месторождений в море делают их рентабельными лишь в случаях, когда речь идёт о крупных запасах нефти.

Следует учитывать и то, что расходы на добычу нефти в разных регионах будут различными. Работы, связанные с открытием месторождения в Персидском заливе, оцениваются в $4 млн, в морях Индонезии — $5 млн, а в Северном море расценки вырастают до $11 млн. Дорого обойдётся оператору и лицензия на разработку морского месторождения — заплатить придётся в два раза больше, чем за разрешение на освоение сухопутного участка.

Типы и устройство нефтяных платформ

При добыче нефти из месторождений Мирового океана компании-операторы, как правило, используют специальные морские платформы. Последние представляют собой инженерные комплексы, с помощью которых осуществляется как бурение, так и непосредственно извлечение углеводородного сырья из-под морского дна. Первая нефтяная платформа, которая использовалась в прибрежных водах, была запущена в американском штате Луизиана в 1938 году. Первая же в мире непосредственно морская платформа под названием «Нефтяные Камни» была введена в эксплуатацию в 1949 году на азербайджанском Каспии.

Основные виды платформ:

стационарные;
свободно закреплённые;
полупогружные (разведочные, буровые и добывающие);
самоподъёмные буровые;
с растянутыми опорами;
плавучие нефтехранилища.

Плавучая буровая установка с выдвижными опорами «Арктическая»

Разные типы платформ могут встречаться как в чистом, так и в комбинированном видах. Выбор того или иного типа платформы связан с конкретными задачами и условиями освоения месторождений. Использование разных видов платформ в процессе применения основных технологий морской добычи мы рассмотрим ниже.

Конструктивно нефтяная платформа состоит из четырёх элементов — корпуса, системы якорей, палубы и буровой вышки. Корпус — это понтон треугольной или четырёхугольной формы, установленный на шести колоннах. Сооружение удерживается на плаву за счёт того, что понтон наполняется воздухом. На палубе размещаются бурильные трубы, подъёмные краны и вертолётная площадка. Непосредственно вышка опускает бур к морскому дну и поднимает его по мере необходимости.

1 — буровая вышка; 2 — вертолётная площадка; 3 — якорная система; 4 — корпус; 5 — палуба

Комплекс удерживается на месте якорной системой, включающей девять лебёдок по бортам платформы и стальные тросы. Вес каждого якоря достигает 13 тонн. Современные платформы стабилизируются в заданной точке не только при помощи якорей и свай, но и передовых технологий, включая системы позиционирования. Платформа может быть заякоренной в одном и том же месте несколько лет, вне зависимости от погодных условий в море.

Бур, работа которого контролируется при помощи подводных роботов, собирается по секциям. Длина одной секции, состоящей из стальных труб, составляет 28 метров. Выпускаются буры с достаточно широкими возможностями. К примеру, бур платформы EVA-4000 может включает до трёх сотен секций, что даёт возможность углубиться на 9,5 километра.

Буровая нефтяной платформы

Строительство буровых платформ осуществляется путём доставки в зону добычи и затопления основания конструкции. Уже на полученном «фундаменте» и надстраиваются остальные компоненты. Первые нефтяные платформы создавались путём сварки из профилей и труб решетчатых башен в форме усечённой пирамиды, которые намертво прибивались к морскому дну сваями. На такие конструкции и устанавливалось буровое оборудование.

Строительство нефтяной платформы «Тролль»

Необходимость разработки месторождений в северных широтах, где требуется ледостойкость платформ, привела к тому, что инженеры пришли к проекту строительства кессонных оснований, которые фактические представляли собой искусственные острова. Кессон заполняется балластом, обычно — песком. Своим весом основание прижимается к дну моря.

Стационарная платформа «Приразломная» с кессонным основанием

Постепенное увеличение размеров платформ привело к необходимости пересмотра их конструкции, потому разработчики из Kerr-McGee (США) создали проект плавучего объекта с формой навигационной вехи. Конструкция представляет собой цилиндр, в нижней части которого размещается балласт. Днище цилиндра прикрепляется к донным анкерам. Такое решение позволило строить относительно надёжные платформы поистине циклопических размеров, предназначенные для работ на сверхбольших глубинах.

Плавучая полупогружная буровая установка «Полярная звезда»

Впрочем, следует отметить, что большого отличия непосредственно в процедурах извлечения и отгрузки нефти между морскими и сухопутными буровыми нет. К примеру, основные компоненты платформы стационарного типа на море идентичны элементам буровой вышки на суше.

Морские буровые характеризуются в первую очередь автономностью работы. Для достижения такого качества установки оснащаются мощными электрогенераторами и опреснителями воды. Пополнение запасов платформ осуществляется при помощи судов обслуживания. Кроме того, морской транспорт задействуется и с целью перемещения конструкций к точкам работы, в спасательных и противопожарных мероприятиях. Естественно, транспортировка полученного сырья производится при помощи трубопроводов, танкеров или плавающих хранилищ.

Технология морской добычи

На современном этапе развития отрасли при небольших расстояниях от места добычи до побережья бурятся наклонные скважины. При этом иногда применяется передовая разработка — управление дистанционного типа процессами бурения горизонтальной скважины, что обеспечивает высокую точность контроля и позволяет отдавать команды буровому оборудованию на расстоянии в несколько километров.

Глубины на морской границе шельфа как правило составляют порядка двухсот метров, однако иногда доходят до полукилометра. В зависимости от глубин и удалённости от побережья при бурении и извлечении нефти применяются разные технологии. На мелководных участках сооружаются укреплённые основания, своеобразные искусственные острова. Они и служат основой для установки бурильного оборудования. В ряде случае компании-операторы окантовывают дамбами участок работы, после чего из полученного котлована откачивается вода.

Если расстояние до берега составляет сотни километров, то в этом случае принимается решение о строительстве нефтяной платформы. Стационарные платформы, наиболее простые в конструкции, возможно использовать только на глубинах в несколько десятков метров, мелководье вполне позволяет закрепить конструкцию с помощью бетонных блоков или свай.

Стационарная платформа ЛСП-1

При глубинах порядка 80 метров применяются плавучие платформы с опорами. Компании на более глубоких участках (до 200 метров), где закрепление платформы проблематично, применяют полупогружные буровые установки. Удержание таких комплексов на месте осуществляется при помощи системы позиционирования, состоящей из подводных двигательных систем и якорей. Если речь идёт о сверхбольших глубинах, то в этом случае задействуются буровые суда.

Буровое судно Maersk Valiant

Скважины обустраиваются как одиночным, так и кустовым методами. В последнее время начали использоваться передвижные основания для бурения. Непосредственно бурение в море производится с использованием райзеров — колонн из труб большого диаметра, которые опускаются до дна. После завершения бурения на дне устанавливаются многотонный превентор (противовыбросная система) и устьевая арматура, что позволяет избежать утечки нефти из новой скважины. Также запускается оборудование для контроля состояния скважины. Закачивание нефти на поверхность после начала добычи осуществляется по гибким трубопроводам.

Применение разных систем добычи в море: 1 — наклонные скважины; 2 — стационарные платформы; 3 — плавучие платформы с опорами; 4 — полупогружные платформы; 5 — буровые суда

Сложность и высокотехнологичность процессов освоения морских участков очевидна, даже если не вдаваться в технические детали. Целесообразно ли развитие данного сегмента добычи, учитывая немалые сопутствующие сложности? Ответ однозначен — да. Несмотря на препятствия в освоении морских блоков и большие расходы в сравнении с работой на суше, всё же нефть, добытая в водах Мирового океана, востребована в условиях непрекращающегося превышения спроса над предложением.

Напомним, Россия и азиатские страны планируют активно наращивать мощности, задействованные в морской добыче. Такую позицию можно смело считать практичной — по мере истощения запасов «чёрного золота» на суше, работа на море станет одним из основных способов получения нефтяного сырья. Даже принимая во внимание технологические проблемы, затратность и трудоёмкость добычи на море, нефть, извлечённая таким образом, не только стала конкурентоспособной, но уже давно и прочно заняла свою нишу на отраслевом рынке.

Принцип работы нефтяной буровой установки

Нефтяная буровая установка представляет собой комплекс специализированного оборудования для бурения нефтегазовых скважин. Устанавливается непосредственно на месте бурения, с помощью нее операции выполняются самостоятельно, поскольку все механизмы автоматизированы. Буровое оборудование позволяет добывать нефть при любых погодных условиях.

Места использования нефтяных буровых установок

Нефтяные буровые установки применяют в нескольких случаях.

При получении скважин небольшого размера, в основном до 25 м, предназначенных для сейсморазведки, часто их бурят на месте, где уже определено наличие нефти, они необходимы для оценки количества добываемого материала и составления плана работ на местности.

Для бурения добывающих скважин, глубина их составляет до 6000 м, применяются для получения газа, нефти и других видов твердых полезных ископаемых;

Для получения скважин оценки, с помощью них специалисты составляют прогнозы и анализ движения нефтяных плит на исследуемой территории, а также определяют приблизительное количество полезных ископаемых.

Для рытья скважин контроля – происходит слежение за давлением в местах проведения работ.

Для проделывания наблюдательных отверстий, они позволяют отследить количество добытого материала и его остатки. Таким способом можно оценить контакт нефти и газа с водой.

Нефтяные буровые установки также используются для ремонта нефтегазовых скважин, и получения скважин на воду.

Назначение установок

Нефтяные системы предназначены для бурения скважин, отличающихся не только размерами, но и

назначением. Именно такие различия и определяют цели бурения:

Инженерно-геологические изыскания (используют для изучения местности, состава геологических плит).
Гидрогеологическое бурение (необходимо для добычи воды, а также понижения ее уровня на определенном участке).
Установки незаменимы для проведения геотермального теплоснабжения.
Строительные работы (проведения строительных мероприятий, обустройство свайных и микросвайных оснований, размещение анкеров).
Геологоразведочные мероприятия (изучение геологического строения местности, составление прогноза и проведение анализа дальнейшего ее поведения).
Прогнозирование сейсморазведочных работ.
Установка опор для ЛЭП.

Буровое оборудование имеет широкое распространение, что означает различные конструктивные особенности каждого типа. К тому же определенный тип машины может работать только при определенных климатических условиях.

Виды и классификация нефтяных буровых установок

Различают несколько типов классификаций нефтяных комплексов, в основе которых определен важный критерий установки.

Конструкция

По конструкционным особенностям машины различаются между собой. Это объясняется тем, что определенный тип машины применяется только для узкого вида работ. По конструкции оборудование бывает:

Мачтовые (механическая часть располагается на двух опорах).
Башенные (имеет 4 механизма опоры, нагрузка на каждый из них распределяется равномерно).

Как правило, башенные агрегаты отличаются большими размерами, а также высокой производительностью работ.

Способ перемещения

Буровое оборудование имеет различия и по способу перемещения. Эти особенности очень важны для работ на разных типах местности. Буровые агрегаты по критерию перемещения делят:

передвижные;
стационарные.

Передвижные нефтяные буровые установки незаменимы при разведывательных мероприятиях, а также изучения состава местности. С помощью них специалисты берут пробы на проведение различных исследований. Стационарные же модели необходимы для добычи материала.

Место размещения

Добыча полезных ископаемых может проводиться на любой местности, независимо от того, твердая это поверхность или водоем. Основываясь на данные критерии, буровые установки разделяют на:

наземные;
морские (фиксация осуществляется на дно).

Нефтяные месторождения могут располагаться в любом месте, к тому же ее количество не зависит от того, находится она на твердой поверхности или в воде. Поэтому машины могут выкачивать нефть при любых условиях.

Способ бурения

Чтобы пробурить скважины, используют различные типы бурения. В зависимости от этого нефтяные установки разделяются:

Вращательное бурение (работы осуществляются за счет вращательного движения специального конструктивного элемента машины).
Вращательно-ударное бурение (для получения скважины используется определенная сила удара, после чего элемент установки начинает вращательное движение).
Ударное (бурение проводится за счет удара элемента о поверхность местности).
Бурение вибрацией.
Огнеструйное бурение.

В последнее время разработан новый вид бурового оборудования, с помощью которого образование скважины происходит за счет разрядно-импульсного бурения.

К тому же нефтяные вышки могут работать от электрического, электрогидравлического или дизельного привода.

Конструкция нефтяных буровых установок

Нефтяная буровая установка включает в своей конструкции несколько систем.

Энергетическая

Двигатель перерабатывает топливо в необходимый вид энергии, с помощью которой происходит питание генератора электрического типа. Он в свою же очередь осуществляет поток электроэнергии остальным механизмам и агрегатам машины.

Механическая

В этой части расположено подъемное устройство, которое перемещает тяжелые элементы. К тому же в этой части нефтяной буровой конструкции расположен ствол ротора.

Вспомогательная

Система включает в себя дополнительное оборудование, с помощью которого имеется свет, вентиляционные элементы, а также может осуществляться движение агрегата.

Информационная

Осуществление строгого контроля над работой всех типов агрегатов и механизмов. При наличии неполадки срабатывает оповестительный сигнал.

Циркуляционная

С помощью данного типа системы происходит продвижение химического раствора в бурильную колонну. Под определенным давлением он перемещается по всем трубам и попадает в ствол ротора.

Помимо систем, из которых состоят нефтяные комплексы, выделяют рабочие органы устройства:

Буровая вышка (поддерживает бурильную машину во время проведения работ на местности, осуществляет спуск и подъем необходимого оборудования).
Высокотехнологичные насосы (осуществляют закачку в систему химического раствора).
Система трубопроводов (происходит соединение механизмов и агрегатов между собой).
Ротор (осуществление движение бура при проведении работ, а также поддержание равновесия оборудования).
Бур (агрегат, с помощью которого происходит разрушение пород местности, где проводятся работы).
Лебедки (подают инструмент на забой, обеспечивают вращение ротора).

К тому же в агрегате находятся такие элементы, как превенторы, которые обеспечивают герметичное фиксирование клапанов труб.

Составляющей любой нефтяной системы являются буровые лафеты. Представляют собой навесное оборудование, которое размещают на гидравлических экскаваторах. Состоит из ходового механизма с гусеничным двигателем, имеется механизм для тяги вперед и бурового функционирования. Лафеты применяют для укрепления грунта, при работе с пневмоударником, а также для бурения скважин под сваи.

Использование нефтяных систем

Устанавливают системы для получения нефти блоками или агрегатами. В качестве монтажной основы применяются облегченные опоры. Эксплуатация осуществляется в несколько этапов:

Подготовка участка, где будет находиться данная система, проверка всего оборудования на исправность и целостность.
На местности проводят разметку, а также убирают все устройства, которые характеризуются высокой степенью пожароопасности.
В первую очередь собирается опорная часть, состоящая из лебедки и ротора, к ним уже при помощи специальных болтов прикрепляют хозяйственную и вспомогательную установку.
После этого осуществляется сборка осей, стола ротора и будущего центра скважины.

Заключительным этапом проводится сборка вышки и дополнительного к ней оборудования. Все работы ведутся с помощью машинного крана.

Доставка машины для бурения считается довольно сложным процессом, который включает в себя:

Расчет, согласно ему решается вопрос о методе транспортировки.
Определение маршрута, в этом случае учитываются все уклоны местности, а также качество дороги.
Проверка и подготовка оборудования, с помощью которого будет крепиться агрегат к транспортировочному оборудованию.
Погрузка.

Доставка буровой установки может осуществляться полуприцепным механизмом, если позволяют размеры агрегата.

Видео по теме: О самоподъемной буровой установке «Тамдао 05»

Состав комплекса буровой установки для бурения нефтяных скважин: разъясняем по полочкам

Характеристики буровых установок

Назначение буровой установки
Грузоподъёмность/глубина бурения
Тип привода
Способ бурения
Тип шасси (для самоходных установок)
Крутящий момент (кНм)

БУРОВЫЕ НАСОСЫ

Основной элемент бурового насоса представляет собой поршень, совершающий возвратно-поступательные перемещения в цилиндре и создающий давление для движения объема жидкости. Буровые насосы обычно используют для обеспечения циркуляции большого количества бурового раствора (19— 44 л/с) по бурильным трубам через насадки на долоте и обратно на поверхность. Следовательно, насос должен создавать давление, достаточное для преодоления значительных сил сопротивления, и перемещать буровой раствор.

Применяют насосы двух типов:

двухцилиндровые насосы (дуплекс-насосы), включающие в себя два поршня двойного действия (в этом типе насоса поршень создает давление одновременно при поступательном и обратном ходе);

трехцилиндровые насосы, в состав которых входят поршни одинарного действия (в этом типе насоса поршень создает давление только при поступательном ходе).

Регулировать объем и давление можно, изменяя внутренний диаметр цилиндра (путем использования цилиндровых втулок разных диаметров) или размеры поршня.

Применение буровых установок

Бурение неглубоких (до 25 метров) скважин небольшого диаметра (76—219 мм) при сейсморазведке и инженерных изысканиях.
Бурение скважин средней глубины (до 600 м) — структурных и поисковых скважин на твёрдые полезные ископаемые.
Бурение глубоких (до 6000 м) разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.
Капитальный ремонт и испытания скважин на нефть и газ.
Бурение скважин на воду.
Бурение неглубоких (до 32 м) скважин большого диаметра (до 1,5 м) для строительства буронабивных свай (свайные фундаменты).
Бурение взрывных скважин на открытых горных выработках и в шахтах.
Сверхглубокое бурение (до 15 000 м) разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ. (В России первая сверхглубокая скважина была пробурена глубиной 12 262 метров на Кольском полуострове).

Конструкция типовой А-образной буровой установки для бурения скважин на нефть и газ

Для того, чтобы перемещать вычешно-лебедочный блок со всем оборудованием и бурильными трубами в пределах куста, все установки кустового бурения оборудуются специальным механизмом, который двигает всю эту махину по рельсам. Тот же механизм отвечает за горизонтальное выравнивание собственно в процессе самого бурения.

Что касается выбора класса буровой установки, при разработке газового или нефтяного месторождения, то тут основными показателями являются сама конструкция скважины и глубина бурения по проекту.

Буровые вышки делятся на два типа: башенные и А-образные. Для прямого, визуального контроля за процессом бурения в середине любой вышки устанавливается специальный балкон. В нем дежурит один из помощников бурильщика. Кронблок монтируется на верхней площадке вышки, соединяясь талевым канатом с талевым блоком.

Современные А-образные вышки оснащаются АСП механизмом (Автомат Спуска Подъема труб). А основания вышки могут быть разными, но к ним предъявляются несколько важных требований: прочность/устойчивость, надежность при многократных транспортировках, монтажепригодность.

Основным механизмом любой буровой установки для бурения скважин на нефть и газ является буровая лебедка. Она занимается подъемом и спуском бурильных и обсадных труб и передачей вращения ротору. Место монтажа самого ротора это центр буровой площадки. Ротор передает вращение бурильной колонне при роторном типе бурения. Так же ротор удерживает на весу всю колонну бурильных и обсадных труб. А с помощью карданной передачи или с какого либо другого индивидуального привода уже ротор приводится в движение через ту самую буровую лебедку.

Буровой раствор, под большим давлением, подается в бурильную колонну с помощью вертлюга. Его подвешивают на прочный крюк и соединяют с гибким буровым рукавом, который в свою очередь подсоединен к стояку. Вообще вертлюг можно назвать промежуточным звеном между этим самым буровым рукавом, талевым блоком и буровой колонной.