Принцип работы нефтяной буровой установки

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

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:

1. Эксплуатационных. Позволяют добывать нефть и газ.
2. 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.
3. Разведочных. Они позволяют находить месторождения и определять их контуры. При этом проводят испытания и оценивают запасы черного золота.
4. 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.
5. 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:

1. Мачтовой (механическая рабочая часть размещается на двух опорах).
2. Башенной (в их конструкции используются четыре несущие опоры, которые равномерно передают нагрузку на грунт).
3. С двумя или четырьмя опорами.
4. 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:

1. Лопастные.
2. Шарошечные.
3. 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:

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

Транспортировка буровой техники — сложная работа.

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

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

Автоматизированные гидравлические буровые установки компании Drillmec (Италия) – установки нового поколения

Разработанные и выпускаемые компанией Drillmec автоматизированные буровые установки гидравлического типа являются революционным, принципиально новым образцом оборудования – на сегодня это наиболее новаторское предложение для нефтегазовой промышленности.

Today’s on land drilling activity for oil and gas exploration and production requires dramatic Improvements of Its safety standards and environmental Impact, as well as fast moving and enhanced performance.

Повышение уровня безопасности

В настоящее время к наземным буровым установкам, применяемым для разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ, предъявляются высокие требования по безопасности эксплуатации и снижению влияния на окружающую среду, а также по монтажеспособности и мобильности, улучшению эксплуатационных параметров. Цель этих требований — достижение общего снижения стоимости разведки и добычи углеводородов и улучшение условий работы.

Конструкции и технологии наземных буровых установок долгое время оставались консервативными и традиционными, в то время как скважинные оборудование и инструмент, технологии бурения претерпели значительные изменения. Это и потребовало применения инновационных подходов к проектированию буровых установок и их узлов. Инновационные подходы необходимы, прежде всего, для удовлетворения новых сложных требований отрасли, нуждающейся в повышении безопасности работ, улучшении производственных показателей и достижении конкурентных стоимостных показателей. За последние годы в разработке наземных буровых установок применяется много новых технологий, в том числе технологии морского бурения. Мировой опыт применения буровых установок показывает, что эффективность их работы напрямую зависит от использования средств автоматизации, особенно в таких повторяющихся операциях, как спуско-подъемные операции бурильных труб. Автоматизация не только позволяет уменьшить количество персонала буровой бригады, но и, как следствие, повышает уровень безопасности работ на буровой площадке.

Новая концепция буровых установок

Буровые установки уникальной конструкции имеют форму, значительно отличающуюся от традиционных буровых установок (рис. 1). Целью создания такой конструкции были увеличение уровня безопасности работы буровой бригады и улучшение технико-экономических показателей бурения. В конструкции буровой установки HH используется различное гидравлическое оборудование для максимальной автоматизации процесса бурения. Управление всеми функциями буровой установки производится из кабины бурильщика.

Буровые установки серии НН выпускаются с номинальной статической грузоподъемностью на крюке от 70 до 350 тонн, что дает возможность бурить скважины глубиной до 5000 м в зависимости от конструкции и профиля скважины. Поэтому буровые установки этого дизайна потенциально могут быть широко востребованы, поскольку 90% бурящихся сегодня на суше в мире нефтяных, газовых и геотермальных скважин находятся в пределах технических возможностей этой серии.

Разработана и находится в производстве самая большая буровая установка серии HH, предназначенная для работы в условиях Саудовской Аравии, грузоподъемностью на крюке – 600 тонн.

Буровые установки серии HH интегрированы с базой трейлера, на котором они и транспортируются как одно целое. Данные установки самоподъемные – с помощью гидравлических цилиндров они выдвигаются в рабочее положение на требуемую высоту.

Автоматизация рабочих операций

Буровые установки серии НН отличает от других самоподъемная гидравлическая телескопическая мачта, в которую интегрированы мощный гидроцилиндр и система верхнего гидропривода. Мачта буровой установки серии НН имеет иную конструкцию, чем мачта традиционной буровой установки. На данной буровой установке нет буровой лебедки и талевой системы, нет балкона верхового рабочего и, соответственно, не требуется верховой рабочий. Все это заменено мощным гидроцилиндром, который является основным грузоподъемным элементом буровой установки. Самоустанавливающаяся мачта уменьшенной высоты. После подъема базы буровой установки на требуемую высоту подроторного основания мачта поднимается в вертикальное положение двумя гидравлическими цилиндрами. Так же устанавливается в рабочее положение и верхний привод.

Верхний привод оборудован динамометрическим ключом; может двигаться горизонтально, что позволяет ему перемещать трубы из шурфа для «однотрубки» к центру скважины, и наоборот. Кроме того, буровая установка оборудована автоматическим трубным манипулятором, который поворачивается внутри уникальных вертикальных стеллажей-магазинов для бурильных труб, радиально расположенных вокруг буровой площадки. Эти вертикальные стеллажи состоят из определенного количества мобильных магазинов. Количество магазинов зависит от размера и типа буровой установки.

Захваты трубного манипулятора установлены на вертикальной вращающейся башенной опоре и оснащены двумя зажимами каждый. Этими зажимами манипулятор захватывает бурильную трубу из любого магазина и перемещает ее в шурф для наращивания, или наоборот, в зависимости от предварительно электронно-заданной последовательности.

Система функционирует автоматически в последовательности, управляемой программируемым логическим контроллером (ПЛК), при этом у оператора-бурильщика сохранена возможность управления всеми системами буровой со своего пульта управления в кабине (рис. 4). В комплект поставки буровых установок серии НН входит также гидравлический силовой трубный ключ с автоматическими захватами.

Система вертикальных стеллажей-магазинов для труб устанавливается на полукруглой решетке вокруг буровой площадки, что позволяет быстро монтировать и демонтировать буровую установку. Кроме того, магазины для труб транспортируются и перегружаются, будучи полностью заполненными трубами (обычно по 16 труб на магазин), что значительно экономит время и снижает риски, связанные с погрузкой и разгрузкой труб.

Трубы можно легко заменять, поменяв магазины, уже заполненные другими трубами, не прерывая при этом процесса бурения. Буровые установки серии НН предназначены для работы с бурильными трубами стандартного типоразмера диапазона длины R III (∼ 12,5 м), однако трубы длиной ∼ 9,5 м также могут применяться без каких-либо изменений и регулировки оборудования.

Другим важным элементом, позволяющим эксплуатировать буровые установки серии НН в автоматическом режиме, является гидравлический силовой трубный ключ, который размещается позади закрепленной части основания мачты, регулируется по высоте, управляется с пульта бурильщика, вращается вперед и назад относительно центра скважины для свинчивания и развинчивания трубных соединений без применения ручного труда.

Только буровые установки серии НН обладают уникальной способностью создавать дополнительное вертикальное усилие на бурильный инструмент (долото), что является огромным преимуществом во многих критических ситуациях. Величина создаваемой нагрузки – от 20 до 40 тонн, в зависимости от типа буровой установки.

Как показала мировая практика, буровые установки серии HH особенно применимы и экономически эффективны при бурении наклонно-направленных скважин с большими зенитными углами и горизонтальных скважин.

Габаритные размеры и весовые характеристики буровых установок серии НН значительно меньше эквивалентных по мощности и грузоподъемности традиционных буровых установок (рис. 3, рис. 5). Все главные модули буровой установки НН значительно меньше по массе, чем аналогичные традиционные, и для быстрой транспортировки монтируются на полуприцепах.

Параметры бурения можно регулировать гидравлическим верхним приводом в процессе работы. Верхний привод обеспечивает автоматическое бурение с постоянной нагрузкой на долото или с постоянной скоростью вращения, выбранными оператором-бурильщиком со своего пульта управления. Также можно установить максимальное достигаемое значение нагрузки на крюке (на мачту).

Эти конструктивные особенности буровых установок НН в сочетании с возможностью обратной проработки ствола скважины снизу вверх во время подъема бурильного инструмента снижают риски прихватов бурильных труб.

Точность и бесперебойность операций

Каждая повторяющаяся операция становится бесперебойной, предсказуемой и более быстрой, в основном, потому, что она не обусловлена поведением человека. Спуско-подъемные операции производятся почти полностью автоматически, вне зависимости от ручного труда и независимо от времени суток и погодных условий. На рис. 5 показана бесперебойность спускоподъемных операций. В среднем производится 50 свинчиваний/развинчиваний в час. Так как обычно используются бурильные трубы диапазона длины R III (супероднотрубки), то скорость СПО составляет в пределах ∼ 600 м/ч, что является очень конкурентным показателем по сравнению со скоростью СПО любой традиционной буровой установки, на которой используются сдвоенные бурильные трубы-свечи. Затраты времени на наращивание труб в процессе бурения также очень незначительны, что положительно влияет на общее время бурения.

Более того, работа, основанная на гидравлическом давлении главного цилиндра, позволяет точно управлять нагрузкой на долоте – с помощью системы «тонкой настройки» можно запрограммировать желаемую нагрузку, поддерживая ее постоянной на протяжении всего времени бурения данного интервала. Следовательно, любые изменения в скорости проходки будут зависеть только от изменений характеристик разбуриваемых пород. Такие изменения в скорости проходки дают ценные указания для бурильщика или геолога. Технические возможности буровых установок НН, и особенно возможность управления нагрузкой на долото, обеспечивают наиболее точное, легкое и скоростное бурение в любых условиях (рис. 8).

И последнее, но не менее важное. Важно подчеркнуть, что более безопасная и менее трудоемкая работа на новых автоматизированных буровых установках с использованием передовых технологий привлечет в отрасль молодых высокообразованных, легко обучаемых инженеров, в которых остро нуждается нефтегазовая промышленность. Это поможет решить вопрос дефицита квалифицированного персонала в глубоком бурении.

Минимизация аварийности и травматизма на буровых установках НН серии

Большинство несчастных случаев на буровых установках происходят на буровом полу. Часты повреждения рук и пальцев в результате зажатия между подвешенной трубой и трубой, находящейся в клиньях ротора, удары и затаскивания рук вращающимися колоннами, раздробление рук трубным ключом, лебедкой или цепью.

Такие несчастные случаи происходят с людьми, работающими вблизи движущихся механизмов и подвергающихся опасности столкновения с ними. Подобное часто случается при спуско-подъемных операциях на традиционных буровых установках, где много людей выполняют тяжелую ручную работу в довольно ограниченной зоне бурового пола. На буровых установках серии НН, обслуживаемых меньшим числом рабочих, где большинство операций выполняются автоматически или с дистанционным управлением, возможность несчастных случаев значительно ниже. А вероятность быть травмированным падающими предметами практически исключена, так как здесь нет человеческого присутствия вверху, над буровым полом, а подъемные операции производятся посредством телескопического движения гидравлической мачты вместо буровой лебедки и талевых канатов, как на традиционных буровых установках.

Минимальное число происшествий на действующих буровых установках НН свидетельствует о том, что они обеспечивают буровым бригадам самый высокий уровень безопасности.

Автоматизация рабочих операций, централизованное управление и уменьшенная численность персонала буровой бригады обеспечивают простоту и наибольшую эффективность технического обслуживания и эксплуатации буровой установки, – это залог большей производительности и меньшей стоимости работ.

Более комфортные и менее утомительные условия работы стимулируют персонал более продуктивно выполнять свои обязанности.

Выводы

Уникальная конструкция буровых установок серии НН, направленная на обеспечение безопасности их эксплуатации, достигаемая в основном за счет автоматизации большого числа компонентов, может быть в дальнейшем усовершенствована с целью достижения полной автоматизации буровых установок и сведения к нулю травматизма и аварийности в бурении.

Сегодня уже больше сотни автоматизированных буровых установок серии НН успешно работают на различных нефтегазовых месторождениях по всему миру (Аргентина, Австралия, Венесуэла, Бразилия, Колумбия, Перу, Конго, Египет, Ливия, Саудовская Аравия, Индия, Китай, Исландия, Италия, Германия, Нидерланды, Румыния, Великобритания, США, Украина и др.), подтверждая безупречность данной технологии выдающимися результатами, такими как: безаварийные условия труда, снижение стоимости бурения и затрат на логистику, повышение скоростей бурения, более точное управление параметрами бурения, уменьшение воздействия на окружающую среду.

Разработанные и выпускаемые компанией Drillmec автоматические буровые установки гидравлического типа являются революционным, принципиально новым образцом оборудования – на сегодня это наиболее новаторское предложение для нефтегазовой промышленности.

В «Газпром нефти» внедряют цифровые буровые установки

Повышение эффективности бурения — это одно из важнейших условий сохранения конкурентоспособности на современном нефтяном рынке. Только так можно оптимизировать затраты на разработку трудноизвлекаемых запасов и повысить рентабельность строительства высокотехнологичных скважин. И здесь не обойтись без новых технологий. Еще в 2017 году «Газпром нефть» инициировала проект «Цифровая буровая», нацеленный на повышение производительности буровых станков за счет автоматизации и применения различных цифровых технологий. Сегодня в компании подводят итоги первой фазы опытно-промышленных испытаний: в условиях рыночной нестабильности 2020 года такие буровые оказались как нельзя кстати

Еще не так давно большинство нефтяных скважин имели достаточно простую конструкцию, а для их строительства вполне хватало обычной буровой установки. Но с ухудшением качества запасов количество высокотехнологичных скважин — горизонтальных, многоствольных — постоянно растет. Это общемировой тренд. В «Газпром нефти» таких скважин уже порядка 80%. Сложные скважины гораздо дороже обычных наклонно-направленных, и ошибки при их строительстве обходятся недешево. А потому вполне ожидаемо, что на рынке нефтесервисных услуг должны появиться «умные» буровые, то есть максимально автоматизированные и работающие под присмотром не только человека, но и компьютера. Пока в России таких предложений немного, но они появляются, в том числе благодаря активной позиции самих нефтяников.

В 2017 году «Газпром нефть» инициировала проект по модернизации классической буровой установки в партнерстве с нефтесервисной компанией «НСХ АЗИЯ ДРИЛЛИНГ». Сегодня рабочая группа объединяет специалистов офиса операционной поддержки бизнеса (ООПБ) «Газпромнефть-Нефтесервиса», «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаза», «Научно-Технического Центра» и «Славнефть-Мегионнефтегаза». Задача, которая стояла перед партнерами, — отобрать несколько технологий, максимально влияющих на производительность классической буровой установки. Поиск шел по двум направлениям: непосредственное повышение эффективности технологического процесса бурения скважины и улучшение уровня производственной безопасности.

Из общего пула технологий были выбраны шесть, которые показали максимальный синергетический эффект от применения. Они и вошли в портфель проекта. В феврале 2019 года на активах «Газпромнефть-Ноябрьскнефтегаза» стартовали опытно-промышленные работы по строительству шести скважин с помощью «Цифровой буровой». Уже к пятой скважине удалось выйти на целевые ориентиры повышения эффективности. В итоге срок строительства скважины был сокращен на шесть суток от принятых показателей без удорожания стоимости.

Быстро значит дешево

На стоимость скважины влияет целый ряд факторов, среди которых основные — это скорость проходки и длина скважины, а значит, точность траектории. Для их оптимизации были выбраны три технологических продукта — программно-аппаратных комплекса, которые контролируют параметры бурения, автоматизируют подачу нагрузки на долото и регулируют траекторию бурения. Комплексы позволяют проводить операции без участия человека, основываясь на заданных алгоритмах и данных с датчиков на буровом оборудовании. Благодаря этому увеличивается скорость метражных операций (то есть непосредственно способствующих проходке скважины) и ресурс долот. В свою очередь, предусмотрено решение и для безметражных операций, таких как свинчивание бурильных труб, — это автоматизированный гидравлический ключ. Использование ключа в опытно-промышленных испытаниях позволило снизить время свинчивания на 3,7%. Роботизация процесса также уменьшает износ муфт и резьбовых соединений, продлевает срок службы бурового инструмента.

Проект «Цифровая буровая» демонстрирует реальный эффект от внедрения цифровых технологий. Выбранные решения напрямую влияют на несколько ключевых показателей, снижая операционные затраты и повышая эффективность и безопасность. Отмечу, что успешная реализация проекта стала результатом работы кросс-функциональной команды во взаимодействии с одним из наших ключевых нефтесервисных партнеров. Это подчеркивает открытость компании к совместному созданию и внедрению инновационных продуктов и технологических процессов со всеми игроками отрасли.

«Современные буровые установки — это довольно сложное оборудование. Бурильщику приходится следить за большим количеством показателей и процессов. Автоматизация не заменяет человека, а дополняет его, позволяет не отвлекаться от первоочередных задач. То есть у специалиста остается больше времени на принятие решения, если нужно вмешаться в работу машины, — отмечает главный специалист по тиражированию проектов и решений ООПБ Рамиль Бариев. — Если говорить об эффекте в цифрах, то при испытании проекта мы запланировали рост ключевых показателей на 15%, а добились гораздо большего. Применение автоматики и цифровых технологий позволило в среднем увеличить скорость метражных операций на 28,5%, а безметражных на 16,3%».

тема управления буровой установки

Системы управления буровых установок обеспечивают взаимодействие, маневренность всех механизмов и выполняют следующие функции:

1. пуск и остановку двигателей;
2. включение и выключение трансмиссий, блокирующих двигатели и передающих мощность на буровые насосы, ротор или лебедку;
3. включение и выключение буровых насосов, лебедки, ротора, механизма подачи, регулирующего тормоза (гидравлического или электрического) и других устройств;
4. изменение скорости вращения барабана лебедки и ротора;
5. торможение и растормаживание барабана лебедки;
6. включение и выключение устройств для свинчивания и отвинчивания бурильных труб;
7. управление работой клиньев и других механизмов при отвинчивании и установке бурильных свечей в магазин в процессе спуска и подъема колонны;
8. включение и выключение компрессора, вспомогательной лебедки или насоса, осветительной установки, устройств для очистки и приготовления промывочной жидкости и других вспомогательных механизмов.

Вся система управления состоит из следующих основных устройств:

1. устройства для подготовки рабочего агента (воздух, жидкость, электроэнергия) и поддержания его параметров;
2. управляющих устройств для управления исполнительными механизмами (многоходовые краны различных типов, выключатели, реле и так далее);
3. исполнительных механизмов – пневматических муфт, цилиндров, диафрагм или других устройств, непосредственно осуществляющих функции соединения валов, тормозов и так далее.

Агрегаты этих трех групп соединены между собой коммуникациями (устройствами для подвода рабочего агента к исполнительным устройствам).

Для передачи команды исполнительному устройству на небольшие расстояния (1 – 2 м) применяют механические передачи. При расстояниях более 2 м или больших усилиях используют пневматические системы, гидравлические и электрические устройства.

Основными исполнительными механизмами системы управления являются муфты сцепления, тормоз, цилиндры пневмораскрепителя, клиновых захватов и др.

Пневматическая система управления. На рисунке 14.1 приведена наиболее распространенная схема пневматического управления буровой установкой. Питание системы рабочим агентом – сжатым воздухом осуществляется двумя компрессорами.

Компрессорная станция соединена общим воздухопроводом с воздушным резервуаром.

Между каждым из компрессоров и резервуарами установлены обратные клапаны, свободно пропускающие воздух из цилиндров компрессора в резервуар и перекрывающие проход воздуха в обратном направлении в маслоотделитель.

Воздушные резервуары предназначены для выравнивания давления в системе пневматического управления и являются аккумуляторами энергии.

Рисунок 14.1 – Схема пневмоуправления

1 – компрессоры; 2 – обратные клапаны; 3 – регулятор давления; 4 – маслоотделитель; 5 – резервуар; 6 – манометр; 7 – предохранительный клапан; 8 – вентиль; 9 – влагоотделитель и осушитель воздуха; 10 – трубопроводы; 11 – управляющий кран; 12 – вертлюжок; 13 – клапан-разрядник; 14 – муфта сцепления; 15 – регулирующий клапан 16 – цилиндр пневматический

На воздушных резервуарах устанавливают предохранительный клапан, манометр и спускной вентиль. Из резервуара прежде чем попасть в управляющие устройства воздух отделяется от влаги и осушается.

Управление агрегатами осуществляется кранами. Из кранов воздух поступает в исполнительный механизм, муфту или цилиндр.

В пневматическом управлении фрикционными муфтами могут быть применены две системы питания воздухом: прямоточная и замкнутая с отсекающими клапанами. При прямоточном питании воздушная камера включенной муфты непосредственно соединена с магистралью сжатого воздуха, при выключенной муфте – сообщена с атмосферой. Все части системы пневматического управления в этой схеме находятся под постоянным давлением. При системе питания с отсекающими клапанами камера муфты соединена с магистралью сжатого воздуха только в период наполнения. В течение остального времени камера и часть трубопровода, находящаяся во вращающихся деталях, отсекаются от воздушной магистрали специальным клапаном.

Питание муфт, сидящих на валах, торцы которых недоступны для подвода воздуха, осуществляются кольцевыми вертлюжками.

В схемах с отсекающими клапанами давление в полости вертлюжка поднимается только во время включения муфты. Схема пневматического управления с отсекающими клапанами недостаточно надежна из-за пропуска воздуха в клапанах. При утечке воздуха из отсеченного объема через малейшие неплотности или при расстройстве соединений падение давления в камере муфты не компенсируется подачей новых порций воздуха из магистрали.

Прямоточная система более надежна.

Управляющие пневматические устройства

В качестве управляющих устройств в пневматических системах буровых установок применяют клапанные, золотниковые отсекающие и мембранные регулирующие краны.

Для управления одним устройством применяют двухклапанные краны. Для одновременного управления двумя и большим количеством устройств с целью сокращения количества управляющих рукояток и обеспечения блокировки применяют четырех- и многоклапанные краны. Двухклапанные краны имеют обычно эксцентриковое управление, а четырех- и многоклапанные краны управляются дисками или валиками с кулачками.

Многоклапанные краны обычно применяют для управления коробками передач с включением скоростей при помощи пневматических муфт. Управление кулачковым валом в этих случаях осуществляется штурвалом или рукояткой с круговым вращением.

Регулирующие краны применяют для устройств, требующих регулирования или поддержания требуемой величины давления воздуха, например, в цилиндрах тормозов, управлении подачей топлива дизелей и др.

В буровых установках управление почти всеми механизмами осуществляется бурильщиком со своего поста, для чего большинство механизмов сосредоточивается на пульте.

Компрессоры . Снабжение сжатым воздухом аппаратов пневматического управления буровыми установками осуществляется от небольших компрессорных станций, устанавливаемых на буровой. В установке предусматриваются два компрессора, один из которых является резервным.

Компрессор для буровых установок подбирают с запасом по давлению в 15 – 25% от наивысшего рабочего давления, принятого для системы. Для обеспечения запаса воздуха производительность каждого компрессора выбирается в 1,5 – 2 раза больше максимальной потребности сжатого воздуха буровой установкой.

В буровых установках используют одно- и двухступенчатые поршневые компрессоры различных конструкций.

Регулятор давления предназначен для автоматического поддержания необходимого давления в системе пневматического управления. В большинстве случаев применяют электрические регуляторы.

При повышении давления до установленной наибольшей величины регулятор разрывает электрическую цепь, а при последующем падении давления до допустимого минимума вследствие расхода воздуха вновь автоматически замыкает ее.

Механическое управление. Механические системы применяются как местное или дублирующее управление или там, где пневматизация и электроуправление нецелесообразны.

Из механических передач чаще всего применяются рычажковые, тяговые, кулачковые, тросовые и др.

Однако чаще всего механическое управление является составной частью пневматической или электрической системы управления несколькими двигателями силовых приводов буровых установок.

Электрическое управление повышает точность и оперативность цепи управления.

При регулировании одновременно нескольких двигателей их механизмы топливоподачи механически связываются общей системой.

Узнать стоимость написания работы —>