Выбор буровой установки

Выбор технических средств для бурения геологоразведочных скважин

Для успешного сооружения буровой скважины необходим полный рациональный комплекс технических средств, обеспечивающий эффективное выполнение всех операций по бурению скважины. Технические средства для бурения (как и на других производствах) включают три группы: буровое оборудование, буровой инструмент, приборы и средства автоматизации и управления.

БУРОВАЯ УСТАНОВКА - комплекс механизмов и сооружений необходимый и достаточный для сооружения (бурения) буровой скважины.

Буровая установка может быть единой или составной. В единой установке все механизмы и сооружения являются неотъемлемыми частями этой установки, комплектуются как один целый агрегат. Составная буровая установка собирается из отдельных составных агрегатов и сооружений, выпускаемых независимо друг от друга, т.е. собирается из так называемых "покупных изделий". В состав такой установки входят: буровой агрегат, грузоподъемное сооружение - вышка или мачта, основание или транспортная база и буровое здание или укрытие.

Буровой агрегат включает буровой станок и буровой насос. Кроме того, в буровой агрегат могут включать труборазворот и в некоторых случаях компрессор. В единой буровой установке имеются те же части, но буровой станок не выделяется отдельно, а является ее неразрывной частью, причем отдельные механизмы станка (вращатель, лебедка, трансмиссия, гидравлическая система) включены в установку самостоятельно.

Транспортабельность - второй подход деления буровых установок на группы По транспортабельности установки делятся на: переносны е, самоходны е, передвижные и стационарные. Главным принципом выбора типа установки по транспортабельности логично считать соотношение времени на бурение скважины и времени на перемещение и монтаж установки, естественно с учетом других факторов. Поскольку время на бурение скважины зависит в первую очередь от глубины скважины и буримости пород, то очевидно, что для мелких скважин до 10-25 м целесообразно принять переносные, а для глубоких и в твердых породах, когда скважина бурится несколько месяцев, лучшие условия бурения дает стационарная установка. Для скважин средней глубины в мягких или средних породах и для более глубоких скважин в мягких или средних породах, но при бескерновом бурении, т.е. в тех случаях, когда скважина бурится достаточно быстро, целесообразно применять самоходные буровые установки (СБУ); для скважин средней и повышенной глубины в твердых породах, которые бурятся 2-3 месяца, выгодно применять передвижные буровые установки (ПБУ).

Буровые станки и единые буровые установки принципиально делятся на три группы по типу вращателя (напомним, что речь идет о механическом вращательном бурении): - станки с роторным, шпиндельным и с подвижным вращателем. Каждый из этих типов станков имеет свои достоинства и недостатки и, соответственно, свои рациональные области применения.

Роторный вращатель представляет собой приводимый во вращение диск, установленный на основании буровой установки и имеющий по центру фигурное (обычно квадратное) отверстие. Через это отверстие пропускается такого же сечения (квадратного) длинная ведущая труба, на местах часто так и называемая "квадрат". Вращение и крутящий момент от ротора передается на ведущую трубу и, следовательно, на весь буровой снаряд. При этом ведущая труба может свободно скользить в отверстии ротора и перемещаться в осевом направлении на всю свою длину. Ротор только вращает буровой снаряд и не участвует ни в осевом перемещении, ни в регулировании усилий передаваемых на ведущую трубу и, следовательно, в регулировании осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент (П.Р.И.).

Достоинство установок с роторным вращателем - простота и надежность устройства, и главное возможность бурения без остановки и на всю длину ведущей трубы, достигающей в разведочном бурении, 6-8 м.

Недостатки - ограниченные возможности в качественном регулировании осевой нагрузки на ПРИ, невозможность забуривания наклонно-направленных скважин.

Шпиндельный вращатель включает в себя пустотелый вал - "шпиндель", через который пропускается ведущая бурильная труба круглого сечения. На концах шпинделя имеются зажимные патроны, которые надежно закрепляют в шпинделе ведущую трубу, обеспечивая передачу ей вращения, крутящего момента и осевых усилий. В современных схемах шпиндельных вращателей, жестко на шпинделе закреплен один верхний патрон, а нижний зажимной патрон закреплен на вращающейся, но не имеющей осевого перемещения, втулке.

Шпиндель получает вращательное движение через шлицевое соединение от трансмиссии станка и при этом может перемещаться в осевом направлении, под действием осевых усилий передаваемых ему от гидравлической (или механической в старых станках) системы подачи. Непрерывный ход шпинделя зависит от его длины и хода подачи и обычно составляет 40-60 см. (у зарубежных станков до 1м.) Такой ограниченный малый ход шпинделя является главным недостатком шпиндельных станков, В современных станках он почти полностью компенсируется при наличии "автоперехвата". К сожалению, эта система недостаточно надежна и при плохом обслуживании часто выходит из строя. Другим недостатком шпиндельных станков является невозможность наращивания бурильных труб без отрыва бурового снаряда от забоя скважины, хотя имеется принципиальная возможность наращивать ведущую трубу через верхний конец, но она на практике не реализуется.

Достоинствами станков со шпиндельным вращателем являются высокие возможности качественного регулирования осевых усилий (осевая нагрузка на ПРИ) и скорости углубки, компактность станка, а также близкое расположение вращателя к устью скважины, что снижает возможность вибрации.

Подвижный вращатель включает направляющую мачту, по которой перемещается сам механизм вращателя, получающий вращение и крутящий момент либо от вертикального вала, либо от автономного двигателя, как правило, гидромотора, закрепленного на механизме вращателя и составляющего с ним одно целое.

Подвижный вращатель подсоединяется к верхнему концу верхней бурильной трубы (Ведущей трубы как таковой не требуется) и таким образом передает вращение, крутящий момент и осевые усилия непосредственно на весь буровой снаряд. Ход вращателя, непрерывный, зависит от высоты (длины) направляющей мачты, не меньше длины бурильных труб и достигает 5-7 м. Такая схема позволяет наращивать буровой снаряд, не отрывая его от забоя. Осевые усилия на вращатель и, следовательно, на буровой снаряд создаются гидравлической системой (исключение УКБ 12/25 с механической подачей) что позволяет качественно регулировать осевую нагрузку и скорость углубки. Таким образом, станки с подвижным вращателем сочетают в себе достоинства и роторных - большой непрерывный ход подачи, и шпиндельных - хорошее качество регулирования осевой нагрузки и скорости углубки. Дополнительное достоинство подвижного вращателя - возможность наращивания бурильных труб без отрыва снаряда от забоя. К недостаткам можно отнести - большое удаление вращателя от устья скважины, что может вызвать вибрацию и ограничивает применение высоких оборотов при большом ходе вращателя (для алмазного высокооборотного бурения делают станки с уменьшенным до 3-2 м ходом подачи) и не компактность конструкции (жесткая привязка к направляющей мачте). Учитывая, что достоинства станков с подвижным вращателем превышают их недостатки, последнее время происходит замена роторных и шпиндельных станков на станки с подвижным вращателем - за рубежом этот процесс уже почти завершен, у нас новые станки делаются и проектируются с подвижным вращателем.

Кроме транспортабельности и типа вращателя буровые станки (установки) разделяются по принципу подачи.

Подача - комплексное понятие, определяющее, как осуществляется осевое перемещение ведущей трубы, и, следовательно, бурового снаряда, включая возможность регулирования скорости углубки, и управление величиной осевой нагрузки на ПРИ с учетом веса бурового снаряда.

В буровых станках используется три варианта "подачи" - свободная (с тормоза лебедки), механическая и гидравлическая.

СВОБОДНАЯ ПОДАЧА использует для создания осевой нагрузки на ПРИ только вес бурового снаряда. Управление осевой нагрузкой при этом производится либо увеличением веса снаряда за счет УБТ (пока малая глубина скважины), либо созданием разгрузки за счет тормоза лебедки сдерживающего лишнюю часть веса натяжением каната, закрепленного за верхний конец ведущей трубы. Так же тормозом лебедки можно регулировать скорость углубки. Очевидно, что такое регулирование нагрузки и скорости углубки будет очень приблизительно и субъективно. Свободная подача характерна для станков с роторным вращателем.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОДАЧА широко применялась в старых станках, были её разновидности - ручная рычажная, рычажно-дифференциальная, винтовая дифференциальная, последняя имеет определенные достоинства (компактность, универсальность) и еще встречается в зарубежных станках. У наших станков механическая подача имеется лишь у самого маленького станка УКБ 12/25, где она выполнена в цепной схеме с ручным приводом в сочетании с подвижным вращателем.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПОДАЧА использует для управления усилиями и скоростью осевого движения вращателя гидроцилиндры, позволяющие в широких пределах в обоих направлениях (вниз и вверх) и с высокой точностью регулировать усилия и скорость движения шпинделя. При этом управление такой подачей осуществляется легко, оперативно, точно контролируется приборами и хорошо поддается автоматизации.

Для бурения геологоразведочной скважины предстоит выбрать буровую установку одного из трех вариантов: роторную самоходную установку со свободной подачей, шпиндельный буровой станок с гидравлической подачей (в составе установки), станок (установка) с подвижным вращателем и с гидравлической подачей. Роторные установки рационально применять при бурении скважин с преобладанием бескернового бурения в мягких или средней буримости породах, где бурение идет быстро, а величина осевой нагрузки на ПРИ не имеет существенного значения. Шпиндельные станки, наоборот, лучше использовать при колонковом бурении алмазными коронками в наиболее трудно буримых породах, где особо важно обеспечить высокие обороты вращателя без вибрации и качественное регулирование осевой нагрузки и скорости углубки. Станки с подвижным вращателем, сочетая достоинства и роторных и шпиндельных, являются более универсальными, и могут заменять станки первых двух типов. При этом надо учитывать, что среди станков с подвижным вращателем есть малооборотные (УРБ-2А-2, УБВ-1000, КГБ-200) и высокооборотные (АБ-2, АБ-5), первые более подходят для замены роторных, вторые шпиндельных станков. Однако следует иметь в виду, что станки с подвижным вращателем только начинают внедрятся (кроме УРБ-2А-2) и не охватывают всех параметров имеющихся роторных и шпиндельных станков.

Номенклатура имеющихся в нашей стране буровых станков и установок с основными параметрами приведена в табл. №3

Дата добавления: 2014-01-07