ЭВОЛЮЦИЯ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

АННОТАЦИЯ

Испокон веков, процесс бурения подвергался различным изменениям, что наглядно видно в истории нефти и газа. Человеческий труд постепенно заменялся на механический, тем самым установив автономную работу всего процесса добычи углеводородов. Поэтому, есть надобность в рассмотрении развития буровых установок для простоты классификаций.

Задачи:

• Рассмотреть развитие буровых установок на разных этапах;
• Провести их сравнительный анализ;
• Классифицировать, опираясь на сделанный анализ.

Ключевые слова: нефтегазовая отрасль, технология, бурение.

Бурение – это процесс сооружения скважины путём разрушения горных пород. Скважиной называют горную выработку круглого сечения, сооружаемую без доступа в неё людей, у которой длина во много раз больше диаметра.

Рисунок 1. Общий вид скважины

Элементами скважины являются:

1. устье – верхняя часть скважины,
2. забой – дно скважины,
3. стенка – боковая поверхность,
4. ствол скважины – пространство, ограниченное стенкой, обсадная колонна и горная порода.

История: около 25 тыс. лет назад первобытный человек для изготовления различных инструментов сверлил кремневым буром. В Египте около 6000 лет назад сверление использовалось при строительстве пирамид. В Китае 600 г. до н.э. использовалось ударное бурение для добычи воды и соляных растворов. Бурение первых скважин в России относится к IX веку и связано с добычей растворов поваренной соли в районе г. Старая Русса. Их глубина достигала 100 м при начальном диаметре скважин до 1 м. Ложечный или ложковый бур, “сверлящий снаряд-желонка”, буры сверлящего действия разного вида и сверлящий бур с желонкой применялись во Франции.

На сегодняшний день существуют такие методы бурения: механический, где буровой инструмент непосредственно взаимодействует на горную породу, разрушая её, а немеханическое разрушение происходит без непосредственного контакта с породой источника воздействия на неё.

Таблица 1.

Нас интересует механическое бурение, так как немеханическое методы в настоящее время не применяются.

Механическое бурение подразделяется на ударное и вращательное. При ударном бурении разрушение горных пород производится долотом, подвешенном на канате. Данный способ является устаревшим.

Рисунок 2. Общий вид ударной установки

1 - долото; 2 - ударная штанга; 3 - канатный замок; 4 - канат; 5 - блок; 6 - буровой станок.

Достоинства:

• Первоначальное бурение диаметром от 500 мм;
• Создаёт скважины в галечниково-валунных прослойках грунта, а также в почвах, которые отличаются высокой гигроскопичностью;
• Не нарушает количественно-качественный состав водных горизонтов;
• Очень дешевая;
• Простая структура;
• Отсутствие надобности в буровом растворе.

Недостатки:

• Нет возможности бурить под углом;
• Нет возможности бурить в плотных породах, которые невозможно сломать ударом;
• Климатические ограничения;
• Довольно медленная проработка пластов;
• Занимает много времени и требует больших усилий;
• Возникновение осложнении по мере увеличения глубины.

Более современным будет именно вращательное бурение. При данном способе бурения породы дробятся под ударами, а разрушаются вращающимся долотом, на которое действует осевая нагрузка.

Вращательное бурение разделяется на роторное и забойное бурение.

Роторное бурение производится буровой колонной на устье, а забойное – непосредственно в забое скважины.

Роторный способ бурения применяется: в мощных толщах пластичных глин, плотных глинистых сланцах и других породах, при высоких скоростях истечения жидкости; при применении утяжеленных буровых растворов; при высоких забойных температурах; при продувке забоя воздухом и газо­жидкостными смесями.

Достоинства роторного бурения:

• Высокая скоростью вращения;
• Способно вестись как в вертикальной, горизонтальной, так и наклонной плоскостях;
• Индивидуальный подход к разным геологическим слоям;
• Установка маленькая, компактная;
• Удобное.

Недостатки:

• Необходимость применения бурового раствора;
• Мощность установки напрямую зависит от ротора;
• Климатические ограничения.

Рисунок 3. Общий вид роторной буровой установки

У забойного бурения есть три разновидности: турбобур, электробур и винтовой двигатель.

Турбобур – это гидравлическая турбина, приводимая во вращение с помощью нагнетаемой в скважину промывочной жидкости, электробур – это электродвигатель, защищенный от проникновения жидкости, питание к которому подаётся по кабелю поверхности.

Турбобур применяется: на сравнительно малых глубинах при использовании безопорных долот при высокой частотой вращения (500 мин ^-1 и более), на средних и больших глубинах с умеренной частотой вращения (200-400 мин^-1); используются для бурения глубоких вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефть и газ, сверхглубоких и геотермальных скважин различного назначения; для бурения скважин с отбором керна; с использованием циркуляционных агентов различной плотности.

Достоинства:

• Вращается только долото;
• Не требуется высококачественного оборудования;
• Удешевление бурильной колонны;
• Срок службы больше;
• Большая механическая скорость;
• Использование разных буровых растворов.

Недостатки:

• Повышенные давления в циркуляционной системе;
• Недостаточно длителен межремонтный срок;
• Низкие показатели при очень вязких и утяжеленных растворов;
• Дорогое обслуживание турбобура.

Рисунок 4. Общий вид конструкции и работы турбобура

Электробур применяется бурении наклонно-направленных и вертикальных скважин в сочетании с телеметрическими системами при сложных геологических условиях; продувка забоя воздухом и промывка аэрированной жидкостью высокой степени аэрации. На сегодняшний день не применяются.

Достоинства:

• Вращение долота создаётся электрическими двигателями переменного тока;
• Параметры режима бурения не зависят от количества подаваемой жидкости;
• Большая частота вращения.

Недостатки:

• Сложность подвода энергии к электродвигателю;
• Необходимость герметизации электродвигателя от бурового раствора.

Рисунок 5. Общий вид конструкции электробура

1 - корпус цилиндрической формы; 2- гидравлическая турбина; 3- электрогенератор; 4 - блок защиты и управления; 5 - электродвигатель; 6 - перепускная патрубка; 7 – электрокабель; 8 - соединительной муфты.

Винтовой двигатель – это механизм, в которой преобразование энергии потока промывочной жидкости в механическую производится путем использования винтового механизма.

Винтовой двигатель применятся: на средних и больших глубинах; для бурения с герметизированными маслонаполненными опорами.

По мере уменьшения затрат человеческого труда были выявлены 6 поколений буровых установок:

поколение 1 – ударно-канатное бурение;

поколение 2 – роторное бурение;

поколение 3 – турбинное бурение;

поколение 4 – электробуровое бурение;

поколение 5 – винтовое бурение;

поколение 6 – дистанционное бурение.

Рисунок 6. Статистика изменения способов бурения с изменением времени

Вывод: по результатам анализа данной работы, можно рассмотреть, как развивались буровые установки от простых конструкций до сложных. Ручной труд постепенно заменялся на механический, а дистанционное бурение позволит бурить с большей производительностью. Каждый метод проведения буровых работ имеет свою цену и свои особенности. Умение правильно подбирать буровое оборудование имеет место быть, ведь это чревато большими экономическими последствиями.

Список литературы:

1. Коршак А.А., Нефтегазово-промысловое дело. Введение в специальность, 2014 – 343 с.
2. Шадрина А.В. Основы нефтегазопромыслового дела. Бурение нефтяных и газовых скважин, 2010 – 182 с.
3. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  http://www.mining-portal.ru/news/all-news/istoriya-bureniya/ (дата обращения 16.01.2022)
4. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://ppt-online.org/108945 (дата обращения 16.01.2022)
5. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://ppt-online.org/342959 (дата обращения 16.01.2022)
6. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://ppt-online.org/122939 (дата обращения 16.01.2022)
7. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://www.burenie-ug.com.ua/udarno-kanatnoe-burenie-osobennosti-i-oborudovanie/ (дата обращения 16.01.2022)
8. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://бурение-скважин34.рф/info/o-burenii/osobennosti-rotornogo-bureniya.html (дата обращения 16.01.2022)
9. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://www.epiroc.com/ru-ru/customer-stories/2016/drilling-from-a-distance (дата обращения 17.01.2022)
10. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://investments.academic.ru/749/%D0%91%D1%83%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 (дата обращения 16.01.2022)
11.  [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://lektsii.org/16-524.html (дата обращения 17.01.2022)
12. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  http://burovoeremeslo.ru/burenie/sposoby-bureniya/burenie-elektroburom/ (дата обращения 17.01.2022)
13. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  https://studwood.ru/1276846/geografiya/elektrobur_ustroystvo_harakteristika_preimuschestva_nedostatki (дата обращения 17.01.2022)
14. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL:  http://snkoil.com/press-tsentr/polezno-pochitat/rotornyy-sposob-bureniya-neftyanykh-skvazhin/ (дата обращения 16.01.2022)