Технология бурения

Буровая лебедка предназначена для выполнения спускоподъемных операций, плавной подачи новках устаревшей конструкции буровую лебедку использовали также для подтаскивания различных тяжестей, для свинчивания и развинчивания труб в колонне.
Наиболее важны следующие характеристики буровой лебедки: наибольшее усилие натяжения в рабочей (набегающей) ветви каната; мощность на барабане; число скоростей навивки каната на барабан и их величины, диаметр и ширина барабана лебедки, канатоемкость барабана, характеризующая длину каната, который можно разместить на барабане при расположении его не более чем в четыре слоя.
Буровая лебедка имеет подъемный вал с барабаном, ленточный и гидродинамический тормоза, трансмиссионный и промежуточный валы.
Барабан — приемный орган лебедки, на который наматывается канат. Ленточный тормоз предназначен для торможения барабана до полной остановки при спуске инструмента, для удержания на весу бурильной или обсадной колонны и плавной их подачи. Гидродинамический тормоз — вспомогательный, он развивает тормозной момент при спуске инструмента и автоматически поддерживает скорость его спуска на заданном уровне, предохраняя главный тормоз от длительной нагрузки и снижая его износ.
Трансмиссионный и промежуточный валы лебедки служат для изменения частоты вращения барабана лебедки. Так как при выполнении спускоподъемных операций нагрузка на крюке изменяется и, следовательно, меняется натяжение в набегающей ветви каната, то при постоянной мощности на валу лебедки для более рационального использования мощности привода приходится изменять скорость подъема. По мере уменьшения нагрузки на крюке скорость навивки каната на барабан увеличивают. Чем выше грузоподъемность установки, тем больше число скоростей барабана.
Обслуживание лебедки включает проведение своевременных технических ремонтов и профилактических осмотров и замену накладок тормозной ленты по мере их износа.

Ротор предназначен для вращения бурового инструмента в процессе бурения, передачи механической мощности долоту, а также для удерживания бурильной или обсадной колонны на весу разгруженной талевой системе. При турбинном бурении и выполнении некоторых работ ротор предотвращает проворачивание бурильной колонны.Ротор буровых установок глубокого бурения устанавливают на основании буровой, в самоходных установках его монтируют на задних консольных концах рамы автомашины или трактора. В некоторых установках мелкого бурения (например, шнековая) и в установках с гидроприводом ротор перемещается вместе с верхним концом бурильной колоны и служит также для передачи нагрузки на долото.
Основные характеристики ротора: число скоростей передач и частота вращения; грузоподъемность, т.е. наибольшая допустимая статическая нагрузка на ротор; диаметр проходного отверстия стола ротора, определяющий наибольший габарит инструмента и обсадной колонны, котор ые можно спускать через ротор; мощность, передаваемая ротору.
По своей конструкции роторы различных буровых установок однотипны и состоят из следующих основных частей: станины в виде массивного стального кор пуса; стола р отор а, вращающегося на мощном опорном подшипнике; пары конических шестерен и приводного вала. Пара конических шестерен служит для передачи вращения с горизонтально расположенного приводного вала на стол, вращающийся вокруг вертикальной оси. Коническая шестерня приводного вала находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом, соединенным со столом ротора. Все подшипники ротора и зубчатая пара работают в масляной ванне.
Для передачи вращения на ведущую трубу в столе ротора помещают большие и малые вкладыши с замочным устройством.
Как правило, ротор имеет несколько скоростей передач (от трех до шести) и одну реверсивную скорость. Скорости ротора переключаются передаточным механизмом лебедки или отдельным редуктором, если ротор имеет индивидуальный привод. Привод от электродвигателя постоянного тока позволяет плавно изменять частоту вращения ротора.
Уход за ротором включает контроль за уровнем масла, своевременную его добавку и смену, проверку надежности крепления к основанию вышки. При установке ротора необходимо, чтобы его ось размещалась строго по оси вышки и стол занимал горизонтальное положение.

После завершения бурения скважины в одном месте оборудование должно быть доставлено на новую точку и подготовлено для проведения буровых работ. Способ транспортирования буровой установки зависит от ее конструкции, транспортной базы, местных условий, в которых производится переброска оборудования.
Перед транспортированием буровую установку следует демонтировать. Степень демонтирования оборудования (объем работ по демонтажу) зависит от способа транспортирования. Поскольку монтажно-демонтажные работы приводят к непроизводительной затрате рабочего времени, стремятся подобрать такой способ транспортирования установки, который в конкретных данных условиях требовал бы выполнения возможно меньшего объема монтажно-демонтажных работ.
Способ транспортирования буровой установки прежде всего предопределяется ее монтажно-транспортной базой. Как было показано выше, по конструкции монтажно-транс-портной базы все буровые установки подразделяются на следующие категории: самоходные буровые установки на шин-но-пневматическом или гусеничном ходу, передвижные и стационарные.
Самоходные буровые установки, смонтированные на шасси грузового автомобиля или трактора, при подготовке к транспорту требуют весьма ограниченного объема демонтаж-ных работ. Они сводятся в основном к спуску мачты и переводу ее в транспортное положение. У некоторых установок часть оборудования (например, буровой насос) можно перевозить отдельно на прицепе. На прицеп погружают также буровой инструмент и материалы.
Передвижные установки буксируются в виде единого агрегата на одной платформе или в виде отдельных крупных блоков на нескольких платформах. При переводе в транспортное положение буровую мачту опускают. Буровой инструмент и часть вспомогательного оборудования перевозят универсальными транспортными средствами.

Монтаж и размещение бурового оборудования осуществляют в соответствии с монтажной схемой, отражающий конструктивные особенности установки, с учетом погодно-климатических условий. При этом расположение оборудования и наземных сооружений должно удовлетворять требованию наибольшей компактности, максимального упрощения монтажно-демонтажных работ, сокращения их продолжительности и обеспечения безопасных условий ведения буровых работ.
При выполнении работ по блочному методу монтаж бурового оборудования заключается в установке блоков на фундаменты и их взаимном закреплении. Для выполнения погрузо-разгрузочных работ при поагрегатном методе используют монтажные краны, смонтированные на тракторах и автомо-•илях.
Монтаж вышек и мачт проводят различными способами:
в лежачем положении на земле с последующим подъемом с помощью тракторов или лебедки буровой установки;
монтаж по методу сверху вниз с использованием специального подъемника ПВК-1 (по Я.М. Кершенбауму);
монтаж вышки по методу "снизу вверх" с помощью наращиваемых стрел.
Вышки мачтового типа собирают в горизонтальном положении на земле, а затем поднимают с помощью буровой лебедки и тракторов.
По второму методу вышки монтируют на земле, начиная с верхней секции.
Третий метод отличается большой трудоемкостью и повышенной опасностью при выполнении работ на большой высоте и в настоящее время почти не применяется.
В период монтажных работ устанавливают также вспомогательное оборудование и привышечные сооружения: сарай для укрытия двигателей и передаточных механизмов лебедки; насосный сарай для укрытия буровых насосов и их привода; приемные мостки для укладки труб и перемещения инструмента, запасных частей и оборудования; циркуляционную систему с очистными устройствами для отделения шлама из промывочного раствора; строят трансформаторную площадку при централизованном электропитании или площадку для склада ГСМ.

Буровой комплекс, смонтированный на самоподъемной передвижной платформе, получил название самоподъемной плавучей буровой установки СПБУ (рис. 13.8). База СПБУ представляет собой плавучий понтон с несколькими опорами, которые с помощью специального устройства могут опускаться до морского дна. Число опор может быть от 3 до 14. Для глубин моря для 60 м выпускаются платформы с четырьмя опорами и более, для больших глубин — трехопорные. Опоры имеют круглое или четырехугольное сечение и сплошную или решетчатую поверхность.СПБУ классифицируютя по конструкции и форме корпуса, числу и конструкции опорных колонн и конструктивным особенностям подъемного механизма. Для придания устойчивости при воздействии внешних нагрузок длина понтона обычно должна быть близка к его ширине, и только для специфических условий с ярко выраженной розой ветров (Каспийское море) она может вдвое превышать его ширину.
Все технологическое оборудование, инструмент и материалы для компактности обычно размещают на трех уровнях: на подвышечном портале, на главной палубе и в трюме. На под-вышечном портале расположены буровая вышка, ротор и лебедка. Для удобства разбуривания куста скважин предусматривается возможность перемещения повышечного портала вдоль и поперек корпуса. Трубная площадка с грузовыми кранами находится на главной палубе, здесь же расположены устройства для дегазации и очистки бурового раствора. В трюме установлены буровые насосы, оборудование для приготовления бурового раствора и емкости для его хранения, комплекс для проведения цементировочных работ.
Жилые и служебно-бытовые помещения обычно находятся в рубках, на отдельных установках они могут размещаться в корпусе.
В заданный пункт СПБУ буксируется на плаву. В транспортном положении опоры подняты и возвышаются над понтоном. При недолговременных переходах (продолжительностью до 12 ч) допускается транспортировка СПБУ с приспущенными опорами, в этом случае они могут оказывать стабилизирующее влияние. По прибытии в пункт назначения опоры с помощью гидравлической или электромеханической системы опускают на дно, под действием веса оборудования они закрепляются с заглублением или без заглубления в донный грунт в зависимости от конструкции нижнего конца. Затем по опорным колоннам понтон с оборудованием приподнимают над поверхностью воды на высоту, не досягаемую для волн, и с платформы бурят скважину.

Буровая бригада — это первичный производственный коллектив, объединяющий разнородных по квалификации, профессии и функциям сотрудников и рабочих для выполнения определенного круга работ по строительству скважины. Номенклатура выполняемых работ и организация труда зависят от целей буровых работ, глубины и конструкции скважины. На организацию труда буровой бригады и ее состав существенно влияют продолжительность и структура цикла строительства скважины.
В глубоком бурении организуется непрерывная работа буровой в три смены, каждая продолжительностью 8 ч. Буровая бригада включает четыре смены, или вахты, которые обеспечивают непрерывную работу в течение суток. Состав вахты может видоизменяться в зависимости от типа буровой установки (табл. 1 4.1 ).
Буровую бригаду возглавляет буровой мастер. На эту должность назначают дипломированного специалиста либо (в порядке исключения) опытного бурильщика со стажем работы в бурении не менее трех лет.Буровой мастер руководит бригадой, состоящей из четырех вахт. Каждая вахта, как правило, включает четырех работников — бурильщика и трех его помощников.
Буровой мастер несет персональную ответственность за бесперебойное проведение работ, обеспечение буровых работ всеми необходимыми материалами, соблюдение и выполнение проекта на строительство скважины, обеспечение безопасных условий выполнения работ и осуществление мер по охране окружающей среды. При переходе бригады на новую точку он принимает от монтажников буровое оборудование.
Вместе с бурильщиком буровой мастер осуществляет непрерывный технический контроль за состоянием оборудования, инструмента, рабочего места и надежностью средств техники безопасности на буровой. Если обнаружены недостатки в техническом состоянии бурового оборудования или нарушения требований техники безопасности, буровой мастер и бурильщик принимают меры к их устранению.
Бурильщик возглавляет вахту и несет персональную ответственность за все работы, выполняемые в период его вахты. Он должен иметь удостоверение от горно-технического надзора о сдаче экзамена на право ведения буровых работ. Он принимает оборудование и инструмент от предшествующей вахты, управляет процессом бурения и осуществляет основные работы по углублению скважины, следит за соблюдением предписанного по режимно-технологической карте режима бурения, осуществляет контроль за состоянием оборудования и руководит работой всех членов вахты. По радиотелефону от поддерживает связь с буровым мастером и РИТС (УБР) и в случае необходимости обращается за консультацией, принимает участие в выработке решения и обеспечивает его реализацию. Во время выполнения спускоподъемных операций и работы долота на забое бурильщик находится у пульта управления буровой установкой.
Первый помощник бурильщика при спускоподъемных операциях обслуживает машинный ключ, обеспечивает выполнение основных операций по свинчиванию и развинчиванию бурильной колонны, перемещению свечей и вместе с третьим помощником выполняет операции с элеватором. Во время бурения в его обязанности входит наблюдение за работой буровых насосов, контроль за параметрами промывочной жидкости и работой очистной системы, участие в приготовлении и обработке промывочного раствора. При бурении он может в случае необходимости заменить бурильщика.

Состав работ для условий мелкого и глубокого бурения практически остается одним и тем же, в то время как характер работ существенно зависит от глубины бурения, типа применяемого бурового оборудования, оснащенности средствами малой механизации.
Во время углубления скважины, если бурение происходит в нормальных условиях без осложнений, непосредственно бурением занят только бурильщик, который, находясь у пульта, осуществляет контроль технологического режима проходки скважины и управление им.
Большие нагрузки на всех членов буровой бригады ложатся при выполнении спускоподъемных операций, при спуске обсадных колонн. Здесь необходимы слаженная работа всех членов бригады, хорошее знание своих обязанностей, навыки в работе.
Спускоподъемные операции выполняют всякий раз, когда нужно заменить породоразрушающий инструмент или по причине его износа, или при необходимости в новых условиях применить инструмент другого типа. Иногда возникает необходимость подъема бурильной колонны по иной причине, например, для проведения геофизических исследований в скважине, при опробовании продуктивного горизонта, при неполадках в работе турбобура и т.п.При выполнении спускоподъемных операций бурильную колонну подразделяют на длинные свечи, которые состоят из нескольких бурильных труб. Длина свечи зависит от высоты вышки и составляет примерно 2/3 ее: так, вышки высотой 40 — 42 м позволяют извлекать свечи длиной 27 — 28 м, а высотой 53 м — свечи длиной 36 м. Такие свечи располагаются внутри вышки в вертикальном положении, поэтому спуско-подъемные операции выполняют в этом случае с верховым рабочим.
Проследим за работой в период спуска или подъема инструмента буровой бригады на глубоком бурении.
После того как бурильщик примет решение поднимать инструмент, в течение некоторогоо времени скважину промывают, так как при ее большой глубине по всему стволу скважины в растворе накапливается довольно много шлама и его надо вынести на поверхность. Как только промывка прекращается, бурильщик, управляя лебедкой, приподнимает инструмент над забоем с таким расчетом, чтобы над столом ротора показался нижний переводник ведущей трубы. Пока поднимается ведущая труба, буровые рабочие вынимают из стола ротора малые вкладыши. Под нижний переводник под-кладывают элеватор и машинными ключами раскрепляют резьбовое соединение, а затем полностью развинчивают трубы.
Во время развинчивания резьбового соединения тяжелую ведущую трубу с массивным вертлюгом поддерживают на весу. Отсоединенную ведущую трубу приподнимают и с помощью специального приспособления — затаскивателя, прикрепляемого к ее нижнему концу, заводят в шурф, представляющий собой мелкую наклонную обсаженную скважину. Глубина шурфа соответствует длине ведущей трубы.
Первый и третий помощники бурильщика отсоединяют крюк от вертлюга и заводят штропы в проушины элеватора, поддерживающего бурильную колонну. Начинается подъем бурильной колонны. Как только бурильная колонна будет извлечена из скважины на длину первой свечи и над столом ротора покажется ее нижнее соединение, первый и третий помощники подкладывают под него элеватор.

Автоматизированный комплекс свинчивает и развинчивает бурильные трубы; устанавливает свечи на подсвечник, снимает их с подсвечника и выносит к оси скважины; автоматизирует управление элеватором при захвате и освобождении колонны бурильных труб; совмещает подъем или спуск порожнего элеватора с операциями установки свечи на подсвечник и выноса ее с подсвечника; закрепляет и удерживает колонну бурильных труб в роторе.
Механизмы комплекса работают следующим образом. Бурильную колонну подвешивают в роторе на клиновом захвате. Во время отвинчивания свеча в верхней части поддерживается центратором, который срабатывает и запирается на свече при спуске элеватора. Элеватор спускают к ротору и размещают на верхней части бурильной колонны. Отсоединенная свеча специальным захватом приподнимается, переносится в сторону и устанавливается за палец. Приподнимая свечу, захват открывает центратор и одновременно освобождает ее. Нижний конец свечи крюком-затаскивателем заводится в подсвечник. Элеватор подхватывает бурильную колонну, и она поднимается на высоту следующей свечи.
Комплекс АСП не только облегчает труд рабочих, но и изменяет его содержание. Если без автомата два помощника бурильщика работали около ротора в наиболее опасной зоне буровой в непосредственной близости от постоянно движущихся механизмов талевой системы, выполняя вручную многие операции и перемещая при этом только за один спуск или подъем инструмента с глубины 3000 м до 1 00 т груза, то на установке, оснащенной АСП, место их работы и характер труда изменились. Первый помощник бурильщика располагается за пультом управления ключом АКБ-3 и контролирует автоматическое выполнение процесса подвода и отвода ключа у устья скважины; второй помощник (верховой рабочий) на полати не поднимается, а находится рядом с первым помощником за пультом управления механизмами захвата и перемещения свечей, третий помощник освобождается от участия в спускоподъемных операциях.
Разработана и испытывается гидрофицированная установка с автоматическим непрерывным подъемом и спуском бурильной колонны.

Производственный травматизм в значительной степени связан с недостаточной профессиональной подготовленностью членов буровой бригады, незнанием ими правильных приемов работы и порядка выполнения операций, грубыми нарушениями трудовой дисциплины, несоблюдением правил техники безопасности, а также с конструктивными недостатками и некачественным изготовлением применяемых механизмов и инструмента.
Основа безопасности буровых работ — строгое неукоснительное соблюдение требований, изложенных в Правилах безопасности в нефтяной и газовой промышленности.
По характеру требований все правила можно подразделить на предписывающие, запрещающие и разрешающие. В предписывающих правилах определена номенклатура необходимых мероприятий, обеспечивающих безопасность последующих действий. Запрещающие правила налагают категорический запрет на действия в оговоренных ситуациях. Разрешающие правила предусматривают определенный диапазон или пределы, в которых действия являются безопасными.
В соответствии с действующими правилами после завершения монтажных работ все оборудование опробуется на холостом ходу и буровая установка принимается специальной комиссией, в которой участвует представитель госгортехнадзо-ра. Комиссии предъявляются акт о заложении скважины, техническая документация на буровое оборудование, геолого-технический наряд на строительство скважины, акты об испытании нагнетательной линии буровых насосов и ограничителя подъема талевого блока, акт проверки состояния и соответствия нормам сопротивления заземления электрооборудования и пусковых устройств. Комиссия оформляет Акт о вводе в эксплуатацию буровой установки. В нем отражаются результаты проверки готовности бурового оборудования к эксплуатации, комплектность буровой установки, техническое состояние оборудования, состояние талевого каната и ограждений, укомплектованность контрольно-измерительной аппаратурой, наличие средств малой механизации, автоматизации и приспособлений по охране труда и др. Проверяется наличие прав на ведение буровых работ у мастера и бурильщиков и знание членами буровой бригады правил техники безопасности. Представитель госгортехнадзора записывает в акте заключение о готовности буровой установки к пуску. К руководству буровыми работами и их производству не допускаются работники, не имеющие специального образования или прав ответственного ведения буровых работ.
Подготовленная к работе буровая установка должна быть оснащена приспособлениями, устройствами и приборами, предусмотренными Нормативами оснащения объектов промышленности механизмами, приспособлениями и приборами, повышающими безопасность и технический уровень их эксплуатации, утвержденными министерствами и Госгортехнад-зором России по согласованию с ЦК отраслевого профсоюза. Рабочие места на буровой оформляются плакатами или знаками по технике безопасности. На буровой необходимо иметь средства пожаротушения по перечню, согласованному с органами пожарного надзора.
Буровая бригада должна быть обеспечена телефонной или радиосвязью с постоянным вызовом.
Во время выполнения работ периодически проверяется техническое состояние оборудования и буровой вышки. Не реже раза в два месяца буровая вышка осматривается механиком в присутствии бурового мастера, о чем делается соответствующая запись в Журнале проверки технического состояния бурового оборудования. Эксплуатация неисправного оборудования запрещена.
Приступая к работе, каждый работник должен проверить состояние своего рабочего места, исправность и готовность к предстоящей работе оборудования, инструмента и приспособлений по технике безопасности. При сдаче смены бурильщик делает записи о состоянии оборудования в журнале "Состояние бурового оборудования и агрегатов", в вахтовом журнале о всех имеющихся неисправностях оборудования, контрольно-измерительной аппаратуры, инструмента и неполадках в работе и предупреждает о них бурильщика следующей смены.

Технико-экономические показатели в общем характеризуют достигнутый уровень производства, а применительно к отдельной производственной буровой организации или к отдельному производственному коллективу (УБР, буровая бригада и т.п.) позволяют оценить организацию производства, уровень производительности труда и технического оснащения, экономическую эффективность финансовых, трудовых и материальных затрат при строительстве скважин.
Технико-экономические показатели работы бурового предприятия или отдельного его подразделения (например, буровой бригады) подразделяются на проектные и фактические. Проектные показатели устанавливаются буровому предприятию на основе проекта анализа достигнутого уровня работы в предшествующий период и потребности производства, т.е. в зависимости от потребностей нефтегазодобывающего предприятия в выполнении его задач.
Фактические показатели буровых работ за отчетный промежуток времени (месяц, декада, сутки) определяют на основании обработки первичных документов, которые заполняют непосредственно на буровой по итогам работы (вахты) смены или буровой бригады за сутки. Основные первичные документы — буровой журнал, диаграмма индикатора веса и суточный буровой рапорт.
Буровой журнал заполняется бурильщиками повахтенно и содержит подробное описание в хронологической последовательности всех работ, выполненных буровой вахтой с указанием затрат времени. В журнале отмечают глубину скважины к началу и концу смены, конструкцию бурильной колонны (число свечей в колонне, общую длину и число УБТ и т.п.), состояние ствола скважины на момент передачи вахты, указывают осложнения в процессе бурения, принятые меры по борьбе с ними, расход материалов и т.п.
Круговая диаграмма индикатора веса автоматически записывается прибором на протяжении суток (24 ч). Она фиксирует изменение нагрузки на крюке по усилию натяжения в неподвижном конце талевого каната и позволяет документально проследить за распределением рабочего времени на протяжении суток на проходку ствола скважины (чистое время бурения), спускоподъемные операции, наращивание инструмента, дохождение до забоя, простои в работе и т.д. Диаграмма дает возможность проконтролировать работу буровой бригады.
Суточный буровой рапорт составляет буровой мастер на основании записей в буровом журнале и диаграммы индикатора веса. Он содержит краткую характеристику выполненных работ, сведения об объеме работ (в м), затратах рабочего времени и материалов на отдельные работы. Буровому мастеру для оформления суточного рапорта предлагают специальную форму, облегчающую последующую машинную обработку и обобщение поступивших сведений.
Суточный буровой рапорт вместе с диаграммой индикатора веса буровой мастер направляет непосредственно в РИТС, где его используют для контроля за ходом работ на скважине и составления оперативной сводки по участку, которую передают в УБР.
При текущем анализе все календарное время строительства скважины подразделяется по следующим видам работ: строительно-монтажные и демонтажные работы; подготовительные работы к бурению; бурение и крепление скважины; испытание скважины.
Распределение календарного времени в цикле строительства скважины по отдельным видам работ, процессам и операциям называется балансом времени бурения. По структуре баланса времени бурения можно судить о хорошей или плохой организации труда в бурении. В балансе наибольший удельный вес затрат времени приходится на работы по бурению и креплению ствола скважины.