III.
ТУРБОБУР,
ЭЛЕКТРОБУР
Турбобур - забойный гидравлический
двигатель для бурения глубоких скважин
преимущественно на нефть и газ. Многоступенчатый турбобур - машина открытого
типа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических подшипниках,
смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является циркулирующая промывочная
жидкость - глинистый раствор. Для получения максимальных значений кпд лопатки
турбины профилируют так, чтобы безударный режим их обтекания совпадал с
максимумом мощности турбины. Выполняют турбины цельнолитыми, общее число
ступеней турбины достигает 120, рабочие диаметры турбобура для бурения
глубоких и сверхглубоких скважин - 164, 172, 195, 215, 240, 280 мм,
частота вращения вала турбины от 150 до 800-1000 об/мин. Рабочий момент
на валу турбобура зависит от его диаметра и составляет от 1 до 5-6 кнм
(1 нм = 0,1 кгсм). С 1950 для увеличения вращающего
момента на валу применяют многосекционные турбобуры, в которых последовательно
соединяются 2-3 секции турбин турбобура с общим числом ступеней 300-450. Это
позволило наряду с увеличением вращающего момента снизить частоту вращения вала
турбины до 300-400 об/мин (для более эффективной работы шарошечных
долот). В таких турбобурах шаровая осевая опора вынесена в специальный
шпиндель, присоединяемый к нижней секции турбобура. В шпинделе имеются также
радиальные опоры и сальник, позволяющий использовать гидромониторные долота.
С 1970 для дальнейшего снижения
частоты вращения вала турбины в турбобуре применяют ступени гидродинамического
торможения, позволившие бурить при 150- 250 об/мин. С начала 70-х гг.
внедряются турбобуры с независимой подвеской секции и с демпфирующими устройствами,
которые обладают увеличенным сроком межремонтной работы и улучшают условия
работы шарошечных долот за счёт снижения вибрации бурильной колонны. Для работы
с гидромониторными долотами, без дополнительного
нагружения буровых насосов, начато применение турбобуров с разделённым потоком
на нижней секции, который отличается тем, что перепад давлений, срабатываемый в
его нижней секции, равен перепаду давлений в штуцерах гидромониторного долота.
При этом нижняя секция турбобура работает на части потока, подаваемого в
скважину.
В разведочном бурении
для отбора керна в полом валу трубобора размещается съёмная грунтоноска. Для
бурения в условиях борьбы с кривизной ствола скважины используют трубобор с
вращающимся корпусом.
В 1899 в России был
запатентован электробур на канате. В 30-х гг. в США прошёл промышленные
испытания электробур с якорем для восприятия реактивного момента, опускавшийся
в скважину на кабеле-канате. В 1936 впервые в СССР Квитнером и Н. В.
Александровым разработана конструкция электробура с редуктором, а в 1938 А. П.
Островским и Н. В. Александровым создан электробур, долото которого приводится
во вращение погружным электродвигателем. В 1940 в Баку электробуром пробурена первая
скважина.
В 1951-52 в Башкирии при бурении
нефтяной скважины по предложению А.А.Минина, А.А.Погарского и К.А.Чефранова
впервые применили электробур знакопеременного вращения для гашения реактивного
момента, опускаемый на гибком электрокабеле-канате. В конце 60-х гг. в СССР
значительно усовершенствована конструкция электробура (повышена надёжность,
улучшен токопровод).
Электробур - забойная буровая машина с
погружным электродвигателем, предназначенная для бурения глубоких скважин,
преимущественно на нефть и газ. Идея электробура для ударного бурения
принадлежит русскому инженеру В.И.Дедову (1899). В 1938-40 в СССР
А.П.Островским и Н.В.Александровым создан и применен первый в мире электробур для
вращательного бурения, спускаемый в скважину на бурильных трубах.
Электробур состоит из
маслонаполненного электродвигателя и шпинделя. Мощность трёхфазного
электродвигателя зависит от диаметра электробура и составляет 75-240 квт. Для
увеличения вращающего момента электробура применяют редукторные вставки, монтируемые
между двигателем и шпинделем и снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин.
Частота вращения безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длина
электробура 12-16 м, наружный диаметр 164-290 мм.
При бурении электробур,
присоединённый к низу бурильной колонны, передаёт вращение буровому долоту.
Электроэнергия подводится к электробуру по кабелю, смонтированному отрезками в
бурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальными
контактными соединениями. К кабелю электроэнергия подводится через
токоприёмник, скользящие контакты которого позволяют проворачивать колонну
бурильных труб. Для непрерывного контроля пространственного положения ствола
скважины и технологических параметров бурения при проходке наклонно направленных
и разветвлённо-горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура
(в т. ч. телеметрическая). При бурении электробурная очистка забоя осуществляется
буровым раствором, воздухом или газом.
В СССР с помощью электробура
проходится свыше 300 тыс. м скважин (свыше 2% общего объёма бурения).
Использование электробура, благодаря наличию линии связи с забоем, особенно
ценно для исследования режимов бурения.
IV.
НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ
БУРЕНИЕ
Появление наклонного бурения
относится к 1894, когда С.Г.Войслав провёл этим способом скважину на воду близ
Брянска. Успешная проходка скважины в Бухте Ильича (Баку) по предложению
Р.А.Иоаннесяна, П.П.Шумилова, Э.И.Тагиева, М.Т.Гусмана (1941) турбинным наклонно-направленным бурением положила начало внедрению
наклонного турбобурения, ставшего основным методом направленного бурения в СССР
и получившего применение за рубежом. Этим методом при пересечённом рельефе
местности и на морских месторождениях бурят кусты до 20 скважин с одного
основания). В 1938-41 в СССР разработаны основы теории непрерывного наклонного
регулируемого турбинного бурения при неподвижной колонне бурильных труб. Этот
метод стал основным при бурении наклонных скважин в СССР и за рубежом.
Наклонно-направленное бурение - способ проведения скважины с отклонением
от вертикали по заранее заданной кривой. Наклонно-направленное бурение впервые
осуществлено в СССР на Грозненских нефтепромыслах (1934). В 1972 в СССР
наклонно-направленное бурение сооружено около 25% общего метража скважин на
нефть. Наклонно-направленное бурение оказывается целесообразным при: сложном
рельефе местности (например, при расположении залежи под дном крупного водоёма
или под капитальными сооружениями); геологических условиях залегания полезных
ископаемых, не позволяющих вскрыть их вертикальными скважинами; кустовом бурении или многозабойном
бурении; тушении горящих нефтяных и газовых фонтанов. При геологоразведочных
работах наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровыми
станками, причём скважина забуривается наклонно непосредственно с земной поверхности;
при вскрытии нефтяных и газовых пластов. Наклонно-направленное бурение
производится турбобурами или роторным способом (скважина с поверхности забуривается
вертикально с последующим отклонением на заданной глубине в запроектированном
направлении).
Отклонение скважины от вертикали
при наклонно-направленном бурении (изменение зенитного угла и азимута бурения)
осуществляется отклоняющими устройствами, например турбинными отклонителями.
Бурение прямолинейно-наклонных участков производится с помощью бурильных
устройств, включающих центрирующие и калибрующие элементы. Наибольшее
отклонение от вертикали при наклонно-направленном бурение (3836 м)
получено в США в заливе Кука: на остраве Сахалин отклонение составило 2453 м
(1972).
V.
МНОГОЗАБОЙНОЕ
БУРЕНИЕ
В 1941 Н.С.Тимофеев предложил в
устойчивых породах применять так называемое многозабойное
бурение.
В 1897 в Тихом океане, в районе
остров Сомерленд (Калифорния, США), впервые было осуществлено бурение на море.
В 1924-25 в СССР вблизи бухты Ильича на искусственно созданном островке вращательным
способом была пробурена первая морская скважина, давшая нефть с глубины 461 м.
В 1934 Н.С.Тимофеевым осуществлено на острове Артема в Каспийском море кустовое
бурение, при котором несколько скважин бурятся с общей площадки, а в 1935 там
же сооружено первое морское металлическое основание для бурения в море. С 50-х
гг. 20 в. применяется бурение для добычи нефти и газа со дна моря. Созданы
эстакады, плавающие буровые установки с затапливаемыми понтонами, специальные
буровые суда, разработаны методы динамической стабилизации буровых установок
при бурении на больших глубинах.
Основной метод бурения на нефть и
газ в СССР (1970) - турбобурами (76% метража пробуренных скважин),
электробурами пройдено 1,5% метража, остальное роторным бурением. В США
преимущественно распространение получило роторное бурение; в конце 60-х гг. при
проведении наклонно-направленных скважин начали применяться турбобуры. В
странах Западной Европы турбобуры применяются в наклонном бурении и при бурении
вертикальных скважин алмазными долотами. В 60-е гг. в СССР заметно возросли
скорости и глубина бурения на нефть и газ. Так, например, в Татарии скважины,
бурящиеся долотом диаметром 214 мм на глубину 1800 м, проходятся
в среднем за 12-14 дней, рекордный результат в этом районе 8-9 дней. За 1963-69
в СССР средняя глубина эксплуатационных нефтяных и газовых скважин возросла с
1627 до 1710 м. Самые глубокие скважины в мире - 7-8 км -
пробурены в 60-е гг. (США). В СССР в районе г. Баку пробурена скважина на
глубину 6,7 км и в Прикаспийской низменности (район Аралсор) на глубину
6,8 км. Эти
скважины пройдены в целях разведки на нефть и газ. Работы по сверхглубокому
бурению для изучения коры и верхней мантии Земли ведутся по международной
программе "Верхняя мантия Земли". В СССР по этой программе намечено
пробурить в 5 районах ряд скважин глубиной до 15 км. Первая такая
скважина начата бурением на Балтийском щите в 1970. Эта скважина проходится методом
турбинного бурения.
Основное направление
совершенствования бурения на нефть и газ в СССР - создание конструкций
турбобуров, обеспечивающих увеличение проходки скважины на рейс долота (полное
время работы долота в скважине до его подъёма на поверхность). В 1970 созданы
безредукторные турбобуры, позволяющие осуществить оптимизацию режимов бурения
шарошечными долотами в диапазоне наиболее эффективных оборотов (от 150 до 400 в
мин) и использовать долота с перепадом давлений в насадках до 10 Мн/м2(100
атм) вместо 1-1,5 Мн/м2(10-15 атм).
Создаются турбобуры с высокой частотой вращения (800-100 об/мин) для
бурения алмазными долотами, обеспечивающими при глубоком бурении многократное
увеличение проходки и механической скорости бурения за рейс. Разрабатываются
новые конструкции низа бурильной колонны, позволяющие бурить в сложных
геологических условиях с минимальным искривлением ствола скважины. Ведутся
работы по химической обработке промывочных растворов для облегчения и повышения
безопасности процесса бурения. Конструируются турбины с наклонной линией
давления, которые позволяют получить информацию о режиме работы турбобура на забое
скважины и автоматизировать процесс бурения.
VI.
ПОИСКИ И
РАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Развитие разведочного бурения связано с изобретением швейцарского
часовщиком Г.Лешо алмазного бура (1862), который состоял из стального полого
цилиндра, армированного алмазами и укрепленного на полой металлической штанге
(по ней в забой подавалась промывочная вода). Первая работоспособная буровая
установка с алмазным инструментом создана французским инженером Перретом и
привлекла внимание на Всемирной выставке в Париже (1867), что послужило началом
распространения алмазного бурения в Европе и Америке. В 1850 в России был
заложен ряд разведочных скважин на каменный уголь.
В 1871 и 1872 около Бахмута и
Славянска пробурены первые разведочные скважины в России на каменную соль
глубиной 90 и 120 м. Совершенствование разведочного бурения в России в
конце 19 в. связано с именем Войслава, который в 1885 изобрёл, а в 1897 получил
патент на бур для ручного бурения скважин большого диаметра. Бур Войслава имел
расширитель, позволяющий увеличивать диаметр скважин, глубина которых достигла
22 м. В 1898 Войслав совместно с Л.Кулешом получил патент на оригинальный
станок для алмазного бурения и в том же году разработал новый способ вставки
алмазов в коронку, позволивший применять мелкие алмазы. В 1899 в Америке инженером
Дейвисом предложено дробовое бурение. В период 1-й мировой войны для бурения
начинают применять по предложению немецкого инженера Ломана твёрдые сплавы (так
называемый воломит). Позднее эти сплавы применялись при бурении разведочных
скважин в районе Курской магнитной аномалии (1923).
Коренные изменения в технике
бурения произошли в России после Великой Октябрьской революции. С 1923 в СССР
внедряется бурение с применением твёрдых сплавов, а также дробовое бурение
(1924-25); изготовление отечественных твёрдых сплавов началось в 1929. В 1927
В.М Крейтером и Б.И.Воздвиженским при колонковом бурении была успешно
применена дробь. В 1925-26 на Сормовском заводе налажено производство
ударно-канатных станков типа "Кийстон" для разведки на золото
(позднее типа "Эмпайр"). Несколько лет спустя Н.И.Куличихиным
разработаны первые отечественные станки (УА-75-150) ударно-канатного бурения.
В 1928-1929 развернулось производство буровых станков колонкового вращательного
бурения на Ижорском заводе (Ленинград), им. Воровского (Свердловск) и др. В то
время для колонкового бурения на глубине до 500 м в основном применялись
станки КА-300 и КА-500. В послевоенные годы (начиная с 1947) было проведено
коренное переоборудование технических средств геологоразведочной службы:
усовершенствованы бурильные, обсадные и колонковые трубы; созданы новые станки
с рычажно-дифференциальной подачей (ЗИВ-75, ЗИВ-150); разработаны новые
конструкции многоскоростных станков с гидравлической подачей (ЗИФ-300, ЗИФ-650,
ЗИФ-1200, ВИТР-2000 и др.), обеспечивающие бурение скважин на глубине 300-2000 м;
создан ряд самоходных буровых установок; разработаны средства автоматизации и
механизации трудоёмких процессов и новые конструкции породо-разрушающего инструмента.
Страницы: 1, 2, 3
|