Сравнительный анализ традиционных и автоматизированных буровых установок бирих Р. А., Научный руководитель к т. н., профессор сфу макушкин Д. О

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТРАДИЦИОННЫХ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК Бирих Р. А., Научный руководитель - к.т.н., профессор СФУ Макушкин Д. О. Сибирский федеральный университет Институт нефти и газа В мировой практике бурения нефтяных и газовых скважин главным фактором, определяющим себестоимость добываемой продукции или стоимость объема пробуренных скважин, является производительность работ при выполнении основных технологических процессов. К числу конкретных задач, направленных на повышение производительности, относятся: 1) повышение ресурса (стойкости) породоразрушающего инструмента и элементов бурильных колонн; 2) оптимизация параметров режима бурения; 3) механизация и автоматизация спускоподъемных (СПО) и вспомогательных операций; 4) оптимизация процессов монтажно-демонтажных работ и транспортировки буровых установок, их отдельных агрегатов и механизмов. По всем упомянутым вопросам достигнуты в последние годы выдающиеся результаты, о чем свидетельствуют публикации научных, проектно-конструкторских и производственных предприятий и возрастание темпов добычи углеводородного сырья в связи с повышением производительности буровых установок. В балансе времени строительства скважин до 30-35% приходится на выполнение СПО с бурильными и обсадными колоннами и связанных с ними вспомогательных операций. Данный доклад посвящен проблеме их автоматизации и оценке возможности появления автоматизированных буровых установок на российском рынке. На основе анализа методов и средств выполнения СПО с бурильными колоннами, в том числе с использованием СВП, нами выделены основные направления их дальнейшего возможного развития, представленные в классификации на схеме рис.1 Способы и средства выполнения СПО Без буровой лебедки и талевой системы с помощью: С использованием буровой лебедки и талевой системы С полной автоматиза- цией СПО С частичной автоматиза- цией СПО Модернизация системы Гидроподъемников Цепного привода Реечно-зубчатой передачи Рис.1 – Классификация способов выполнения СПО В классификации две группы способов и технических средств выполнения СПО при бурении глубоких нефтяных и газовых скважин: 1 . Традиционные – с использованием буровой лебедки и талевой системы 2. Нетрадиционные – без буровой лебедки и талевой системы. К числу традиционных относим средства, связанные с полной и частичной автоматизацией СПО. В отечественной практике еще в 60 – е годы были созданы и успешно использовались автоматические комплексы АСП -1, АСП – 2, АСП – 3, позволявшие уже тогда сокращать время спускоподъемных операций (СПО) до 30% и более за счет совмещения отдельных операций, выполняемых без участия верхового рабочего. Созданные в то время конструкции составных частей АСП: механизмов перемещения и расстановки свечей, ключей АКБ, автоматического элеваторов, пневматических клиньев, ротора, специальных устройств и конструкций механизмов талевой системы и т.д., сохранили свою принципиальную основу до настоящего времени в конструкциях с электрическим (АСП) и гидравлическим приводом (КМСП). Однако, использование АСП и КМСП нерационально для мобильных буровых установок и установок кустового бурения из-за громоздкости основных механизмов и усложнения монтажно-демонтажных работ. Поэтому эти комплексы выпускаются ОАО «Уралмаш» для комплектации стационарных буровых установок, используемых преимущественно для строительства скважин большой глубины [1]. Заслуживают внимания в этой группе попытки усовершенствования спускоподъемного комплекса путем использования двухбарабанной буровой лебедки с отказом от неподвижного конца талевого каната с превращением его во вторую ходовую струну талевой системы, наматываемую на второй дополнительный барабан лебедки [2]. Такое решение резко сократит расход талевого каната, но вряд ли сократит время СПО, кроме того усложняет конструкцию, а соответственно и стоимость, буровой лебедки. Существенные преимущества для повышения производительности СПО и безопасности их выполнения дают системы верхнего привода (СВП), в конструкции которых заложены такие механизмы как трубный манипулятор и ряд других устройств, облегчающих труд бурильщиков. Дальнейшее развитие работ по автоматизации СПО буровых установок целесообразно рассматривать с учетом применения СВП, а также возможности поддержания требуемого режима непосредственно бурения с помощью вновь разрабатываемых устройств. Но изложенные выше результаты технического усовершенствования отечественных БУ с разработкой средств традиционного направления (1-я группа классификации) не решают в полной мере задачу автоматизации и механизации процессов бурения. В связи с этим мы обратили внимание на достижения и успехи отдельных американских, немецких и итальянских фирм в этой области, создавших полностью автоматизированные буровые комплексы для строительства нефтяных и газовых скважин. В основу этих комплексов заложены нетрадиционные способы и средства для глубоких нефтегазовых скважин (2-я группа нашей классификации), обеспечивающие процессы работы буровых установок без наличия в них буровых лебедок и талевых систем. Именно они свидетельствуют о реальности создания таких комплексов, в том числе у нас в России. Поскольку в их основе лежат решения, принципы которых реализованы на малоразмерных поисково-разведочных буровых установках, которые выпускаются и широко используются и в нашей стране. Широкий типоразмерный ряд автоматизированных безлебедочных установок грузоподъемностью от 100 до 600т выпущен итальянской фирмой «Drillmeс». Функции буровой лебедки и талевой системы в них выполняют мощные гидроподъемники. Существуют сведения также о появлении таких установок на американских фирмах «Теscо» и «American Augers» (реализована зубчато-реечная схема подачи и подъема СВП в процессах СПО и непосредственно бурения). Главное отличие конструкций автоматизированных установок всех этих фирм от традиционных конструкций заключается в использовании безлебедочного принципа выполнения СПО и обеспечения и поддержания необходимой осевой нагрузки на долото в процессе бурения. Впервые автоматизированные буровые установки на основе гидропривода (серия НН) появились в Италии в1995г. и были разработаны с участием компаний ENI и Agip. В начале 2000-х годов фирма Drillmeс (дочернее подразделение итальянской корпорации Trevi Group) стала поставлять их десятками в нефтегазовые компании за пределы Италии. В данное время установки НН эксплуатируются в Китае, Южной Америке, Африке. Достоинства установок данного типа по сравнению с традиционными буровыми установками заключаются в том, что автоматизация позволила: 1) Обеспечить более безопасное ведение технологических процессов, в особенности при выполнении основных и вспомогательных операций при спусках и подъемах буровых и обсадных колонн, при монтаже-демонтаже и перевозках оборудования. Все процессы и операции управляются и контролируются из кабины бурильщика, помощники которого убраны с пола буровой; 2) Выходить на оптимальные режимы бурения, регулировать и поддерживать их автоматически на протяжении всего рабочего цикла в зависимости от изменения условий работы. Сравнение установок НН и традиционных установок одного класса приведено на рис.2 [3]. Как видно из рисунка 2, установка НН занимает значительно меньшее пространство и площадь рабочей зоны по сравнению с традиционной установкой того же класса. Типоразмерный ряд буровых установок фирмы «Drillmec» для бурения на нефть и газ варьируется от НН102 до НН350 мощностью от 780 до 1542 кВт, грузоподъемностью от 100 до 317т и массой от 43 до 120т. Рис.2 – Сравнение двух буровых установок одинаковой грузоподъемности – 350 т – традиционной и гидравлической типа НН Операции по монтажу и демонтажу установок НН и их узлов выполняются автоматически с помощью гидропривода с питанием рабочей жидкостью от автономного гидроагрегата, монтируемого на полуприцепе. Этот агрегат может иметь дизельный или электрический привод, устанавливается на настиле и имеет звуконепроницаемое укрытие. Все блоки оборудования, установленные на трейлере, выполнены самоподъемными. Высота подъема блоков регулируется с помощью гидросистемы и достигает, в зависимости от типоразмера установки и условий бурения, до 9м. Мачта поднимается в вертикальное положение с помощью двух телескопических гидроцилиндров вместе с СВП и всеми коммуникациями. Спускоподъемные операции (СПО) и наращивание бурильной колонны, выполняемые без присутствия персонала на полу буровой и управляемые из кабины бурильщика, ведутся не со свечами, а с одиночными трубами («однотрубками») длиной 9…12,5м. Для выполнения этих операций СВП оснащен динамометрическим ключом, имеет возможность горизонтального перемещения. Это позволяет перемещать трубы из шурфа к центру скважины и наоборот. Кроме того, на буровой установке имеется автоматический трубный манипулятор для бурильных труб, который имеет возможность поворота и перемещений для захвата труб из вертикальных стеллажей – магазинов и последующего помещения в шурф для наращивания или подачи на стол ротора. Для свинчивания и развинчивания бурильной колонны установки оснащаются гидравлическим силовым трубным ключом, размещенным позади закрепленной части основания мачты. Этот механизм регулируется по высоте, имеет возможность перемещения к центру скважины и обратно, а также вращения для свинчивания и развинчивания труб. Оба упомянутых механизма работают автоматически в последовательности, задаваемой программируемым логическим контроллером (ПЛК) на пульте бурильщика. Автоматизация СПО позволила обеспечить их бесперебойность с интенсивностью 50 свинчиваний и развинчиваний в час, а среднюю скорость выполнения операций 600м/ч, что более чем конкурентно с показателями обычных буровых установок, несмотря на использование свечей из двух труб. Практика использования установок НН в мире показала ее наибольшую эффективность при бурении наклонно-направленных скважин с большими зенитными углами и горизонтальных скважин. Например, скважина глубиной 3000м установкой НН строится за 13 суток, а обычной установкой за 24 дня, т.е. дольше почти в 2 раза. В данное время 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, и др.), подтверждая безупречность данной технологии [3]. Вывод: создание и внедрение автоматизированных буровых установок без наличия в них традиционных буровой лебедки и талевой системы в России целесообразно и возможно. При этом выбор конкретного решения может быть осуществлен по одной из трех способов группы 2 (см. рис.1) на основе технико-экономического обоснования. Литература: 1. Д.О Макушкин, П.М. Кондрашов. Машины и оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин. Учебное пособие, СФУ, г. Красноярск, 2012г. 277с. 2. С.И. Ефимченко, А.К. Прыгаев. Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов, часть1. Учебник. Изд. «Нефть и газ», РГУ им. И.М. Губкина г. Москва, 2006г. 3. Ю.Л. Парнивода. Автоматизированные гидравлические буровые установки компании «Drillmec» (Италия). Журнал «Бурение и нефть», 2010г., №11.

Похожие:

	Исследования и пути совершенствования вращательно-подающих систем... Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)		Символическое опосредствование ориентировки подростков в конфликтной... Социальная геронтология: Учебная программа дисциплины / Сост. Т. В. Коробицина; сфу, 2009
	Маркетинговое исследование и анализ рынка буровых установок Объем и структура рынка в разрезе ассортиментной сегментации в натуральном и денежном выражении		Пояснительная записка настоящая программа предназначена для подготовки... Программа предназначена для подготовки и переподготовки (повышения квалификации) рабочих по профессии «Машинист буровых установок...
	Современное состояние и проблемы развития российско -индийских экономических... Социальная геронтология: Учебная программа дисциплины / Сост. Т. В. Коробицина; сфу, 2009		Реферат Тема: криминалистический анализ уголовного дела Научный д ю. н., профессор Колдин В. Я Источники криминалистической информации и анализ информационных полей
	Неклассические логические элементы и квантовые компьютеры керп А.... Сильно коррелированные низкоразмерные электронные системы. Теория ферми-жидкости Ландау. Латинжеровская жидкость		Сравнительный и исторический анализ методического прогресса в аллергологии:... Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Государственный научный центр Институт иммунологии» Федерального...
	Мировой экономический порядок Байзаков Сайлау Байзакович, д э н., профессор, научный руководитель ао «Институт экономических исследований» мэрт республики Казахстан,...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Научный факт, научный метод, методы биологических наук: описательный, сравнительный, исторический, эксперименталь-ный
	Программа дисциплины «Сравнительный анализ политик энергетической безопасности» Мировая экономика», специализация «Мировые энергетические рынки». Изначально предложенное название «энергетическая безопасность в...		Рабочая программа дисциплины (модуля) «особенности правопонимания... Курс «Особенности правопонимания нового времени: сравнительный анализ» прививает у студентов умение сопоставлять и самостоятельно...
	«Национальные банковские системы: сравнительный анализ» Кафедра «Национальные банковские системы: сравнительный анализ» входит в перечень дисциплин по выбору вариативной части профессионального...		Химико – аналитическое определение компонентного состава экстрактов... Разработка методов государственного регулирования процессов рождаемости, смертности, брачности и разводимости
	Темы рефератов Сравнительный анализ методологии оценки инвестиционного... Сравнительный анализ методологии оценки инвестиционного климата в странах ес и РФ		Техническое задание читать в следующей редакции Изменения закупочной документацию на проведение запроса предложений на право заключения договоров на поставку и шеф-монтаж буровых...