Буровая установка - Drilling rig

Эта статья о наземной нефтяной вышке. Для морской нефтяной вышки см. Нефтяная платформа. Для бурения туннелей см. Туннельно-буровой станок. Для ручного сверлильного инструмента см. Дрель.
Бурение Формация Баккен в бассейне Уиллистон
Буровая установка для бурения взрывных скважин

А буровая установка это интегрированная система, которая бурит скважины, такие как нефтяные или водяные скважины, в недрах земли. Буровые установки могут представлять собой массивные конструкции, в которых размещается оборудование, используемое для бурения водяных скважин, нефтяных скважин или скважин для добычи природного газа, или они могут быть достаточно маленькими, чтобы их мог перемещать вручную один человек, и такое называется шнеки. Буровые установки могут отбирать образцы подземных минеральных отложений, физических свойств испытательной породы, почвы и грунтовых вод, а также могут использоваться для установки подземных сооружений, таких как подземные коммуникации, приборы, туннели или скважины. Буровые установки могут быть мобильным оборудованием, установленным на грузовиках, гусеницах или трейлерах, или более постоянными наземными или морскими сооружениями (такими как нефтяные платформы, обычно называемые «морскими нефтяными вышками», даже если они не содержат буровую установку). Таким образом, термин «буровая установка» обычно относится к сложному оборудованию, которое используется для проникновения на поверхность Земли. корка.

Малые и средние буровые установки являются мобильными, например, те, которые используются при разведочном бурении, взрыве скважин, водяных скважинах и экологических исследованиях. Более крупные буровые установки способны пробурить тысячи метров земной шар корочка, используя большой "буровые насосы "распространять буровой раствор (суспензия) через сверло и вверх по корпусу кольцо, для охлаждения и удаления «шлама» при бурении скважины. Подъемники в буровой установке могут поднять сотни тонны из трубка. Другое оборудование может заставить кислота или песок в резервуары для облегчения добычи нефти или природного газа; а в удаленных местах могут быть постоянные места проживания и питания экипажей (а их может быть более сотни). Морские буровые установки могут работать за тысячи миль от базы снабжения с нечастой сменой экипажа или циклами.

История

Антикварная буровая установка выставлена ​​в Западном историческом музее в Лингле, штат Вайоминг. Он использовался для бурения многих скважин на воду в этом районе - многие из них до сих пор используются.
Старинные буровые установки в Цзыгун, Китай

До того как двигатель внутреннего сгорания были разработаны в конце 19 века, основным методом бурения горных пород была мускульная сила человека или животного. Техника бурения нефти перкуссия или же вращательное бурение берет свое начало во времена древней китайской династии Хань в 100 г. до н.э., когда ударное бурение использовалось для добычи природного газа в провинции Сычуань.[1] Ранние методы бурения нефтяных и газовых скважин казались примитивными, так как требовали некоторых технических навыков.[1][2] Эти навыки включали в себя доступность тяжелых железных битов и длинных бамбуковых шестов, изготовление длинных и прочных кабелей, сотканных из бамбукового волокна, и рычагов. Тяжелые железные биты были прикреплены к длинным бамбуковым тросам, подвешенным к бамбуковым вышкам, а затем их неоднократно поднимали и опускали в вырытую вручную яму, заставляя от двух до шести человек прыгать на рычаге.[1] Нефтяные скважины времен династии Хань, построенные методом ударного бурения, были эффективны, но к 10 веку достигли глубины лишь 10 метров и 100 метров.[1] К 16 веку китайцы исследовали и бурили нефтяные скважины глубиной более 2000 футов.[2] Модернизированный вариант древней китайской техники сверления применил американский бизнесмен. Эдвин Дрейк пробурить первую нефтяную скважину в Пенсильвании в 1859 году, используя небольшие паровые двигатели для обеспечения процесса бурения, а не человеческие мышцы.[1]

В 1970-х годах, за пределами нефтегазовой промышленности, шарошечные долота, использующие циркуляцию бурового раствора, были заменены первыми пневматическими поршневыми буровыми установками с обратной циркуляцией (RC) и стали практически устаревшими для большинства операций мелкого бурения и теперь используются только в определенных ситуациях, когда горные породы исключают другие методы. Бурение с дистанционным управлением оказалось намного быстрее и эффективнее, и оно продолжает улучшаться благодаря лучшей металлургии, получению более твердых и долговечных долот и компрессоров, обеспечивающих более высокое давление воздуха при больших объемах, что обеспечивает более глубокое и быстрое проникновение. Алмазное бурение практически не изменилось с момента его создания.

Нефтяная буровая промышленность

Масло и натуральный газ буровые установки используются не только для определения геологических резервуаров, но и для создания скважин, которые позволяют добывать нефть или природный газ из этих резервуаров. В первую очередь на береговых нефтегазовых месторождениях после бурения скважины буровая установка будет снята со скважины, а сервисная установка (меньшая установка), специально построенная для заканчивания, будет перемещена к скважине, чтобы получить хорошо на линии.[3] Это освобождает буровую установку для бурения еще одной скважины и оптимизирует операцию, а также позволяет специализироваться на определенных услугах, например, заканчивание или бурение.

Горно-буровая промышленность

Добыча полезных ископаемых Буровые установки используются для двух основных целей: разведочное бурение, которое направлено на определение местоположения и качества полезного ископаемого, и эксплуатационное бурение, используемое в производственном цикле для добычи полезных ископаемых. Буровые установки, используемые для горные работы для открытых горных выработок различаются по размеру в зависимости от размера желаемой скважины и обычно подразделяются на меньшие предварительно разделенные и большие эксплуатационные скважины. Подземная добыча (хард-рок) использует различные буровые установки в зависимости от желаемой цели, такой как добыча, установка болтов, прокладка кабелей и проходка туннелей.

Мобильные буровые установки

Мобильная буровая установка на грузовике

На раннем этапе разведки нефти буровые установки были полупостоянными по своей природе, а вышки часто строились на месте и оставались на месте после завершения скважины. В последнее время буровые установки представляют собой дорогие машины, изготовленные по индивидуальному заказу, которые можно перемещать от скважины к скважине. Некоторые легкие буровые установки похожи на мобильный кран и обычно используются для бурения водяных скважин. Для переезда на новое место более крупные наземные буровые установки должны быть разделены на секции и грузы, что часто может занять несколько недель.

Небольшие мобильные буровые установки также используются для бурения или растачивания геморрой. Буровые установки могут варьироваться от 100 тонна шнек непрерывного действия (CFA) для небольших пневматических буровых установок, используемых для бурения скважин в карьерах и т. Д. В этих установках используются те же технологии и оборудование, что и в установках для бурения нефтяных скважин, только в меньшем масштабе.

Описанные ниже буровые механизмы отличаются механически с точки зрения используемого оборудования, но также и с точки зрения метода, с помощью которого буровой шлам удаляется с режущей поверхности сверла и возвращается на поверхность.

Классификация буровых установок

Есть много типов и конструкций буровых установок. Многие буровые установки могут переключать или комбинировать различные технологии бурения по мере необходимости. Буровые установки можно описать с помощью любого из следующих атрибутов:

По мощности

  • Механический - установка использует преобразователи крутящего момента, сцепления и трансмиссии, приводимые в действие собственными двигателями, часто дизельными.
  • Электрический - основные части оборудования приводятся в движение электродвигателями, обычно энергия вырабатывается на месте с помощью двигателей внутреннего сгорания.
  • Гидравлический - буровая установка в основном использует гидравлическую энергию.
  • Пневматический - буровая установка в основном приводится в действие сжатым воздухом.
  • Паровая - на установке используются паровые двигатели и насосы (устарели после середины ХХ века).

По трубе используется

  • Кабель - плетеный пеньковый или проволочный трос используется для подъема и опускания сверло.
  • Обычный - используется металл или пластик. бурильная труба разных типов.
  • ГНКТ - использует одну гибкую трубу достаточной длины, хранящуюся на барабане диаметром до пяти метров, и забойный буровой двигатель.
  • Цепь - цепь используется для подъема и опускания бурового долота в некоторых гидравлических станках.

По высоте

Буровые установки различаются по высоте в зависимости от количества соединенных стыков бурильная труба они могут «стоять» на вышке, когда она находится вне ямы. Обычно это делается при замене бурового долота или во время «каротажа» скважины. Одно соединение трубы обычно составляет около 30 футов в длину.

  • Одинарный - может удерживать только одиночные бурильные трубы. Наличие или отсутствие вертикальных «пальцев» стеллажа для труб варьируется от буровой к буровой.
  • Двойная вышка может удерживать две соединенные бурильные трубы, называемые «двойной стойкой» или просто «двойной».
  • Тройная буровая вышка может содержать три соединенных бурильных трубы: «тройную стойку» или «трибл».
  • Qua - может удерживать четыре соединенных бурильных трубы, называемых «четырехъядерной стойкой» или «четырехугольником». Вышки такого размера редко используются для наземных операций, но используются при бурении на море.

Методом вращения или методом сверления

  • Отсутствие вращения относится к установкам прямого толкания и большинству буровых установок.
  • Поворотный стол - вращение достигается поворотом квадратной или шестиугольной трубы («Келли») в поворотный стол на уровне буровой площадки.
  • Верхний привод - вращение и циркуляция осуществляются в верхней части бурильной колонны на двигателе, который движется по рельсовому пути вдоль буровой вышки. Это конструкция самых современных буровых установок.
  • Sonic - использует в основном энергию вибрации для продвижения бурильной колонны.
  • Молоток - использует вращение и ударную силу (см. Буровая установка ).

По положению вышки

  • Общепринятый - вышка вертикальный.
  • Наклон - вышка наклонен под углом 45 градусов для облегчения горизонтального бурения.

Направленное бурение

Направленное бурение выполняется забойным двигателем на компоновке низа бурильной колонны. Направление контролируется беспроводным контроллером для бурения скважины любым способом, который требуется бурильщику.

Методы бурения

Существует множество методов сверления, которые можно использовать для сверления скважина в землю. У каждого есть свои преимущества и недостатки с точки зрения глубины бурения, типа возвращаемого образца, затрат и достигнутой скорости проникновения. Некоторые типы включают в себя вращающуюся резку, вращающуюся абразивную обработку, вращающуюся реверсивную резку, инструмент для троса и ультразвуковое бурение.

Шнековое бурение

Шнековое бурение осуществляется с помощью спиральный винт, который при вращении вбивается в землю; Земля поднимается в скважину лопастью винта. Бурение шнеком с полым штоком используется для более мягких грунтов, таких как болота, где отверстие не остается открытым само по себе для экологического бурения, геотехнического бурения, почва инженерное дело и геохимия разведывательные работы по разведке минеральная депозиты. Прочные лопастные шнеки / ковшовые шнеки используются при бурении тяжелых грунтов. В некоторых случаях, мой валы выкапываются шнековыми сверлами. Маленькие шнеки могут быть установлены на задней части грузового автомобиля, а большие шнеки используются для проходки свай под фундаменты мостов.

Шнековое бурение ограничивается почвой, мягкими рыхлыми образованиями или слабыми выветрившимися пластами. камень. Это дешево и быстро.

Ударно-вращательное воздушное бурение

Бурение с использованием RAB наиболее часто используется при разведке полезных ископаемых. (Этот инструмент также известен как Буровая установка.) В буровой установке используется пневматический "молот" с поршневым возвратно-поступательным движением, чтобы энергично забивать тяжелое сверло в породу. Сверло выполнено из полой твердой стали и имеет вольфрамовые стержни толщиной ~ 20 мм, выступающие из стальной матрицы в виде «кнопок». Вольфрамовые пуговицы - это режущая поверхность сверла.

Шлам выдувается за пределы штанг и собирается на поверхности. Воздуха или сочетание воздуха и мыло поднимите черенки.

Бурение RAB используется в основном для минеральная исследование, бурение скважин на воду и бурение взрывных скважин в шахтах, а также для других применений, таких как машиностроение и т. д. RAB производит образцы более низкого качества, потому что шлам взрывается за пределы штанг и может быть загрязнен от контакта с другими породами. Бурение с RAB на большой глубине, если оно встречается с водой, может быстро забить внешнюю часть скважины обломками, препятствуя удалению бурового шлама из скважины. Однако этому можно противодействовать, используя «стабилизаторы», также известные как «расширители», которые представляют собой большие цилиндрические куски стали, прикрепленные к бурильной колонне и сделанные так, чтобы они идеально соответствовали размеру пробуренной скважины. У них есть наборы роликов сбоку, обычно с вольфрамовыми кнопками, которые постоянно разрушают стружку, выталкиваемую вверх.

Использование мощных воздушных компрессоров, которые проталкивают 900-1150 кубических футов воздуха в минуту при давлении 300-350 фунтов на квадратный дюйм в скважину, также обеспечивает бурение более глубоких скважин до ~ 1250 м из-за более высокого давления воздуха, которое выталкивает всю породу и любую воду. на поверхность. Все это, конечно, зависит от плотности и веса пробуриваемой породы, а также от степени износа бурового долота.

Воздушное колонковое бурение

Воздушное бурение и связанные с ним методы используют закаленные стали или же вольфрам лезвия, чтобы просверлить отверстие в рыхлом грунте. Буровая коронка имеет три лезвия, расположенные вокруг головки долота, которые режут рыхлый грунт. Стержни полые и содержат внутреннюю трубку, которая находится внутри полого внешнего цилиндра стержня. Буровой шлам удаляется путем нагнетания сжатого воздуха в скважину через кольцевую зону между внутренней трубкой и буровой штангой. Затем стружка выдувается обратно, чтобы подняться на поверхность во внутренней трубе, где они проходят через систему разделения проб и при необходимости собираются. Бурение продолжается с добавлением штанг в верхнюю часть бурильной колонны. При воздушном колонковом бурении иногда образуются небольшие куски породы с сердцевиной.

Этот метод бурения используется для бурения выветрившихся реголит, поскольку буровая установка и стальные или вольфрамовые лопасти не могут проникать в свежую породу. По возможности, воздушное колонковое бурение предпочтительнее бурения RAB, поскольку оно обеспечивает более репрезентативную выборку. Корончатое воздушное бурение позволяет достичь глубины около 300 метров в хороших условиях. Поскольку шлам удаляется внутри штанг и менее подвержен загрязнению по сравнению с обычным бурением, когда шлам выходит на поверхность через внешний возврат между внешней стороной буровой штанги и стенками скважины. Этот метод более затратный и медленный, чем RAB. Этот метод бурения был изобретен буровой компанией Wallis Drilling, расположенной в Перте, Западная Австралия.

Кабельный инструмент для бурения

Буровая установка для бурения скважин на воду с кабелем в Западной Вирджинии. Эти медленные буровые установки в основном были заменены на роторные буровые установки в США.

Станки для канатного инструмента - традиционный способ бурения колодцы. Большинство скважин большого диаметра для водоснабжения, особенно глубоких скважин, завершено в коренная порода водоносные горизонты, были завершены этим методом бурения. Хотя в последние годы этот метод бурения в значительной степени был вытеснен другими, более быстрыми методами бурения, он по-прежнему является наиболее осуществимым методом бурения для скважин большого диаметра с глубокими коренными породами и широко используется для небольших сельских колодцев для водоснабжения. Удар бурового долота разрушает породу, и во многих случаях сланцевой породы увеличивается поток воды в скважину за счет вращения.

Также известный как баллистический для бурения скважин и иногда называемые «буровыми установками», эти установки поднимают и опускают бурильную колонну с тяжелым карбид буровое долото с наконечником, которое пробивает породу путем мелкого измельчения подземных материалов. Бурильная колонна состоит из верхних буровых штанг, набора «ясов» (блокируемых «ползунов», которые помогают передавать дополнительную энергию буровому долоту и помогают удалить долото, если оно застряло) и сверло. В процессе бурения бурильную колонну периодически вынимают из ствола скважины и желонка опускается для сбора бурового шлама (обломков горных пород, грунта и т. д.). Желонка представляет собой ведро-инструмент с люком в основании. Если скважина сухая, добавляют воду, чтобы буровой шлам стекал в желонку. При подъеме люк закрывается, а затем стружка поднимается и удаляется. Поскольку бурильную колонну необходимо поднимать и опускать для продвижения бурения, обсадная труба (наружный трубопровод большего диаметра) обычно используется для удержания верхних грунтовых материалов и стабилизации ствола скважины.

Станки для канатных инструментов проще и дешевле, чем вращающиеся станки аналогичного размера, хотя они громкие и очень медленные в эксплуатации. В Нью-Йорке была пробурена мировая рекордная скважина для кабельных инструментов на глубину почти 12 000 футов (3700 м). Общее Bucyrus-Erie 22 может пробурить глубину примерно до 1100 футов (340 м). Поскольку при бурении канатным инструментом не используется воздух для выброса буровой стружки, как при вращении, вместо этого используется желонка, натянутая на кабель, технически ограничений по глубине нет.

Буровые установки для канатных инструментов сейчас почти устарели в Соединенных Штатах. В основном они используются в Африке или странах третьего мира. Медленное бурение с использованием канатных инструментов означает повышение заработной платы буровиков. В Соединенных Штатах заработная плата за бурение в среднем составляет около 200 долларов США в день на человека, тогда как в Африке она составляет всего 6 долларов США в день на человека, поэтому медленный буровой станок все еще может использоваться в неразвитых странах с низкой заработной платой. Буровая установка для канатных инструментов может бурить твердые породы от 25 футов (7,6 м) до 60 футов (18 м) в день. Более новая буровая установка с верхней головкой для бурильных катушек, оснащенная перфоратором для погружения в скважину (DTH), может бурить 500 футов (150 м) или более в день, в зависимости от размера и твердости пласта.[нужна цитата ]

Бурение с обратной циркуляцией

Гусеничная установка обратной циркуляции (вид сбоку).
Установка для бурения с обратной циркуляцией на вертикальных проходах в порту Ла-Рошель, Франция

Бурение с обратной циркуляцией (RC) похоже на воздушное колонковое бурение в том, что буровой шлам возвращается на поверхность внутри штанг. Механизм сверления представляет собой пневматический возвратно-поступательный поршень, известный как «молот», приводящий в движение сверло из вольфрамовой стали. При бурении с радиоуправлением используются гораздо более крупные станки и оборудование, и обычно достигаются глубины до 500 метров (1600 футов). RC-бурение идеально производит сухую каменную стружку, так как большие воздушные компрессоры высушите породу перед продвижением бурового долота. RC-бурение медленнее и дороже, но обеспечивает лучшее проникновение, чем RAB или воздушное колонковое бурение; он дешевле алмазного керна и поэтому предпочтителен для большинства разведка полезных ископаемых работай.

Обратная циркуляция достигается за счет продувки воздуха по стержням, создавая перепад давления. воздушный лифт воды и сколов по «внутренней трубке», которая находится внутри каждого стержня. Он достигает «дивертора» в верхней части отверстия, затем проходит через пробоотборный шланг, прикрепленный к верхней части «циклона». Буровой шлам перемещается по внутренней части циклона, пока не выпадет через отверстие в дне и не будет собран в мешок для проб.

Наиболее часто используемые сверла RC имеют диаметр 5-8 дюймов (13-20 см) и имеют круглые вольфрамовые «кнопки», которые выступают из сверла, которые необходимы для сверления сланец и абразивная порода. По мере износа кнопок бурение замедляется, и колонна штанг потенциально может застрять в скважине. Это проблема, поскольку восстановление стержней может занять часы, а в некоторых случаях и недели. Сами штанги и буровые коронки очень дороги, что часто приводит к большим расходам буровых компаний, когда оборудование теряется в стволе скважины. Большинство компаний регулярно затачивают кнопки на своих сверлах, чтобы предотвратить это и ускорить прогресс. Обычно, когда что-то теряется (отламывается) в скважине, это не бурильная колонна, а скорее от долота, молотка или стабилизатора до нижней части бурильной колонны (долота). Обычно это вызвано ошибкой оператора, перенапряжением металла или неблагоприятными условиями бурения, из-за которых скважинное оборудование застревает в части ствола скважины.

Хотя RC-бурение осуществляется с помощью воздуха, вода также используется для уменьшения количества пыли, охлаждения бурового долота и содействия продвижению резания вверх, а также при «загибании» нового отверстия. А грязь "Liqui-Pol" смешивается с водой и закачивается в колонну штанг в скважину. Это помогает поднять образец на поверхность, заставляя песок слипаться. Иногда также используется «Super-Foam» (он же «Quik-Foam»), чтобы вывести на поверхность все очень мелкие стружки и очистить отверстие. Когда бур достигает твердой породы, в отверстие вокруг штанг помещается «воротник», который обычно представляет собой трубопровод из ПВХ. Иногда воротник может быть выполнен из металлического кожуха. Обрезка отверстия необходима, чтобы стены не проваливались и не забивали колонну штанг в верхней части отверстия. В зависимости от грунта хомуты могут иметь глубину до 60 метров, хотя при бурении в твердых породах хомут может не понадобиться.

Установки установки обратной циркуляции обычно состоят из вспомогательной машины, вспомогательной машины, а также самой установки. Транспортное средство поддержки, обычно грузовик, имеет резервуары для дизельного топлива и воды для пополнения запасов буровой установки. Он также содержит другие материалы, необходимые для обслуживания буровой установки. Вспомогательный - это машина с вспомогательным двигателем и бустерным двигателем. Эти двигатели соединены с установкой воздушными шлангами высокого давления. Хотя RC-установки имеют собственный бустер и компрессор для создания давления воздуха требуется дополнительная мощность, которую обычно не обеспечивает установка из-за нехватки места для этих больших двигателей. Вместо этого двигатели устанавливаются на вспомогательном автомобиле. Компрессоры на установке RC имеют мощность около 1000 CFM в 500 psi (500 л · с−1 при 3,4 МПа). В качестве альтернативы, автономные воздушные компрессоры, которые имеют производительность 900-1150 кубических футов в минуту при 300-350 фунтах на квадратный дюйм каждый, используются в наборах по 2, 3 или 4, которые все подводятся к буровой установке через многоклапанный коллектор.

Алмазное бурение

Комбинированная буровая установка (способная как алмаз бурение с обратной циркуляцией). В настоящее время настроена установка для алмазного бурения.

Алмазное бурение (разведочное алмазное бурение ) использует кольцевое сверло с алмазной пропиткой, прикрепленное к концу полых буровых штанг, для вырезания цилиндрического керна из твердой породы. Алмазы, используемые для изготовления алмазных корончатых коронок, имеют различные размеры, от мелких до мелких промышленных. бриллианты, а соотношение алмазов к металлу, используемому в матрице, влияет на производительность режущей способности долота в различных типах горных пород. В бриллианты задаются в матрице различной твердости, от латунь к высококачественной стали. Твердость матрицы, размер алмазов и дозировка могут варьироваться в зависимости от породы, которую необходимо разрезать. Долота, изготовленные из твердой стали с низким содержанием алмазов, идеально подходят для более мягкой породы с высокой трещиноватостью, в то время как другие, изготовленные из более мягкой стали с высоким содержанием алмазов, подходят для отбора керна в твердых твердых породах. Отверстия внутри долота позволяют подавать воду к режущей поверхности. Он обеспечивает три основные функции - смазку, охлаждение и удаление бурового шлама из скважины.

Алмазное бурение происходит намного медленнее, чем сверление с обратной циркуляцией (RC) из-за твердости пробиваемой земли. Обычное бурение - от 1200 до 1800 метров, и на этих глубинах грунт в основном состоит из твердых пород. Методы бурения различаются в зависимости от оператора буровой установки и от того, на что она способна. Некоторым алмазным установкам требуется медленное бурение, чтобы продлить срок службы буровых долот и штанг, замена которых на очень большой глубине очень дорога и требует много времени. По мере того, как алмазная буровая установка заправляет керны все глубже и глубже, трудоемкая часть процесса заключается не в разрезании керна на 5-10 футов больше, а в извлечении керна с помощью каната и инструмента для перехвата.Образцы керна извлекаются с помощью колонковой трубы, полой трубы, помещенной внутри колонны штанг и закачиваемой водой до тех пор, пока она не зафиксируется в колонковой колонне. Когда керн просверливается, колонковый ствол скользит по керну во время резки. «Овершот», прикрепленный к концу троса лебедки, опускается внутрь колонны штанг и фиксируется на задней части (также известной как узел головки), расположенной на верхнем конце колонкового ствола. Лебедка убирается, вытягивая керновую трубу на поверхность. Сердечник не выпадает из внутренней части стержневой трубы при подъеме, потому что либо подъемник стержня с разрезным кольцом, либо фиксатор корзины позволяют стержню перемещаться внутрь трубы, но не выходить из нее.

Алмазные коронки

После того, как керновая труба удалена из отверстия, образец керна удаляется из керновой трубы и каталогизируется. Помощник бурильщика отвинчивает заднюю часть трубы керна с помощью гаечных ключей, затем берется каждая часть трубы и керн вытряхивается в лотки для керна. Керн промывают, измеряют и разбивают на более мелкие кусочки с помощью молотка или пропиливают, чтобы он поместился в лотки для образцов. После каталогизации лотки керна извлекаются геологами, которые затем анализируют керн и определяют, является ли площадка бурения подходящим местом для расширения будущих операций по добыче.

Алмазные установки также могут входить в состав мультикомбинированной установки. Мультикомбинированные установки - это установка с двойной установкой, способная работать как в режиме обратной циркуляции (RC), так и в режиме алмазного бурения (но не одновременно). Это обычный сценарий, когда разведочное бурение ведется в очень изолированном месте. Буровая установка сначала настраивается на бурение как буровая установка с дистанционным управлением, и после того, как желаемые метры пробурены, установка настраивается для алмазного бурения. Таким образом, можно пробурить более глубокие метры скважины, не перемещая буровую установку и не дожидаясь, пока алмазная буровая установка установится на скважине. подушечка.

Установки прямого толчка

Технология прямого выталкивания включает несколько типов буровых установок и бурового оборудования, которое продвигает бурильную колонну путем толкания или удара без вращения бурильной колонны. Хотя это не соответствует правильному определению сверления, он дает тот же результат - скважина. Установки прямого толчка включают в себя как конусное проникновение (CPT) и установки для отбора проб прямого толкания, такие как PowerProbe или же Геозонд. Установки прямого выталкивания обычно ограничиваются бурением рыхлых грунтовых материалов и очень мягких пород.

Установки CPT оснащены специализированным испытательным оборудованием (например, электронными конусами) и пробоотборниками грунта с использованием больших гидроцилиндров. Большинство буровых установок CPT имеют большой балласт (обычно 20 метрических тонн) в качестве силы, противодействующей толкающей силе гидроцилиндров, которые часто оцениваются до 20 кН. В качестве альтернативы, небольшие и легкие буровые установки CPT и морские буровые установки CPT будут использовать якоря такие как ввинчиваемые анкеры заземления для создания реактивной силы. В идеальных условиях буровые установки CPT могут достигать производительности до 250–300 метров в день.

В буровых установках с прямым выталкиванием используются гидроцилиндры и гидравлический молот для перемещения пробоотборника с полым керном для сбора проб почвы и грунтовых вод. Скорость и глубина проникновения во многом зависят от типа почвы, размера пробоотборника, а также веса и мощности установки. Методы прямого выталкивания обычно ограничиваются извлечением пробы неглубокого грунта из рыхлых грунтовых материалов. Преимущество технологии прямого проталкивания заключается в том, что при правильном типе почвы она может быстро и дешево производить большое количество высококачественных образцов, обычно от 50 до 75 метров в день. Вместо удара, прямой толчок также можно комбинировать с акустическими (вибрационными) методами для повышения эффективности бурения.

Гидравлическое вращательное бурение

Масло бурение скважин использует трехконусные роликовые, твердосплавные сверла, алмазные сверла с фиксированной режущей кромкой или алмазные сверла для износа режущей поверхности. Это предпочтительно, потому что нет необходимости возвращать неповрежденные образцы на поверхность для анализа, поскольку цель состоит в том, чтобы достичь пласта, содержащего нефть или природный газ. Используется крупногабаритная техника, позволяющая проникать на глубины до нескольких километров. Вращающиеся полые бурильные трубы выносят вниз бентонит и барит настоянный буровые растворы для смазки, охлаждения и очистки буровое долото, контролировать забойные давления, стабилизировать стенку скважина и удалить буровой шлам. Буровой раствор возвращается на поверхность по внешней стороне бурильной трубы, что называется кольцо. Исследование обломков породы, извлеченных из бурового раствора, известно как газовый каротаж. Другая форма каротаж является электронным и обычно используется для оценки наличия возможных залежей нефти и газа в скважина. Это может происходить во время бурения скважины с использованием Измерение при бурении инструменты, или после сверления, опускание средств измерения в только что просверленное отверстие.

Вращательная система бурения широко использовалась в Техасе в начале 1900-х годов. Это модификация того, что было изобретено Фовелем в 1845 году и использовалось в первые годы нефтяной промышленности в некоторых нефтедобывающих странах Европы.[4] Первоначально вместо бурового раствора использовалась вода под давлением, которая была практически бесполезна в твердых породах до алмазной резки. Главный прорыв в вращательном бурении произошел в 1901 году, когда Энтони Фрэнсис Лукас совмещали использование буровой установки с паровым приводом и грязи вместо воды в Шпиндель открытие хорошо.[5]

Бурение и добыча нефти и газа могут стать серьезной проблемой. безопасность риск и опасность для среда от возгорания увлеченного газа, вызывающего опасные пожары, а также от риска утечки нефти, загрязняющей воду, землю и грунтовые воды. По этим причинам резервные системы безопасности и высококвалифицированный персонал требуются по закону во всех странах со значительным производством.

Автоматическая буровая установка

Автоматическая буровая установка (ADR) - это автоматизированная полноразмерная шагающая наземная буровая установка, которая бурит длинные боковые секции в горизонтальных скважинах для нефтегазовой промышленности.[6] ADR - это маневренные буровые установки, которые могут перемещаться с кустовой площадки на новую скважину быстрее, чем другие полноразмерные буровые установки. Каждая буровая установка стоит около 25 миллионов долларов. ADR широко используется в Нефтяные пески Атабаски. Согласно «Oil Patch Daily News», «каждая буровая установка будет обеспечивать 50 000 человеко-часов работы на этапе строительства, а после завершения каждая работающая буровая установка будет прямо или косвенно нанять более 100 рабочих». По сравнению с обычными буровыми установками "Ensign, международный подрядчик по оказанию нефтесервисных услуг, базирующийся в Калгари, Альберта, заявляет в ADR, что они" безопаснее в эксплуатации, обладают "улучшенным интеллектом управления", "уменьшенным воздействием на окружающую среду, быстрой мобильностью и улучшенными коммуникациями между поле и офис ».[6] В июне 2005 года первая специально разработанная наклонная автоматизированная буровая установка (ADR) Ensign Rig No. 118 для паровой гравитационный дренаж (SAGD) была мобилизована Deer Creek Energy Limited, нефтесервисной компанией из Калгари.[7]

Пределы технологии

С 19 века технология сверления неуклонно совершенствовалась. Однако существует несколько основных ограничивающих факторов, которые будут определять глубину, на которую ствол скважины может быть погружен.

Все отверстия должны соответствовать внешнему диаметру; диаметр отверстия должен оставаться шире диаметра стержней, иначе стержни не смогут повернуться в отверстии и продвижение не может продолжаться. Трение, вызванное операцией сверления, приведет к уменьшению наружного диаметра бурового долота. Это относится ко всем методам бурения, за исключением того, что при алмазном бурении использование более тонких стержней и обсадных труб может позволить продолжить бурение. Обсадная труба - это просто полая оболочка, которая защищает отверстие от обрушения во время бурения, и изготовлена ​​из металла или ПВХ. Часто алмазные отверстия начинаются с большого диаметра, а когда внешний диаметр теряется, более тонкие стержни вставляются внутрь обсадной колонны, чтобы продолжить, пока, наконец, отверстие не станет слишком узким. Как вариант, отверстие можно рассверлить; это обычная практика при бурении нефтяных скважин, когда размер ствола сохраняется вплоть до следующей точки обсадной колонны.

Для ударных приемов основное ограничение - давление воздуха. Воздух должен подаваться к поршню под давлением, достаточным для активации возвратно-поступательного действия, и, в свою очередь, вбивать головку в породу с достаточной силой, чтобы разрушить и измельчить ее. По мере увеличения глубины в штанговую колонну увеличивается объем, что требует более крупных компрессоров для достижения рабочего давления. Во-вторых, грунтовые воды повсеместно, и увеличивается давление с глубиной в земле. Воздух внутри колонны штанг должен находиться под давлением, достаточным для преодоления этого давления воды на поверхности долота. Затем воздух должен унести фрагменты породы на поверхность. Вот почему глубины, превышающие 500 м для бурения с обратной циркуляцией, достигаются редко, потому что стоимость непомерно высока и приближается к порогу, при котором алмазное бурение более экономично.

При алмазном бурении обычно можно достичь глубины более 1200 м. В тех случаях, когда деньги не являются проблемой, были достигнуты экстремальные глубины, потому что нет необходимости преодолевать давление воды. Однако необходимо поддерживать циркуляцию воды для возврата бурового шлама на поверхность и, что более важно, для поддержания охлаждения и смазки режущей поверхности долота; в то же время уменьшить трение стальных стенок стержней, вращающихся о скальные стенки скважины. При потере возврата воды штанги будут вибрировать, это называется «вибрация штанги», и это приведет к повреждению буровых штанг и трещинам в соединениях.

Без достаточной смазки и охлаждения матрица сверла размягчается. Хотя алмаз - самое твердое вещество из известных, его 10 баллов Шкала твердости Мооса, он должен прочно оставаться в матрице для достижения резания. Также необходимо контролировать вес долота, усилие, оказываемое на режущую поверхность долота буровыми штангами в отверстии над долотом.

Названа уникальная операция по бурению в глубоководных водах океана. Проект Мохол.

Новые нефтепромысловые технологии

Исследования включают технологии, основанные на использовании струя воды, химическая плазма, гидротермальное расщепление или же лазер.

Причины отклонения

Большинство отверстий немного отклоняются от запланированной траектории. Это происходит из-за крутящего момента токарного долота, работающего против режущей поверхности, из-за гибкости стальных стержней и особенно винтовых соединений из-за реакции на слоение и структура внутри скалы, и из-за преломление когда долото перемещается в разные слои горной породы с различным сопротивлением. Кроме того, наклонные скважины будут иметь тенденцию отклоняться вверх, потому что буровые штанги будут прилегать к дну ствола, в результате чего буровое долото будет слегка отклоняться от истинного положения. Именно из-за отклонения просверленные отверстия необходимо обследовать, если отклонение повлияет на полезность возвращаемой информации. Иногда положение поверхности можно сместить в сторону, чтобы воспользоваться ожидаемой тенденцией к отклонению, так что дно отверстия окажется рядом с желаемым местом. При бурении нефтяных скважин обычно используется процесс контролируемого отклонения, называемый направленное бурение (например, при бурении нескольких скважин с одной поверхности).

Буровое оборудование

Простая схема буровой установки и ее основная работа

Буровые установки обычно включают в себя по крайней мере некоторые из следующих элементов: См. Буровая установка (нефть) для более подробного описания.

Оборудование, связанное с буровой установкой, в некоторой степени зависит от типа буровой установки, но (№ 23 и № 24) - это устройства, установленные на устье скважины для предотвращения непреднамеренного выхода жидкостей и газов из буровой установки. скважина. № 23 - кольцевой (часто называемый «Hydril», который является одним из производителей), а № 24 - это трубные плашки и слепые тараны. На месте №24 Плунжеры с переменным диаметром цилиндра или могут использоваться VBR. Они обеспечивают такое же давление и герметизирующую способность, что и стандартные гидроцилиндры для труб, при этом обеспечивая универсальность уплотнения для бурильных труб, эксплуатационных насосно-компрессорных труб и обсадных труб различных размеров без замены стандартных гидроцилиндров. Обычно VBR используются при использовании конической бурильной колонны (когда бурильные трубы другого размера используются в полной бурильной колонне).

  • Центрифуга: промышленная версия устройства, отделяющего мелкий ил и песок от бурового раствора.
  • Контроль твердых частиц: оборудование для контроля твердой фазы предназначено для приготовления бурового раствора для буровой установки.
  • Цепные щипцы: гаечный ключ с отрезком цепи, который оборачивает все, что затягивается или ослабляется. Похож на трубный ключ.
  • Дегазатор: устройство, отделяющее воздух и / или газ от буровой раствор.
  • Desander / илоотделитель: содержит набор гидроциклоны которые отделяют песок и ил от бурового раствора.
  • Буровые лебедки: (# 7) - это механическая секция, содержащая катушку, основная функция которой заключается в наматывании / выкатывании бурового каната для подъема / опускания талевый блок (#11).
  • Сверло: (# 26) - это устройство, прикрепленное к концу бурильной колонны, которое разрушает пробуриваемую породу. Он содержит форсунки, через которые выходит буровой раствор.
  • Бурильная труба: (# 16) соединения полых труб, используемых для подключения наземного оборудования к компоновка низа бурильной колонны (BHA) и действует как канал для буровой раствор. На схеме это «стойки» бурильных труб, которые представляют собой 2 или 3 соединения бурильных труб, соединенных вместе и «стоявших» в вышке вертикально, обычно для экономии времени при спусковая труба.
  • Лифтов: захватное устройство, которое используется для фиксации бурильной трубы или обсадной колонны для облегчения опускания или подъема (трубы или обсадной колонны) в или из скважина.
  • Грязевой мотор: устройство с гидравлическим приводом, расположенное чуть выше сверло используется для вращения долота независимо от остальной бурильной колонны.
  • Буровой насос: (# 4) насос возвратно-поступательного действия, используемый для циркуляции бурового раствора через систему.
  • Грязевые цистерны: (№1), часто называемый грязевыми ямами, обеспечивает резервный запас бурового раствора до тех пор, пока он не понадобится в стволе скважины.
  • Поворотный стол: (# 20) вращает бурильную колонну вместе с прикрепленными инструментами и долотом.
  • Шейкер сланца: (# 2) разделяет буровой шлам из бурового раствора перед его закачкой обратно в скважина.

Профессиональная безопасность

Буровые установки создают определенные проблемы безопасности для тех, кто на них работает. Одной из проблем безопасности является использование ремни безопасности для рабочих, перемещающихся между двумя точками. Число погибших в результате дорожно-транспортных происшествий среди этих рабочих в 8,5 раз выше, чем среди остального работающего населения США, что можно объяснить низким уровнем использования ремней безопасности.[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Смил, Вацлав (2017). Масло - руководство для начинающих. Публикации Oneworld. ISBN  978-1786072863.
  2. ^ а б Хешелоу, Кэти (2010). Инвестиции в нефть и газ: азбука ГЭС. Вселенная. п. 52. ISBN  978-1450261715.
  3. ^ Baars, D.L .; Watney, W.L .; Стиплз, Д. У .; Brostuen, E.A (1989). Нефть; грунтовка для Канзаса (Учебная серия, № 7 изд.). Канзасская геологическая служба. п. 40. Получено 18 апреля 2011. После завершения цементирования обсадной колонны буровая установка, оборудование и материалы удаляются с буровой. Меньшая установка, известная как установка для капитального ремонта или установка для заканчивания скважины, перемещается по стволу скважины. Меньшая установка используется для оставшихся операций заканчивания.
  4. ^ Одно или несколько предыдущих предложений включают текст из публикации, которая сейчас находится в всеобщее достояние: Редвуд, Бовертон (1911). "Нефть ". В Чисхолме, Хью (ред.). Британская энциклопедия. 21 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. С. 316–323.
  5. ^ Головорезы, буровые установки и буровые установки: эволюция технологии бурения нефтяных скважин в Альберте, 1883-1970 гг. Авторы: Сэнди Гоу, Бонар Александр Гоу, Издательство University of Calgary Press, 2005ISBN  1-55238-067-X
  6. ^ а б «Ensign запускает новейшие и самые мощные автоматизированные буровые установки ADR 1500S на площадке Montney Play», Журнал New Tech, Калгари, Альберта, 21 ноября 2014 г., архивировано из оригинал 10 декабря 2014 г., получено 6 декабря 2014
  7. ^ «Первые скважины SAGD Deer Creek и Ensign Spud с использованием наклонной автоматизированной буровой установки». newtechmagazine.com. Архивировано из оригинал на 2014-12-10.
  8. ^ Кра, Жаклин; Унгер, Ричард Л. (7 августа 2013 г.). «Важность безопасности и гигиены труда: создание« супер »рабочего места». Национальный институт охраны труда и здоровья. Получено 16 января 2015.

внешняя ссылка