За счет чего крутится долото
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Вращение долота осуществляется ротором путем передачи крутящего момента через колонну бурильных труб или с применением забойных двигателей, чаще всего турбобуров, устанавливаемых над долотом и приводимых в действие циркулирующим в скважине буровым раствором. [1]
Вращение долота осуществляется с помощью наземных устройств ( обычно это буровой ротор со своей системой привода) и забойных двигателей. [2]
Вращение долота осуществляется специальными двигателями либо с поверхности земли, либо непосредственно в призабойной зоне. [4]
Вращение долота в скважине без приложения осевой нагрузки ( холостое вращение) сопровождается трением о стенки ствола и буровой раствор. В вертикальной скважине трение долота о стенки происходит вследствие несбалансированности низа бурильного инструмента и вибрации долота. При этом долото может контактировать со стенками ствола в любой его точке. Возникновение на долоте боковой отклоняющей силы при наличии в компоновке низа бурильного инструмента отклоняющего приспособления или же искривленности ствола увеличивает трение долота о стенки скважины и может привести также к ее фрезерованию. В этом случае трение долота о стенки скважины и ее фрезерование происходят в точке, определенной направлением действия боковой отклоняющей силы. [8]
Для вращения долота на забое скважины применяются упомянутые выше механизмы: роторы, турбобуры и электробуры. [10]
Частота вращения долота п 200 об / мин. [14]
Частота вращения долота является вторым важнейшим фактором, определяющим начальную механическую скорость бурения. [15]
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ДОЛОТА
РОТОРЫ
Для вращения долота применяются роторы, турбобуры и электробуры. Рассмотрим схему устройства и работы роторов. Роторы предназначены для передачи вращательного движения бурильной колонне и, следовательно, долоту; для поддержания на весу бурильной колонны во время бурения; при спуско-подъемных и вспомогательных работах и обсадной колонны при спуске ее в скважину. Поэтому роторы должны обеспечивать необходимую частоту вращения долота, а их грузоподъемность должна превышать вес наиболее тяжелой колонны — бурильной или обсадной [9].
Ротор (рис. 2.11) состоит из станины 1, во внутренней полости которой установлен на шариковом подшипнике стол 2 с укрепленным зубчатым коническим венцом, вала 6 с цепным колесом с одной стороны и конической шестерней — с другой, кожуха 5, ограждающего периферийную часть вращающегося стола, вкладышей 4 и зажимов 3 для ведущей трубы.
Диаметр отверстия в столе ротора определяет максимальный диаметр долота, которое может пройти через него. В связи с этим выпускают роторы с различными диаметрами проходного отверстия (от 400 до 700 мм). В центральное отверстие вставляют два вкладыша 4, а внутрь — два зажима 3, В образовавшемся между зажимами отверстии квадратного сечения свободно размещается ведущая труба также квадратного сечения. Поэтому ведущая труба имеет возможность свободно перемещаться вдоль оси ротора и воспринимать вращающий момент от стола ротора.
Для смазки трущихся деталей и отвода тепла, образующегося при работе зубчатых передач и подшипников, в корпус ротора заливается масло.
МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ДОЛОТА
РОТОРЫ
Для вращения долота применяются роторы, турбобуры и электробуры. Рассмотрим схему устройства и работы роторов. Роторы предназначены для передачи вращательного движения бурильной колонне и, следовательно, долоту; для поддержания на весу бурильной колонны во время бурения; при спуско-подъемных и вспомогательных работах и обсадной колонны при спуске ее в скважину. Поэтому роторы должны обеспечивать необходимую частоту вращения долота, а их грузоподъемность должна превышать вес наиболее тяжелой колонны — бурильной или обсадной [9].
Ротор (рис. 2.11) состоит из станины /, во внутренней полости которой установлен на шариковом подшипнике стол 2 с укрепленным зубчатым коническим венцом, вала 6 с цепным колесом с одной стороны и конической шестерней — с другой, кожуха 5, ограждающего периферийную часть вращающегося стола, вкладышей 4 и зажимов 3 для ведущей трубы.
Диаметр отверстия в столе ротора определяет максимальный диаметр долота, которое может пройти через него. В связи с этим выпускают роторы с различными диаметрами проходного отверстия (от 400 до 700 мм). В центральное отверстие вставляют два вкладыша 4, а внутрь — два зажима 3, В образовавшемся между зажимами отверстии квадратного сечения свободно размещается ведущая труба также квадратного сечения. Поэтому ведущая труба имеет возможность свободно перемещаться вдоль оси ротора и воспринимать вращающий момент от стола ротора.
Для смазки трущихся деталей и отвода тепла, образующегося при работе зубчатых передач и подшипников, в корпус ротора заливается масло.
ТУРБОБУРЫ
При турбинном бурении долото приводится во вращение забойным двигателем — турбобуром, преобразующим гидравлическую мощность потока промывочной жидкости, поступающей из бурильной колонны, в механическую работу вращающегося вала турбобура и долота.
Турбобур — многоступенчатая турбина (число ступеней от 25 до 350). Каждая ступень турбины состоит из статора, жестко соединенного с корпусом турбобура, и ротора, укрепленного на валу турбобура. В статоре и роторе поток жидкости меняет направление движения и, перетекая из ступени в ступень, отдает часть гидравлической мощности каждой ступени. В результате мощность, создаваемая всеми ступенями, суммируется на валу турбобура и подводится к долоту. Расчеты показали, что для эффективной работы турбобура необходимо иметь около 100 турбин, т. е. 100 роторов и 100 статоров. С увеличением числа турбин не только повышаются мощность и вращающий момент, но и снижается частота вращения вала турбобура [9].
Проследим путь движения промывочной жидкости. Из бурильной колонны промывочная жидкость через переводник попадает в корпус турбобура, проходит через отверстия в неподвижном подпятнике и поступает в первый статор, а затем в первый ротор турбины, во второй статор и во второй ротор турбины. Так, последовательно переходя из турбины в турбину и через отверстия в двух средних опорах, жидкость попадает внутрь вала турбобура и движется к долоту. Попав на забой скважины через отверстия в долоте, жидкость захватывает обломки выбуренной породы и по затрубному пространству (по пространству между бурильной колонной и стенкой скважины) устремляется вверх к устью скважины.
На базе односекционных турбобуров созданы двух-, трех,-и четырехсекционные турбобуры, имеющие соответственно до 230, 270 и 280 турбин.
Для бурения скважин турбинным способом с отбором керна разработаны колонковые турбобуры (турбодолота), предусматривающие применение съемной грунтоноски. Колонковый турбобур представляет собой турбобур с полым валом, на конец которого навинчивается бурильная головка. В верхней части головки грунтоноски имеется бурт для захвата ее ловителем, спускаемым в бурильную колонну при помощи лебедки. В остальном конструкция колонковых турбобуров аналогична конструкции обычных турбобуров. В России выпускаются турбобуры с наружным диаметром от 102 до 235 мм, что позволяет применять их при бурении скважин долотами различных диаметров.
ЭЛЕКТРОБУРЫ
Электробур — забойный двигатель, предназначенный для передачи долоту вращательного движения. Он состоит из электродвигателя и шпинделя. Вращающий момент двигателя передается на вал шпинделя через зубчатую муфту. Электробур с долотом спускается в скважину на бурильных трубах, которые служат не только для поддержания его на весу, восприятия реактивного момента и подачи забою промывочной жидкости, но и для размещения токоподводящего кабеля.
Электробур (рис. 2.12) состоит из двух основных узлов — электродвигателя и шпинделя. В верхний проводник 13 поступает промывочная жидкость из бурильной колонны и через полости между лубрикаторами 14 и 25 и их корпусом 12 поступает вовнутрь полого вала электродвигателя 1 к долоту. Промывочная жидкость, проходя через отверстие в долоте, подхватывает обломки выбуренной породы по затрубному пространству и поднимает их на поверхность. Защита электродвигателя от влаги осуществляется заполнением внутренней полости маслом под действием поршня лубрикатора 15. Полый вал электродвигателя 1 соединен с полым валом шпинделя 29 зубчатой муфтой 27.
В настоящее время выпускают электробуры с диаметрами корпуса 250, 215 и 170 мм для бурения скважин долотами соответственно диаметрами 295, 243 и 190 мм.
Вращение долота. Проверка знаний
Вопрос 1. Каковы принципиальные отличия роторном бурения и бурения с забойным двигателем?
Ответ. При бурении с забойным двигателем крутящий момент передается на долото от забойного двигателя (турбобура, электробура, винтового двигателя), установленного непосредственно над долотом; при роторном бурении — с поверхности от ротора через колонну бурильных труб.
Вопрос 2. За счет чего приводится во вращение ротор при турбинном бурении?
Ответ. За счет гидравлической энергии потока промывочной жидкости.
Вопрос 3. Каким способом осуществляется питание электродвигателя при бурении с помощью электробура?
Ответ. При бурении с помощью электробура питание электродвигателя осуществляется через кабель, укрепленный внутри бурильных труб. В этом случае вместе с долотом вращается лишь вал электродвигателя, а его корпус и бурильная колонна остаются неподвижными.
Вопрос 4. Каково основное отличие турбобура от ВЗД?
Ответ. Турбобур — гидравлический забойный двигатель, в котором для преобразования гидравлической энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использована многоступенчатая осевая турбина лопастного типа.
Винтовой забойный двигатель (ВЗД) — разновидность забойной гидравлической машины, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию вращательного движения использован винтовой механизм.
Источник: Бурение нефтяных и газовых скважин: учебное пособие / К.А. Карпов
Нефть, Газ и Энергетика
Блог о добычи нефти и газа, разработка и переработка и подготовка нефти и газа, тексты, статьи и литература, все посвящено углеводородам
Вращательное бурение скважин
При вращательном бурении разрушение породы происходит в результате одновременного воздействия на долото нагрузки и крутящего момента. Под действием нагрузки долото внедряется в породу, а под влиянием крутящего момента скалывает ее.
Существует две разновидности вращательного бурения – роторный и с забойными двигателями.
Следовательно, при роторном бурении углубление долота в породу происходит при движении вдоль оси скважины вращающейся бурильной колонны, а при бурении с забойным двигателем – невращающейся бурильной колонны. Характерной особенностью вращательного бурения является промывка
При бурении с забойным двигателем долото 1 привинчено к валу, а бурильная колонна – к корпусу двигателя 2. При работе двигателя вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент вращения корпуса двигателя, который гасится невращающимся ротором (в ротор устанавливают специальную заглушку).
В настоящее время применяют три вида забойных двигателей – турбобур, винтовой двигатель и электробур (последний применяют крайне редко).
По мере углубления скважины бурильная колонна, подвешенная к полиспастной системе, состоящей из кронблока (на рисунке не показан), талевого блока 12, крюка 13 и талевого каната11, подается в скважину. Когда ведущая труба 15 войдет в ротор 16 на всю длину, включают лебедку, поднимают бурильную колонну на длину ведущей трубы и подвешивают бурильную колонну с помощью клиньев на столе ротора.
Затем отвинчивают ведущую трубу 15 вместе с вертлюгом 10 и спускают ее в шурф (обсадную трубу, заранее установленную в специально пробуренную наклонную скважину) длиной, равной длине ведущей трубы. Скважина под шурф бурится заранее в правом углу вышки примерно на середине расстояния от центра до ее ноги. После этого бурильную колонну удлиняют (наращивают), путем привинчивания к ней двухтрубной или трехтрубной свечи (двух или трех свинченных между собой бурильных труб), снимают ее с клиньев, спускают в скважину на длину свечи, подвешивают с помощью клиньев на стол ротора, поднимают из шурфа ведущую трубу с вертлюгом, привинчивают ее к бурильной колонне, освобождают бурильную колонну от клиньев, доводят долото до забоя и продолжают бурение.
Для замены изношенного долота поднимают из скважины всю бурильную колонну, а затем вновь спускают ее. Спуско-подъемные работы ведут также с помощью полиспастной системы.
При подъеме БК развинчивают на свечи и устанавливают их внутри вышки нижними концами на подсвечники, а верхние заводят за специальные пальцы на балконе верхового рабочего. Спускают БК в скважину в обратной последовательности.
Таким образом процесс работы долота на забое скважины прерывается наращиванием бурильной колонны и спуско-подъемными операциями (СПО)для смены изношенного долота.
Затрубное пространство цементируют или бетонируют. В результате устье скважины надежно укрепляется.
К окну в трубе приваривают короткий металлический желоб, по которому в процессе бурения буровой раствор направляется в систему емкостей 18 и далее, пройдя через очистительные механизмы (на рисунке не показаны), поступает в приемную емкость 22 буровых насосов.
Трубу (колонну труб) 7, установленную в шурфе, называют направлением. Установка направления и ряд других работ, выполняемых до начала бурения, относятся к подготовительным. После их выполнения составляют акт о вводе в эксплуатацию буровой установки и приступают к бурению скважины.
Пробурив неустойчивые, мягкие, трещиноватые и кавернозные породы, осложняющие процесс бурения (обычно 400-800 м), перекрывают эти горизонты кондуктором 4 и цементируют затрубное пространство 3 до устья. При дальнейшем углублении могут встретиться горизонты, также подлежащие изоляции, такие горизонты перекрываются промежуточными (техническими) обсадными колоннами.
Пробурив скважину до проектной глубины, спускают и цементируют эксплуатационную колонну (ЭК).
После этого все обсадные колонны на устье скважины обвязывают друг с другом, применяя специальное оборудование. Затем против продуктивного пласта в ЭК и цементном камне пробивают несколько десятков (сотен) отверстий, по которым в процессе испытания, освоения и последующей эксплуатации нефть (газ) будут поступать в скважину.
Сущность освоения скважины сводится к тому, чтобы давление столба бурового раствора, находящегося в скважине, стало меньше пластового. В результате создавшегося перепада давления нефть (газ) из пласта начнет поступать в скважину. После комплекса исследовательских работ скважину сдают в эксплуатацию.
Буровые работы должны выполняться с соблюдением законов об охране труда и окружающей природной среды. Строительство площадки под буровую, трасс для передвижения буровой установки, подъездных путей, линий электропередач, связи, трубопроводов для водоснабжения, сбора нефти и газа, земляных амбаров, очистных устройств, отвал шлама должны осуществляться лишь на специально отведенной соответствующими организациями территории. После завершения строительства скважины или куста скважин все амбары и траншеи должны быть засыпаны, вся площадка под буровую – максимально восстановлена (рекультивирована) для хозяйственного использования.