Устаткування та інструменти для здійснення обертального буріння, Ротор, вертлюг, буровий шланг,

Рисунок 9. Схема бурової установки для глибокого обертального буріння

При обертальному бурінні гірська порода на вибої руйнується долотом, що обертається, на яке передаються осьове навантаження і крутний момент. Зруйнована порода видаляється із вибою потоком рідини, що безперервно подається по колоні бурильних труб. Крутний момент на долото передається або з поверхні від обертача (ротора) через колону бурильних труб (роторне буріння) або вибійного двигуна (турбобура, електробура, гвинтового бура), встановленого безпосередньо над долотом. Осьове навантаження створюється в основному частиною ваги обтяжених (товстостінних) бурильних труб, що знаходяться над долотом, забійного двигуна.

Ротор, вертлюг, буровий шланг, система циркуляції та очищення бурового розчину

Ротор (рисунок 10 - це редуктор, що передає обертання вертикально підвішеній колоні бурильних труб від горизонтального валу трансмісії (таблиця 8).) Ротор застосовують для передачі обертання колоні бурильних труб у процесі буріння, підтримки її на вазі при СПО і допоміжних роботах.

Станина ротора сприймає і передає на основу всі навантаження, що виникають у процесі буріння та при СПО. Внутрішня порожнина станини є масляною ванною. Стіл ротора обертається на підшипниках кочення. При відгвинчуванні долота або для попередження обертання бурильної колони від дії реактивного моменту ротор застопорюють клямкою або стопорним механізмом.

Вертлюг (малюнок 11) застосовують для з'єднання талевої системи з бурильною колоною. Він забезпечує обертання бурильної колони, підвішеної на гаку та подачу через неї промивної рідини (таблиця 5).

Вертлюг складається з двохвузлів - системи деталей, що обертаються і не обертаються. Частину вертлюга, що не обертається, підвішують до підйомного гака, а до частини, що обертається, підвішують бурильну колону.

Рисунок 10. Ротор

Малюнок 11. Вертлюг

3. Брудне манжетне ущільнення

4, 8. Верхня та нижня опори

5. Швидкозбірне з'єднання

6. Основна опора

Для з'єднання з бурильним інструментом на нижній кінець ствола вертлюга нагвинчується перекладач з лівим різьбленням. Подача промивної рідини від нерухомої нагнітальної лінії до вертлюга і далі до бурильних труб, що обертаються здійснюється за допомогою гнучкого гумового шланга (рукова).

Буровий шланг (рукав) складається з внутрішнього гумового шару, кількох шарів прокладок із прогумованої тканини з відповідним числом проміжних шарів гуми, металевих плетінок та зовнішнього шару гуми (рис. 12).

В даний час застосовують бурові шланги, розраховані на тиск 35, 25, 20, 16 та 10 МПа. Бурові шланги випускаються довжиною від 10 до 18 м з умовними внутрішніми діаметрами 63, 80 та 100 мм. Для дуже високих тисків використовують металеві шланги, що складаються з окремих секцій, з'єднаних шарнірно один з одним.

Малюнок 12. Буровий шланг (рукав)

1. Тканинний шар

2. Гумовий шар

3. Металеве обплетення

При циркуляції в свердловині буровий розчин (промивочна рідина):

створює протитиск порового тиску;
очищує забій від вибуреної породи;
формує фільтраційну кірку на стінках свердловини, зміцнюючи нестійкі відкладення. Зменшує вплив фільтрату бурового розчину на породи роз'єднанням пластів, що розбурюються, і відкритого стовбура;
транспортує вибурену породузі свердловини та утримує її у зваженому стані після припинення циркуляції;
передає гідравлічну енергію на вибійний двигун та долото;
попереджає осипи, обвали та ін;
забезпечує якісне розтин продуктивних пластів;
забезпечує змащувальну та антикорозійну дію на буровий інструмент;
охолоджує та змащує долото;
забезпечення охорони довкілля;
запобігає можливості виникнення ускладнень при бурінні (диференціальний прихват, поглинання, нафтогазовиявлення тощо);
забезпечення інформації про геологічне розріз.

Циркуляційна система бурових установок містить пристрої та споруди, які забезпечують промивання свердловин бурових шляхом багаторазової примусової циркуляції бурового розчину по замкнутому колу. Багаторазова замкнута циркуляція дає значну економічну вигоду завдяки скороченню витрат і запобігає забрудненню навколишнього середовища стоками бурового розчину.

При бурінні здійснюється промивання свердловини буровим насосом. Буровий насос призначений для подачі під тиском рідини для промивання в свердловину. Бурова установка 5000/320 ДГУ-1 оснащена трициліндровим насосом УНБТ-950 А. До основних особливостей та відмінностей трициліндрового насоса від двоциліндрового відносяться підвищена лінійна швидкість поршнів (кількість ходів в одиницю часу) і пов'язана з цим необхідність встановлення у всмоктувальній трубі підпірного трьох циліндропоршневих пар односторонньої дії, значно менший ступінь нерівномірності подачі рідини та покращені динамічні характеристики роботи приводної та гідравлічних деталей.

Від бурових насосів промивна рідина подається в буровий шланг ідалі у вертлюг. Пройшовши бурильними трубами вниз, вона з великою швидкістю проходить через отвори в долоті до забою свердловини, захоплює частинки породи, а потім піднімається між стінками свердловини і бурильними трубами.

Рисунок 13. Схема циркуляції бурового розчину

3. Буровий рукав

5. Труба ведуча

6. Гирло свердловини

7. Труби бурильні

8. Кільцевий простір

12. Блок очищення

14. Насос підпірний

Для очищення бурового розчину використовується комплекс різних механічних пристроїв: вібросіту, за допомогою яких видаляються великі частинки (розміром понад 75 мкм); гідроциклонні шламовідділювачі: піско-(40 мкм) та иловідділювачі (25 мкм); сепаратори, центрифуги (5 мкм) Крім того, у найбільш сприятливих умовах перед очищенням буровий розчин обробляють реагентами-флокулянтами, які дозволяють підвищити ефективність роботи очисних пристроїв.

У складі циркуляційної системи апарати повинні встановлюватися за наступним технологічним ланцюжком: свердловина - газовий сепаратор - блок грубого очищення (віброситу) - дегазатор - блок тонкого очищення (піско- та илоотделители, сепаратор) - блок регулювання вмісту та складу твердої фази (центрифуга, ).

Малюнок 14. Вібросіто

2. Приймач із розподільником потоку

5. Вібруюча рама

7. Піддон для збирання очищеного розчину

Головними факторами, що визначають глибину очищення та пропускну здатність віброситу (рисунок 14), є розмір осередків сітки і поверхня, що просіває.

Вібруючі рами розташовуються як у горизонтальній, так і в похилій площині, а їх рух може бути зворотно-поступальним по прямій, еліпсоподібний, круговий і комбінований.

Малюнок 15. Схема гідроциклону

У бурінні гідроциклони використовують відділення грубодисперсного шламу від бурового розчину. Як шламовідділювачі гідроциклони можуть конкурувати навіть з віброситами. Гідроциклонні шламовідділювачі, як правило, непридатні для очищення обтяженого бурового розчину внаслідок великих втрат обтяжувача зі шламом.

Гідроциклон є циліндром, з'єднаним з усіченим перевернутим конусом (рисунок 15). Нижня частина конуса закінчується насадкою для зливу пісків, а циліндрична частина обладнується вхідною насадкою, через яку нагнітається буровий розчин і зливним патрубком, через який відводиться очищений розчин.

Буровий розчин подається насосом через вхідну насадку в циліндричну частину гідроциклону по дотичній до внутрішньої поверхні. Маючи велику швидкість на вході, частинки шламу під дією інерційних сил відкидається до стінки гідроциклону і рухаються до піскової насадки. Тонкодисперсні частинки шламу разом із компонентами бурового розчину зосереджуються в спіралеподібному потоці, що рухається знизу вгору. Потрапляючи в зливальний патрубок, очищений розчин виводиться з циклону, а шлам (піски) переміщається зовнішнім спіралеподібним потоком, що рухається вниз, до піскової насадки і вивантажується через неї разом з деякою частиною бурового розчину.

Гідроциклонні шламовідділювачі поділяють на піско- та иловідділювачі умовно. Пісковідділювачі - це об'єднана єдиним подає і зливним маніфольдом батарея гідроциклонів діаметром 150 мм і більше. Іловідділювачі – це аналогічні пристрої, складені з гідроциклонів діаметром 100 мм і менше. Число гідроциклонів у батареях піско- та иловідділювачів різне.

Ці апарати повинні обробляти весь циркулюючий розчин за будь-якої подачі.бурові насоси. Пропускна здатність пісковідділювача повинна становити 125%, а муловідділювача 150% від максимальної подачі насоса. Це дозволяє гарантувати обробку всього потоку бурового розчину на гідроциклонних шламовідділювачів.

У зв'язку з високою ефективною в'язкістю розчинів на вуглеводневій основі ефективність роботи гідроциклонних апаратів знижується. Для цих розчинів як пісковідділювачі використовують илоотделители. Звичайні илоотделители не застосовують для очищення обтяжених розчинів, оскільки, видаляючи частинки шламу розміром 25 мкм, вони також видаляють практично весь барит з частинками рамером більше 16 мкм і частина бариту з меншими частинками. При очищенні илоотделителем важких розчинів 95% шламу становитимуть великі частинки і одночасно губиться до 50% бариту.

Для очищення обтяжених розчинів застосовуються сепаратори (рисунок 16), які складаються з гідроциклонного илоотделителя (1), встановленого над вібруючою дрібнокомірчастою сіткою, що просіває (2). Обтяжений буровий розчин, очищений за допомогою віброситу, подається відцентровим насосом батарею гідроциклонів, де він поділяється на обтяжений і необтяжений. Неутруднений потік повертається в циркуляційну систему, а обтяжений через піскові насадки потрапляє на тонкокомірчасте вібросито, де частинки шламу, які більші частинок обтяжувача, скидаються у відвал, а решта обтяженого розчину просіюється через вібросито і, повернувшись у циркуля .