Оптимизация монтажа и цикла работы стационарной буровой установки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова”

 

УДК Инв. №_________

Утверждаю Руководитель направления 151000.68 д.ф-м.н, профессор _________________ А.В. Алиев  __.__.15 г.

 

 

 

Оптимизация монтажа и  цикла работы стационарной буровой установки

Магистерская диссертация на соискание степени

магистр по направлению подготовки

151000.68 “Технологические машины и оборудование”

 

Руководитель

к.т.н., доцент                  А.Н. Терентьев

 

Исполнитель

магистрант группы М04-662-1                А.А. Шеногина

 

 

Ижевск 2015

Цель работы. Разработка оптимального метода для решения вопросов выбора типа бурового оборудования, его комплектности и расположения для конкретных условий бурения скважин, при затрачивании приемлемых средств и времени.

Актуальность работы. В добывающей промышленности для добычи полезных ископаемых требуется бурить глубокие скважины. Для бурения таких скважин применяются тяжелые буровые установки. Перед промышленниками стоит задачи повышение уровня добычи полезных ископаемых. Решением задачи в значительной степени зависит от  применяемого бурового оборудования, надежности и долговечности, а также его эксплуатационных характеристик. Огромную роль на экономические показатели при разработке месторождений влияет качество строительства и бурения скважин. Процессы бурения скважин на прямую зависит от технико-экономических показателей, которые  в сравнительной степени зависят от рационально подобранного бурового оборудования, его способа расположения и комплектности.

В настоящее время на обустройство скважин и постановку оборудования уходят многие месяцы, а также тратятся  значительные средства. Современная комплектная буровая установка содержит в себе множество самых различных механизмов, конструкций, сооружений обеспечивающих оптимальное бурение, таких как: многоскоростной подъемный комплекс, насосную группу высокого давления, силовое электрооборудование, дизель-гидравлические агрегаты, мощные механические трансмиссии, устройства, автоматизирующие процессы бурения, инженерные сооружения, транспортные устройства и т.д. Все компоненты требует точной наладки и установки, из чего следует актуальная проблема, как в кратчайшие сроки, при минимальных расходах качественно установить буровую установку на месторождение

Практическая ценность. Предложенный метод выбора бурового оборудования, определение его комплектности  позволяет более рационально использовать буровое оборудование, повысить прибыль и уменьшить затраты при обслуживании скважин и месторождения, оптимально использовать выделенные средства и время, увеличить эффективность работы скважины, уменьшить период окупаемости скважины.

Методы исследования.

Результаты выносимые на защиту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение……………5

1. Буровые установки………….7

1.1 Требования предъявляемые  к буровым установкам……….8

1.2 Классификация буровых установок…….13

1.3 Технический уровень  современных буровых установок, выпускаемых в Российской Федерации………………………16

1.4 Цикл работы буровой установки……….19

2. Монтаж  бурового оборудования………..23

2. 1. Цикл сооружения скважин  и основные рабочие операции при бурении……….25

2.2.Освоение монтажной  площадки……….27

2.3. Строительство фундаментов……..29

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Буровые процессы одни из самых сложных в своем исполнении. На  бурение одной скважины необходимо потратить много сил, времени, денег.  На сегодняшний день бурение нефтяных и газовых скважин, добыча нефти являются одними из самых прибыльных, трудоемких, дорогостоящих процессов в мире, но все же окупаемых с лихвой.

Добычу нефти и газов можно классифицировать по многим направлениям., таким как строительство и обустройство скважин, ремонт бурового оборудования, производство бурового оборудования, геолого и сейсморазведка  и так далее. Благодаря многогранности процессов, нефтедобыча является одним из самых популярных и прибыльных бизнесов настоящего времени.

Для того чтобы прибыль превысила затраты ведутся различные мероприятия по модернизации оборудования, сокращения сроков строительства и монтажа, уменьшение стоимости работ, увеличение работоспособности оборудования.

Монтаж, как начальный процесс освоения скважины, является одним из самых дорогостоящих и трудоемких процессов. В связи с этим ведутся различные исследования и разработки по поиску наиболее эффективных и экономически выгодных мероприятий по монтажу буровых установок.  В настоящие время буровые установки становятся все более мобильными и многофункциональными. Также ведутся разработки наиболее эффективных методов обустройства, подготовки площадок для оборудования и монтажа буровых установок.

Строительные мероприятия в этом направлении набирают все больше обороты. Прослеживается соотношение цена- трудоемкость, чем дороже мероприятие тем быстрее оно, либо дешевле , но больше времени занимает работа. Каждое предприятия выбирает наиболее подходящий метод. На смену устаревшим экономичным, но времязатратным методам приходят более усовершенствованные, но и более дорогостоящие.

Развитие области строительства и обустройства скважин, а также монтажа буровой установки прибыльно и эффективно упрощает процесс добычи. Поэтому я считаю что данная проблема требует широкого обзора и развития непосредственно мероприятий и процессов связанных с обустройством скважин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Буровые установки

Буровая установка − это комплекс буровых машин, механизмов

и оборудования, смонтированный на точке бурения и обеспечивающий с

помощью бурового инструмента самостоятельное выполнение технологических операций. Современные буровые установки включают в себя следующие составные части:

-буровое оборудование (талевый механизм, насосы, лебедка, вертлюг,

ротор, привод, топливомаслоустановка, дизель-электрические станции,

пневмосистема);

-буровые сооружения (вышка, основания, сборно-разборные  каркасно-

панельные укрытия);

-оборудование для  механизации трудоемких работ (регулятор  подачи 

долота, механизмы для автоматизации спускоподъемных операций, пневма-

тический клиновой захват для труб, автоматический буровой ключ,

вспомогательная лебедка, пневмораскрепитель, краны для ремонтных

работ, пульт контроля процессов бурения, посты управления);

-оборудование для  приготовления, очистки и регенерации  промывочно-

го раствора (блок приготовления, вибросита, песко- и глиноотделители,

подпорные насосы, емкости для химических реагентов, воды и промывоч-

ного раствора);

-манифольд (нагнетательная линия в блочном исполнении, дроссельно-

запорные устройства, буровой рукав);

-устройства для  обогрева блоков буровой установки (теплогенераторы,

отопительные радиаторы и коммуникации для разводки теплоносителя).

 

 

1.1 Требования предъявляемые к буровым установкам

Основные требования,  предъявляемые к буровым установкам, определяются условиям при которых осуществляется бурение. В первую очередь следует учитывать следующие факторы: природно-климатические и геологические; отдаленность от ремонтных баз и источников энергии; частоту перемещения на новые точки бурения; загазованность окружающей среды, загрязненность рабочих мест буровым промывочным раствором; необходимость обеспечения бесперебойного процесса бурения для устранения возможных осложнений в стволе скважины; высокую абразивность и коррозионную активность бурового промывочного раствора; стесненность рабочих мест и др.

Требования к буровым установкам разделяются на  технические, эксплуатационные, технологические, экономические, социальные и специальные.

Технические требования заключаются в том, чтобы конструкция буро-

вой установки отвечала новейшим достижениям науки и техники, а ее параметры соответствовали мировым стандартам. Машины и оборудование

имели бы высокий коэффициент полезного действия (КПД), достаточную

прочность, надежность и долговечность.

Эксплуатационные требования состоят в том, что в процессе эксплуатации работоспособность буровой установки будет поддерживаться проведением технического обслуживания и ремонтов. С этой целью необходимо

обеспечить высокую ремонтопригодность буровой установки, т.е. доступность ее агрегатов для технического обслуживания и ремонта, возможность контроля технического состояния и замены быстроизнашивающихся узлов и деталей.

Технологические требования связаны с материальными и трудовыми

затратами на изготовление буровых установок. К ним относятся:

-простота конструкции  машин, достигаемая максимальным  упрощением 

их структурной схемы;

-простота форм  деталей, рациональный выбор материала  и способа получения заготовок  с целью экономии материала;

-оптимальные точность  изготовления и шероховатость  поверхности,

уменьшение размеров обрабатываемых поверхностей;

-правильный выбор  допусков и посадок, обеспечивающий  взаимодействие деталей, взаимозаменяемость, соблюдение их размера для  устранения 

подгоночных работ при сборке;

-максимальное использование  стандартных и унифицированных  узлов 

и деталей;

-уменьшение номенклатуры  режущего и крепежного инструментов,

используемых при механической обработке и сборке.

Экономические требования связаны с необходимостью обеспечения

минимальных производственных и эксплуатационных расходов, определяющих эффективность буровой установки. В сфере производства экономические требования удовлетворяются технологичностью конструкций, позволяющей при заданном объеме выпуска и конкретных производственных возможностях изготовить машину при наибольшей производительности труда и наименьшей себестоимости. Важное экономическое требование –экономия металла и других материалов путем снижения материалоемкости машин и оборудования. К эксплуатационным экономическим показателям относятся производительность механического бурения и спускоподъемных операций, время, затрачиваемое на подготовительно-заключительные, вспомогательные и ремонтные работы.

К социальным требованиям относятся безопасность работы, легкость управления и обеспечение нормальных условий труда для обслуживающего

персонала. Социальные требования должны рассматриваться как обязательные вследствие того, что условия работы буровиков относятся к тяжелым и опасным.

Специальные требования связаны с условиями работы буровых установок. Компоновочные схемы и расположение машин и всей установки выбираются с учетом удобств управления и обслуживания, а также ограничений в занимаемой площади, что особенно важно для работы в море и на пересеченной местности. Масса буровых машин должна соответствовать

грузоподъемности промысловых кранов и транспортных средств. Буровая

установка должна разбираться на транспортабельные и легко демонтируемые узлы. Электрооборудование должно иметь взрывобезопасное исполнение.  

Буровые установки для разработки и разведки нефтяных и газовых месторождений в общем виде включают в себя:

- Спускоподъемное оборудование (кронблок, лебедка, крюкоблок)

- Циркуляционное оборудование (буровые насосы, вертлюги, емкости, манифольды)

- Буровые сооружения (буровые вышки, мостики, основания вышки, стеллажи)

- Противовыбросное оборудование

- Оборудование для приготовления  буровых растворов (шламовые насосы, гидроворонки, гидромешалки)

- Силовое оборудования для привода  лебедки, буровых насосов, ротора (дизельные  двигатели, электрические двигатели)

Все буровые установки комплектуются приводом главных механизмов (дизельный с механической трансмиссией или электрический с цифровой системой плавного регулирования)

В некоторых случаях возможна комплектация независимым приводом ротора

Кинетическая основа буровой установки - подъемный механизм 
Подъемный механизм запускается при возникновении динамической нагрузки. 
Динамические нагрузки возникают при спускоподъемных операциях вследствие действия ускорения или замедления, а также упругих колебаний, создаваемых во время переходных процессов.

 
В качестве источников динамических нагрузок выступают толчки и удары, возникающие при подхвате колонны труб и переходах талевого каната на последующий слой навивки. Динамической нагрузке также могут способствовать зазоры и монтажные смещения в сочленениях узлов и деталей подъемного механизма и его привода.

 

Рис 1. Схема буровой установки. 1 - долото;2 - наддолотная утяжеленная    бурильная труба;3 - переводник; 4 - центратор; 5 - муфтовый переводник; 6,7 - утяжеленные бурильные трубы; 8 - переводник; 9 - предохранительное кольцо; 10 - бурильные трубы; 11 - предохранительный переводник; 12,14 - переводники штанговые нижний и верхний; 13 - ведущая труба; 15 - переводник вертлюга; 16 - вертлюг; 17 - стояк; 18 - шланг; 19 - крюк; 20 - талевый блок; 21 - вышка; 22 - кронблок; 23 - редуктор; 24 - лебедка; 25 - ротор; 26 - шламоотделитель; 27 - буровой насос.

 

1.2 Классификация буровых установок

Буровые установки применяются как для бурения на суше, так и для бурения на воде.

 По назначению буровые  установки классифицируют на  две категории: для бурения на  суше и для морского бурения (морские буровые комплексы). По способу передвижения  буровые установки делятся на: а) самоходные, б) несамоходные. По виду работ на: а)для  разведочного бурения, б) для эксплуатационного бурения.