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.