Система верхнего привода HCI-400 фирмы ТЕСКО-Силовой вертлюг с электроприводом-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Система верхнего привода HCI-400 фирмы ТЕСКО-Силовой вертлюг с электроприводом-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
Обзор конструкций существующих
систем верхнего привода

1.6 Системы верхнего привода Varko.

Система верхнего привода Варко Би Джей в настоящее время является в нефтегазовой промышленности стандартным оборудованием, позволяющим расширить возможности и повысить эффективность буровых операций. Сейчас гамма этих систем расширилась за счёт первой интегрированной буровой системы IDS – 1.
Долгие годы бурение скважин вели с помощью ротора с приводом и ведущей трубы. Десятилетиями бурильную колонну образовывали методом наращивания, используя ротор, ведущую трубу, трубные ключи, клинья, вкладыши. Этот способ оставался неизменным за исключением незначительных усовершенствований, таких как ключ для навинчивания ведущей трубы. Компания “Варк Би Джей” объединила свой опыт с новыми технологиями для разработки новых новаторских систем для вращения бурильной колонны и манипулирование свечами длиной свыше 28 метров. Эти новые системы позволяют на 25% сократить время проводки скважины и способствуют предотвращению прихватов бурильной колонны и иных аварийных ситуаций.
Жизнеспособность концепции верхнего привода проверена на более чем 300 морских и специализированных буровых установках. Что касается автоматизации буровых установок, верхний привод позволяет использовать автоматизированное оборудование для спуско-подъёмных операциях. Это исключает необходимость автоматизировать операции по свинчиванию и развинчиванию ведущей трубы. Самые первые попытки автоматизации буровых установок, предпринятые ещё в 60-х годах прошлого столетия, подтвердили правильность этого основного принципа.
Широкому применению верхнего привода на наземных буровых установках препятствовали трудности, связанные с монтажом, демонтажом и внесением изменений в конструкцию буровой мачты, необходимых для размещения направляющих рельсов. Чтобы исключить эти трудности, “Варк Би Джей” разработала интегрированную буровую систему с торсионной трубой вместо обычных направляющих рельсов и связей.
IDS – 1 делает ненужными дорогостоящие изменения конструкции буровой вышки и направляющие рельсы, а также в ней сочетаются минимальная рабочая высота с минимальным просветом, что на данный день делает эту систему самой малогабаритной системой верхнего привода. Малые габариты в сочетании с тем фактом, что крутящий момент не передаётся буровой вышке, делает эту систему приемлемой для большинства нынешних буровых установок.
В интегрированной буровой системе “Варк Би Джей” используется новая, патентованная торсионная труба и проверенная практикой планетарная передача с кинематическим передаточным отношением 6 : 1, которая находится в эксплуатации почти тридцать лет. При разработке системы особое внимание уделялось лёгкости монтажа и демонтажа, чтобы удовлетворить требования рынка наземных буровых установок или владельца (подрядчика) нескольких буровых установок, на которых не требуется наличие верхнего привода одновременно на всех буровых установках.
Поток бурового раствора проходит через специальную высокопрочную втулку внутри полого вала и планетарной передачи со встроенным вертлюгом. Благодаря этому габариты системы сводятся к минимуму, так что IDS – 1 можно смонтировать даже в небольших телескопических мачтах.
Новая, запатентованная торсионная труба передаёт реактивный буровой крутящий момент обратно подвышечному основанию, а не самой вышке. Благодаря этому IDS – 1 для наземных буровых установок или для установок на баржах во внутренних водах.
Трубный манипулятор обеспечивает расстановку свечей длиной 93 фута (28,346 метров) и их свинчиване и развинчивание с буровым электродвигателем. В состав трубного манипулятора входят: штропный переводник, механизм отклонения штропов, противомоментные стопоры и вертлюжная головка, высокомоментный ключ и элеватор. Штропный переводник главный вал (приводной ствол над заплечиками этого вала) ствола. Противомоментные стопоры удерживают штропный переводник от контакта с заплечиком во время бурения.
Противомоментные стопоры располагаются между вертлюжной головкой и плитой штропного переводника. Штропный переводник опирается на эту плиту, а вертлюжная головка крепится болтами к картеру планетарной передачи (коробки скоростей). Элеватор подвешивается к штропному переводнику на двух штропах, которые можно отклонять от вертикали, обеспечивая захват труб элеватором. Когда элеватор несёт вес захваченной трубы, штропный переводник садится на заплечик главного вала (приводного ствола), так что нагрузка передаётся через главный вал подшипниковой опоре вертлюга. Высокомоментный ключ независимо подвешивается к вертлюжной головке.
Высоконадёжная интегрированная буровая система IDS – 1 отличается большей эффективностью с точки зрения вращения бурильной колонны и манипулирования свечами труб.
Данная система отличается большей мощностью, чем привод ротора и при этом вполне сочетается с существующим обычным оборудованием.
Данная система осуществляет спуск и подъём бурильных труб, непрерывную циркуляцию очистного агента, вращение и спуск обсадных колонн, а также обеспечивает расширение ствола скважины снизу вверх в случае прихвата бурильной колонны.
Дуровой рукав соединяется с вертлюгом специальной S – образной трубой. Гидравлическая жидкость и сжатый воздух подводятся по связке рукавов, а связка кабелей включает в себя силовые кабели постоянного тока и кабели управления переменного тока. На пульте бурильщика имеется панель с органами управления уникальными функциями IDS – 1.



1.6.1 Бурение на шельфе
Первоначально, системы верхнего привода разрабатывались фирмой Varko для бурения на шельфе, где потребность в надёжной и устойчивой системе диктовалась как природными условиями, так и новыми требованиями технологии бурения. Со временем, увеличение глубины скважин, внедрения технологии наклонно-направленного бурения, разработка высокоскоростных буровых долот, сделали преимущества системы верхнего привода при бурении на шельфе ещё более явными. Предвидя тенденции развития и задачи, стоящие перед нефтегазодобывающей промышленностью, и предлагая заказчикам верхнеприводные системы, работающие от сети как постоянного, так и переменного тока, компания Varko продолжает изыскивать пути повышения производительности и эффективности ведения буровых работ на шельфе.

1.6.2 Бурение на суше
Ответом Varko на новые требования, предъявляемые к бурению на суше, стала линия компактных и мощных верхних приводов, работающих от сети переменного тока. Характерными особенностями каждой модели являются непритязательность в обслуживании, компактность, высокая степень надёжности и низкие эксплуатационные затраты. Верхние привода данной конструкции обладают высокой мобильностью, могут переноситься с одной буровой установки на другую, причём монтаж и демонтаж выполняется в течении нескольких часов. Работа от сети переменного тока позволяет развивать скорость вращения и крутящий момент в таких значениях, при которых обеспечивается наиболее эффективное бурение в различных условиях.
Встроенная гидравлическая система снижает угрозу загрязнения окружающей среды и утечки рабочих жидкостей. Такие гидравлические системы устраняют лишние контуры для прохождения жидкостей, а также необходимость слива и последующей заправки гидравлической системы при перемещении буровой установки.

1.6.3 Система верхнего привода HCI фирмы ТЕСКО

Система верхнего привода типа HCI является наиболее универсальной в гамме продукции компании “Теско”.
Система достаточно компактна, чтобы размещаться в большинстве выпускаемых буровых вышек, рассчитанных на бурение двух- и трёхтрубками, как на суше так и на море. По своим рабочим характеристикам и возможостям при манипулировании трубами система HCI пригодна для бурения скважин средней и большой глубины.
Для питания HCI используются гидростатические приводы, включющие в себя проверенные в промышленной эксплуатации первичные двигатели и собственную серию гидронасосов и фильтрующего оборудования.
Систему HCI можно снабдить одним из нескольких вертлюгов, выдерживающих нагрузку от бурильных и обсадных колонн в 453, 589 и 680 тонн.
Рабочие характеристики приводного полого вала можно привести в соответствие с требованиями заказчика, меняя передаточные отношения и выбирая подходящее приводное оборудование. При необходимости стандартный полый вал, рассчитанный на 453 тонны можно без особого труда заменить на вал грузоподъёмностью 589 тонн.
Эксплуатационные преимущества:
1. На монтаж всей системы требуется менее одного дня. В большинстве случаев буровые установки, на которые требуется установить данное оборудование, не требуют модификаций.
2. Система HCI снабжена индивидуальным источником мощности.
3. Механизм отклонения штропов элеватора, выдвижение, отвод для свинчивания в шурфе, поворот трубного манипулятора на 360 градусов, захват. Захват выполняет роль удерживающего ключа при докреплении или раскреплении, может работать с замками, имеющими наружный диаметр от 3-х до 8-3/4 дюйма.
4. Наличие противоразбрызгивателя и предохранительного клапана.
5. Верхний привод HCI имеет двухдвигательный манифольд, что позволяет выбирать подачу гидромотора.
6. Специальная конструкция торсионной направляющей, которая проста в монтаже и не требует особого технического обслуживания.
7. Для транспортировки всей системы HCI достаточно трёх стандартных контейнеров для морских перевозок.

1.7.Выводы

Набор бурового оборудования представляет из себя комплект отработанных конструкций, взаимосвязанных между собой и использованных на практике.
При этом, в отличии от применяемых в практике бурения импортных систем:
- комплекс механизмов типа имеет один механизм расстановки свечей, управляемый оператором, расположенным в кабине на площадке подсвечника;
- захват свечи осуществляется за тело трубы, следовательно, имеется возможность (в определенных пределах) применять не калиброванные по длине бурильные трубы;
- управление механизмами при СПО осуществляется тремя членами буровой бригады, а именно:
• Бурильщик- буровой лебедкой, ПКР, и полуавтоматическим элеватором;
• пом. бурильщика- буровым ключом;
• верховой рабочий- верхним механизмом расстановки свечей, защелками магазина, подъемным цилиндром.
- магазин для свечей с защелками, механизм захвата свечи и автоматический элеватор имеют встроенные системы обогрева, что при эксплуатации в зимних условиях не позволяет им подвергаться обледенению;
- при выходе из строя СВП и переходе на бурение с использованием традиционного бурового вертлюга с квадратной ведущей трубой, возможно, оперативно заменить на талевом блоке СВП на автоматический элеватор, что позволяет экономить на времени свинчивания и разворачивания свечи с колонной бурильных труб 30-40 % от всего времени спуско-подъемных операций;
- магазин для свечей имеет одну секцию для свечей из УБТ с защелками для каждой свечи; остальные секции запираются одной защелкой каждая, что упрощает систему управления;
- комплекс механизмов типа по своей конструкции имеет ограниченное применение узлов с гидроприводом, что так же упрощает конструкцию и эксплуатацию бурового оборудования.[28], [30].

Системы верхнего привода (СВП) буровых установок получили широкое распространение в мировой практике. Общее количество действующих СВП превышает 600 комплектов, из которых около 100 используются в наземных буровых установках, остальные для бурения на море. Широкое внедрение в мировую практику верхнего привода объясняется его преимуществами при проводке вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
Необходимость добычи нефти и газа при наименьших затратах привело к распространению горизонтального бурения. Горизонтальное бурение потребовало новой технологии проводки скважин с учетом резкого увеличения риска возникновения аварийных ситуаций. Для сведения аварий к минимуму и появились СВП
Исходные данные:
Глубина скважины – 3500 м.
Длина скважины – 3907 м.
Максимальная грузоподъемность на крюке – 2000 кН
Зенитный угол – 30 °
Длина вертикального участка – 700 м.
Диаметр эксплутационной колонны – 168 мм.
Радиус искривления – 450 м.
Отклонение – 1547 м.
При проведении вертикальных скважин, сложных по геологическим условиям и с большой степенью вероятности обрушения разбуриваемых пород, и как следствие этого с возможным прихватом бурового инструмента и всей колонны бурильных труб, а также при проведении наклонно-направленных и горизонтальных скважин стало необходимо применение механизмов, способных обеспечить возможность подъёма или спуска колонны бурильных или обсадных труб с одновременной подачей на забой промывочной жидкости. При этом время, которое затрачивается на простой, связанный с необходимостью наращивания или отворачивания очередной свечи должно быть минимальным для уменьшения вероятности возникновения аварийной ситуации. Одним из таких механизмов, обеспечивающих требования технологии проводки сложных скважин, является система верхнего привода.
Система верхнего привода (СВП) или как их ещё называют: силовые вертлюги буровых установок получили широкое распространение в мировой практике. Внедрение верхнего привода объясняется его неоспоримыми преимуществами при проводке сложных скважин.
По своей конструктивной сути, СВП является механизмом, совмещающем в себе функции вертлюга с ведущей бурильной трубой, талевого блока и ротора.
При бурении скважин, ствол системы верхнего привода свинчивается непосредственно с колонной бурильных труб и передаёт вращение от собственного электродвигателя через коробку передач бурильной колонне. Свинчивание бурильной колонны производится электродвигателем, а труба бурильной колонны удерживается за замковую муфту трубным зажимом. Система верхнего привода также осуществляет подачу промывочной жидкости от гибкого бурового рукава во внутреннее пространство бурильной колонны через сальник-вертлюг, для последующей передачи промывочной жидкости на забой, для очистки последнего от выбуренной породы.
Системы верхнего привода явились одним из главных технических достижений в области бурения скважин. Основным преимуществом таких систем явилось значительное сокращение затрат времени на проводку скважины. В частности, появление возможности бурения свечами длиной до 27 метров и более позволило сократить время на промежуточные наращивания отдельных бурильных и обсадных труб либо свечей незначительной длины.
При бурении с отбором керна бурение на всю длину свечи без наращивания однотрубками улучшает качество кернов и уменьшает число рейсов.
Система верхнего привода позволяет в любой необходимый момент времени при спуске или подъёме инструмента расхаживать стенки скважины при вращении бурильной колонны и прокачке очистного агента, тем самым предотвращая прихват инструмента и колонны бурильных труб. Необходимо отметь такую важную деталь, что расширение скважины возможно не только традиционным способом, подавая инструмент вниз, но и при подъёме.
Система верхнего привода оснащена встроенным механизированным шаровым краном, управляемым с пульта бурильщика, что обеспечивает быстрое реагирование на нефте-газопроявления в скважине при вскрытии продуктивного нефтегазоносного пласта.
Наличие механизированного шарового крана позволяет при бурении или спуске- подъёме быстро предотвратить выброс из скважины, при этом буровая бригада в этом не участвует, так как вся операция производится непосредственно самим бурильщиком.
В система верхнего привода при свинчивании резьбовых соединений бурильной или обсадной колонны имеется возможность достаточно точного регулирования момента затяжки замковых соединений, что способствует лучшему управлению и увеличению срока службы труб бурильной колонны.
Преимущества систем верхнего привода:
1. Экономия времени на наращивание труб при бурении.
Наращивание колонны бурильных труб свечой длиной 28 м позволяет устра¬нить каждые два из трех соединений буриль¬ных труб.
2. Уменьшение вероятности прихватов бурового инструмента.
Силовой вертлюг позволяет в любой не¬обходимый момент времени при спуске или подъеме инструмента элеватором в течение 2..3 минут соединить с бурильной колонной и восстановить циркуляцию бурового рас¬твора и вращение бурильной колонны, тем самым предотвратить прихват инструмента.
3. Расширение (проработка) ствола скважины не только при спуске, но и при подъеме инструмента.
4. Повышение точности проводки сква¬жин при направленном бурении.
При использовании отклонителя с гид¬равлическим забойным двигателем для изме¬нения угла скважины свечу можно удержи¬вать в заданном положении по всей длине све¬чи, что приводит к лучшей ориентации колон¬ны и меньшему числу контрольных съемок.
5. Повышение безопасности буровой бригады.
Возможность вести наращивание све¬чой, а не однотрубкой снижает число используемых соединений, что уменьшает ве¬роятность несчастных случаев.
6. Снижение вероятности выброса флю¬ида из скважины через бурильную колонну.
Наличие механизированного сдвоенно¬го шарового крана (внутреннего превентора) позволяет быстро перекрыть внутреннее от¬верстие в колонне, тем самым предотвра¬тить разлив бурового раствора при отсоеди¬нении ствола силового вертлюга от свечи. Вся операция проводится бурильщиком без участия буровой бригады.
7. Облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счет вращения.
Возможность вести спуск обсадной ко¬лонны с вращением и промывкой обсадных труб при добавлении специального перевод¬ника для обсадных труб.
8. Повышение качества керна.
Бурение на всю длину свечи без нара¬щивания однотрубками улучшает качество кернов, снижает число рейсов.
9. Обеспечение точного крутящего мо¬мента при свинчивании и докреплении резьб.
Использование электродвигателя посто¬янного тока дает возможность получить точ¬ный и плавно меняющийся вращательный мо¬мент докрепления для каждого соединения, что увеличивает срок службы бурильной свечи.
Расчеты:
Расчёт конструкции скважины………………………………………….….46
2.2 Расчёт компоновки бурильной колонны………………………………………..48
2.3 Расчёт при бурении СВП……………………………………………….………..49
2.4 Выбор класса буровой установки по допускаемой нагрузке на крюке……….52
2.5 Расчет долговечности основной опоры вертлюга………………………………54
2.5.1 Расчет долговечности основной опоры вертлюга с использованием компьютерной программы…………………….………………56
Расчёт зубчатых передач редуктора…………………………………………………61
2.8 Гидравлический расчет промывки скважины………………………………..…72
Расчёт ствола вертлюга……………………………………………………………….85
Определение экономического эффекта……………………………………………..102
Расчет освещения рабочей площадки……………………………………………....115
Чертежи:
1. Общий вид системы верхнего привода – 2л
2. Вертлюг-Редуктор – 2л
3. Трубный манипулятор – 1л
4. Деталировка СВП – 1л
5. Деталировка редуктора – 1л
6. Трубный зажим – 1л
7. Кран шаровой механизированный – 1л
8. Дисково-колодочный тормоз – 1л
9. БЖД – 1л
10. Экономика - 1л