Бурение нефти и газа — это сложный промышленный процесс, в котором используется широкий спектр специализированного оборудования: от самой наземной буровой установки до скважинных инструментов, добывающих углеводороды. Понимание функций каждого компонента имеет важное значение для инженеров-нефтяников и буровых инженеров. В этой статье представлен всесторонний обзор бурового оборудования, основных систем буровых установок, распространенных скважинных инструментов и различных классификаций буровых установок, используемых на суше и на море.
Что такое бурение?
Бурение — это процесс создания скважины (скважины) на поверхности земли для доступа к подземным запасам нефти или природного газа. Это достигается с помощью специальной конструкции, называемой буровой установкой, которая вращает буровое долото, чтобы проникнуть в слои породы и почвы. Долото соединено с буровой установкой длинной металлической трубой, известной как бурильная труба, по которой также циркулирует буровой раствор, выносящий шлам обратно на поверхность.
Что такое нефтяная буровая установка?
Нефтяная буровая установка — крупное сооружение, оснащенное оборудованием для добычи и переработки нефти и газа из глубоких недр земли, часто расположенное в океанах или крупных водоемах (морские буровые установки). Он состоит из платформы, построенной на столбах или поплавках, на которой размещено оборудование и персонал. В высокой башне, называемой вышкой, размещается буровое оборудование, а в землю вводится длинная металлическая труба (бурильная колонна) для добычи углеводородов из подземных резервуаров.
Основные системы бурового оборудования
Понимание ключевых систем буровой установки имеет основополагающее значение для понимания ее общих функций.
- Подъемная система и лебедки:Отвечает за подъем и опускание бурильной колонны и других инструментов в ствол скважины. Буровая лебедка состоит из большой катушки, намотанной на буровой канат, а также комплекта тормозов для контроля скорости и движения.
- Вращающаяся система:Обеспечивает вращательное движение бурильной колонны и бурового долота на забое скважины. Эта система обычно включает в себя поворотный стол или верхний привод, который обеспечивает необходимый крутящий момент, а также ведущую ведущую трубу или систему верхнего привода для передачи вращения от буровой установки на бурильную колонну.
- Циркуляционная система:Необходим для перекачивания бурового раствора (раствора) вниз по бурильной колонне и обратно на поверхность. Он включает в себя буровые насосы, которые перекачивают жидкость из буровых ям в бурильную колонну, и резервуары для бурового раствора, которые хранят и обрабатывают жидкость перед ее закачкой в скважину. Различные клапаны и коллекторы контролируют поток жидкости.
- Система питания:Обеспечивает энергию, необходимую для работы всех компонентов буровой установки. Обычно это дизельные двигатели или электродвигатели, которые приводят в действие лебедку, буровые насосы и другое оборудование. Генераторы подают электроэнергию для освещения, отопления и других электрических систем на буровой установке.
- Система безопасности и контроля скважины (предотвращение выбросов):Предотвращает неконтролируемые утечки нефти или газа из скважины. Эта система включает в себя противовыбросовые превенторы (ПВП)-большие клапаны, установленные на устье скважины для герметизации скважины в случае выброса или выброса-а также сигнализацию, датчики и устройства аварийного отключения.
Общие скважинные инструменты и компоненты
Ниже приводится список распространенных инструментов для бурения и добычи, используемых при эксплуатации скважин, каждый из которых выполняет определенную функцию:
| Инструмент/Компонент | Функция |
|---|---|
| Уздечка | Поддерживает и распределяет вес полированного стержня, снижая нагрузку на наземное оборудование. |
| Зажим для полированного стержня | Фиксирует полированный стержень, предотвращая его перемещение во время работы. |
| Направляющий стержень | Удерживает полированную штангу и насосную штангу на одном уровне, обеспечивая плавную и эффективную работу. |
| Полированный стержень | Длинный гладкий стержень, соединяющий поверхностную насосную установку со скважинным насосом, передающий мощность. |
| Сальниковая коробка | Уплотняет полированный шток, предотвращая утечку скважинной жидкости на поверхность. |
| Предохранительный клапан | Сбрасывает избыточное давление из сальника, предотвращая повреждение оборудования. |
| Линия потока | Труба, транспортирующая добываемые жидкости от устья скважины к производственным объектам. |
| Трубчатая головка | Компонент, установленный над головкой обсадной колонны, обеспечивающий защитный кожух для НКТ и герметизирующий-кольцевое пространство НКТ. |
| Головка обсадной колонны | Устанавливается сверху обсадной колонны, фиксируя и герметизируя обсадную колонну в стволе скважины. |
| Полированная штоковая муфта | Соединяет полированную штангу с колонной насосных штанг, передавая мощность с поверхности на скважинный насос. |
| Поверхностная труба | Секция трубы, установленная на поверхности для обеспечения структурной поддержки устьевого оборудования. |
| Трубная колонна | Колонна труб, используемая для транспортировки нефти из пласта на поверхность. |
| Присоска | Длинный стержень с резьбой, передающий движение от поверхности к скважинному насосу. |
| Тюбинг | Взаимосвязанные трубы, которые переносят жидкость от скважинного насоса на поверхность. |
| Соединительная муфта ствола | Соединитель, используемый для соединения двух секций НКТ или насосных штанг. |
| Насосная штанговая муфта | Фитинг, используемый для соединения двух секций насосных штанг. |
| Передвижной клапан | Клапан внутри цилиндра насоса, который перемещается вверх и вниз, позволяя жидкости поступать во время хода вверх и выходить во время хода вниз. |
| Насосная бочка | Цилиндрическая часть насоса, в которой плунжер перемещается вверх и вниз для создания всасывания и подъема жидкости. |
| Металлический Плунжер | Твердый стержень, который движется вверх и вниз внутри цилиндра насоса, создавая всасывание и поднимая жидкость на поверхность. |
| Постоянный клапан | Расположен в нижней части цилиндра насоса, позволяя жидкости попадать в насос во время хода вверх. |
| Сидячий ниппель | Компонент, установленный в колонне насосно-компрессорных труб и обеспечивающий опорное седло для стоячего клапана. |
| Перфорированный сосок | Трубчатая конструкция с просверленными отверстиями, позволяющими жидкости попадать из окружающего пласта в колонну. |
| Газовый якорь | Отделяет газ от жидкости в колонне труб, предотвращая газовые пробки и повышая эффективность насоса. |
| Грязевой якорь | Отделяет грязь или твердые частицы от жидкости в колонне труб, предотвращая засорение труб и повреждение насоса. |
| Бычья пробка | Резьбовая заглушка, используемая для герметизации конца НКТ или обсадной колонны. |
Пять основных типов морских буровых установок
Морские буровые платформы предназначены для различных глубин воды и условий окружающей среды.
- Внутренняя баржа (мелководье)Работает на очень мелководье, обычно менее 20 футов. Корпус баржи оседает на морском дне после буксировки к месту, обеспечивая устойчивую буровую платформу.
- Погружная установкаИспользуется на глубине от 50 до 70 футов, где баржи не могут работать. Колонны или опоры погружаются в воду и балластируются на определенную высоту, а буровое оборудование над ними приводит в движение погружную буровую установку.
- Домкратная-вышкаМобильная платформа, которую можно отбуксировать к месту, а затем «приподнять» ее опоры на морское дно, чтобы поднять платформу над водой. Подходит для мелководья глубиной до 400 футов. Варианты включают консольные конструкции и конструкции с ключевыми-пазами.
- Платформа (стационарные конструкции) Фиксированная платформа:Изготовлен из стали или цемента и представляет собой постоянную конструкцию, прикрепленную к морскому дну. Может вместить крупные объекты и персонал, обеспечивая наклонно-направленное бурение на расстояние до пяти миль. Подходит для глубины до 1700 футов.Соответствующая башня:Высокая, узкая конструкция из стали и бетона, которая изгибается под воздействием волн и ветра и подходит для глубины от 1500 до 4900 футов.
- Плавучие установки (Плавучие суда)
- Полу-погружной:Палуба плавает над ватерлинией, а большая часть массы погружена в воду для обеспечения устойчивости. Подходит для глубины до 12 000 футов. Включает варианты платформ Sea Star и Spar.
- Буровой корабль:Буровое оборудование монтируется непосредственно на палубе корабля, при этом скважина пробурена через «лунный бассейн» (центральное отверстие в корпусе). Удерживает позицию, используя динамическое позиционирование.
Классификация буровых установок по типу привода, условиям окружающей среды и технологии
По типу привода:
| Тип | Типичная модель | Функции | Приложение |
|---|---|---|---|
| Механический привод | ZJ20 | Дизельная механическая трансмиссия, простая конструкция, низкие эксплуатационные расходы. | Скважины мелкой и средней-глубины, традиционные наземные месторождения |
| Электрический привод | ZJ70D | Частотно-регулируемый привод переменного-постоянного-переменного тока, высокий уровень автоматизации, низкое энергопотребление | Глубокие/сверхглубокие-скважины, сложные пласты, нетрадиционные ресурсы |
| Гидравлический привод | Гидравлическая установка NOV | Полная гидравлическая система, компактная, мобильная. | Городские или экологически чувствительные районы с ограниченным пространством |
По операционной среде:
| Тип | Пример модели | Ключевая особенность | Приложение |
|---|---|---|---|
| На суше (сверх-глубокий) | ЗДЖ120/9000 | Максимальная нагрузка на крюк 9000 кН, глубина бурения 12000 м. | Таримская котловина, Сычуань,-сверхглубокие водоемы Чунцина |
| Арктика (Полярная) | ХЗДЖ40Л | Устойчивость к низким-температурам до -50 градусов, незамерзающая гидравлика | Сибирь, регионы Полярного круга |
| Оффшор (подъем-домкратом) | ХАЙСИ981 | Глубина воды 3000 м, глубина бурения 10 000 м | Южно-Китайское море, глубоководные месторождения Восточно-Китайского моря |
| Морской (полу-погружной) | Трансокеанский глубоководный горизонт | Двойная вышка, сильное волновое сопротивление. | Сверх-глубоководные операции |
По уровню технологии:
| Тип | Пример модели | Основные моменты технологий | Приложение |
|---|---|---|---|
| Общепринятый | Дацин 130 | Механический привод, высокая степень ручного управления. | Нефтяные месторождения низкой-сложности (постепенно заменяются) |
| Автоматизированный | Буровая установка Schlumberger PRIME™ | Встроенный автоматический-бурильщик, мониторинг-в режиме реального времени, повышение эффективности на 30 %. | Горизонтальные скважины, многоствольные-ствольные скважины, работы повышенной-прецизионной точности |
| Разумный | НОВ Кибербаза® | Оптимизированные параметры бурения с помощью искусственного интеллекта-, дистанционное управление, прогнозирование неисправностей | Цифровые месторождения нефти, беспилотные платформы |
Специальные функциональные установки:
| Тип | Пример модели | Функции | Приложение |
|---|---|---|---|
| Колтюбинговая установка | Холлибертон CTU 1500 | Непрерывная трубка, без замены труб | Капитальный ремонт скважин, бурение-узких скважин, ГРП |
| Модульная установка | National Oilwell Varco FastRig® | Модульная конструкция, снижение затрат на 20 %, быстрая транспортировка. | Отдаленные районы, проекты-быстрого реагирования |
Ключевые факторы выбора буровых установок
При выборе буровой установки операторы учитывают:
- Геологические условия:Для твердых пород требуются буровые установки с-высоким крутящим моментом; Для глубоководных работ требуются конструкции, -стойкие к коррозии под высоким давлением-.
- Операционные цели:Разведочные скважины способствуют гибкости; добывающие скважины нуждаются в долгосрочной-стабильности.
- Экологические требования:Экологически чувствительные регионы отдают предпочтение электрическим установкам с низким-шумом и нулевыми-выбросами.
Разнообразие моделей буровых установок отражает широкий спектр технических требований и сценариев эксплуатации при разведке и разработке нефти и газа. От традиционных механических буровых установок до интеллектуальных систем,-управляемых искусственным интеллектом, технологическая эволюция продолжает повышать эффективность и безопасность бурения. Правильный выбор, -с учетом геологических условий, условий эксплуатации и экономических факторов-имеет важное значение для максимизации отдачи от разработки ресурсов. Для получения более подробной информации, пожалуйста, свяжитесь с командой Vigor для получения более подробной информации о продукте.
