Буровая установка

Буровая установка представляет собой интегрированную систему , что буровые скважины , такие как масла или воды скважин, в недрах Земли. Буровые установки могут представлять собой массивные конструкции, в которых размещается оборудование, используемое для бурения водяных скважин, нефтяных скважин или скважин для добычи природного газа, или они могут быть достаточно маленькими, чтобы их мог перемещать вручную один человек, и такие шнеки называются шнеками . Буровые установки могут отбирать образцы подземных минеральных отложений, испытательных пород, физических свойств почвы и подземных вод, а также могут использоваться для установки подземных сооружений, таких как подземные коммуникации, контрольно-измерительные приборы, туннели или скважины. Буровые установки могут быть мобильным оборудованием, установленным на грузовиках, гусеницах или трейлерах, или более постоянными наземными или морскими сооружениями (например, нефтяными платформами)., обычно называемые «морскими нефтяными вышками», даже если они не содержат буровую установку). Таким образом, термин «буровая установка» обычно относится к сложному оборудованию, которое используется для проникновения через поверхность земной коры .

Бурение формации Баккен в Уиллистонском бассейне

Буровая установка для бурения взрывных скважин

Малые и средние буровые установки являются мобильными, например, те, которые используются при разведочном бурении, взрыве скважин, водяных скважинах и экологических исследованиях. Более крупные установки способны пробурить тысячи метров земной коры, используя большие « буровые насосы » для циркуляции бурового раствора (шлама) через буровое долото и вверх по кольцевому пространству обсадной колонны для охлаждения и удаления «шлама» во время скважина пробурена. Подъемы на вышке могут поднять сотни тонн из трубы . Другое оборудование может нагнетать кислоту или песок в резервуары для облегчения добычи нефти или природного газа; а в удаленных местах могут быть постоянные жилые помещения и питание для экипажей (а их может быть более сотни). Морские буровые установки могут работать за тысячи миль от базы снабжения с нечастой сменой экипажа или цикличностью.

Антикварная буровая установка теперь экспонируется в Западном историческом музее в Лингле, штат Вайоминг. Он использовался для бурения многих скважин на воду в этом районе - многие из них до сих пор используются.

Антикварные буровые установки в Цзыгуне, Китай

До разработки двигателей внутреннего сгорания в конце 19 века основным методом бурения горных пород была мускулатура человека или животного. Техника бурения нефтяных скважин с помощью ударного или вращательного бурения берет свое начало во времена древней китайской династии Хань в 100 г. до н.э., когда ударное бурение использовалось для добычи природного газа в провинции Сычуань. ^[1] Ранние методы бурения нефтяных и газовых скважин казались примитивными, поскольку требовали некоторых технических навыков. ^{[1] [2]} Навыки требовали наличия тяжелых железных битов и длинных бамбуковых шестов, изготовления длинных и прочных тросов, сотканных из бамбукового волокна, и рычагов. Тяжелые железные биты были прикреплены к длинным бамбуковым тросам, подвешенным к бамбуковым вышкам, а затем их неоднократно поднимали и опускали в вырытую вручную яму, заставляя от двух до шести человек прыгать на рычаге. ^[1] Нефтяные скважины династии Хань, построенные ударным бурением, были эффективны, но к 10 веку достигли только 10 метров в глубину и 100 метров. ^[1] К 16 веку китайцы исследовали и бурили нефтяные скважины глубиной более 2 000 футов (610 м). ^[2] Модернизированный вариант древней китайской техники бурения был использован американским бизнесменом Эдвином Дрейком для бурения первой нефтяной скважины в Пенсильвании в 1859 году с использованием небольших паровых двигателей для обеспечения процесса бурения, а не человеческих мускулов. ^[1]

В 1970-х годах, за пределами нефтегазовой промышленности, шарошечные долота, использующие циркуляцию бурового раствора, были заменены первыми пневматическими поршневыми буровыми установками с обратной циркуляцией (RC) и стали практически устаревшими для большинства операций мелкого бурения и теперь используются только в определенных ситуациях, когда горные породы исключают использование других методов. Бурение с дистанционным управлением оказалось намного быстрее и эффективнее, и оно продолжает совершенствоваться благодаря лучшей металлургии, получению более твердых и долговечных долот и компрессоров, обеспечивающих более высокое давление воздуха при больших объемах, что обеспечивает более глубокое и быстрое проникновение. Алмазное бурение практически не изменилось с момента его создания.

Буровые установки для добычи нефти и природного газа используются не только для определения геологических резервуаров, но и для создания отверстий, позволяющих добывать нефть или природный газ из этих резервуаров. В первую очередь на береговых нефтегазовых месторождениях после бурения скважины буровая установка будет снята с скважины, а сервисная установка (меньшая установка), специально построенная для заканчивания, будет перемещена к скважине, чтобы получить хорошо на линии. ^[3] Это освобождает буровую установку для бурения еще одной скважины и упрощает операцию, а также позволяет специализироваться на определенных услугах, например, заканчивание или бурение.

Горнодобывающие буровые установки используются для двух основных целей: разведочное бурение, которое направлено на определение местоположения и качества полезного ископаемого, и эксплуатационное бурение, используемое в производственном цикле для добычи полезных ископаемых. Буровые установки, используемые для взрывных работ в открытых горных выработках, различаются по размеру в зависимости от размера желаемой скважины и обычно подразделяются на меньшие предварительно разделенные и большие эксплуатационные скважины. Подземная добыча (скальные породы) использует различные буровые установки в зависимости от желаемой цели, такой как добыча, установка болтов, прокладка кабелей и проходка туннелей.

Мобильная буровая установка на грузовике

На ранних этапах разведки нефти буровые установки были полупостоянными по своей природе, а вышки часто строились на месте и оставались на месте после завершения скважины. В последнее время буровые установки представляют собой дорогостоящие машины, изготавливаемые по индивидуальному заказу, которые можно перемещать от скважины к скважине. Некоторые легкие буровые установки похожи на мобильный кран и чаще используются для бурения водяных скважин. Для переезда на новое место более крупные наземные буровые установки должны быть разделены на секции и грузы, что часто может занять несколько недель.

Небольшие мобильные буровые установки также используются для бурения или бурения свай . Буровые установки могут варьироваться от установок со шнеком непрерывного действия (CFA) на 100 тонн (91000 кг) до небольших установок с пневматическим приводом, используемых для бурения скважин в карьерах и т. Д. В этих установках используются те же технологии и оборудование, что и в установках для бурения нефтяных скважин, только на меньших размерах. шкала.

Описанные ниже буровые механизмы отличаются механически с точки зрения используемого оборудования, но также и с точки зрения метода, с помощью которого буровой шлам удаляется с режущей поверхности сверла и возвращается на поверхность.

Есть много типов и конструкций буровых установок. Многие буровые установки могут переключать или комбинировать различные технологии бурения по мере необходимости. Буровые установки можно описать с помощью любого из следующих атрибутов:

По мощности

• Механический - установка использует преобразователи крутящего момента, сцепления и трансмиссии, приводимые в действие собственными двигателями, часто дизельными.
• Электрический - основные части оборудования приводятся в движение электродвигателями, обычно энергия вырабатывается на месте с помощью двигателей внутреннего сгорания.
• Гидравлический - буровая установка в основном использует гидравлическую энергию.
• Пневматический - установка в основном приводится в действие сжатым воздухом.
• Паровая - на установке используются паровые двигатели и насосы (устарели после середины 20 века).

По трубе б / у

• Кабель - для подъема и опускания сверла используется плетеный пеньковый или проволочный трос .
• Обычные - используются металлические или пластиковые бурильные трубы разных типов.
• ГНКТ  - использует одну гибкую трубу достаточной длины, хранящуюся на барабане диаметром до пяти метров, и забойный буровой двигатель.
• Цепь - цепь используется для подъема и опускания бурового долота в некоторых гидравлических станках.

По высоте

Буровые установки различаются по высоте в зависимости от того, сколько соединенных стыков бурильных труб они могут «стоять» в буровой вышке, когда она находится вне скважины. Обычно это делается при смене бурового долота или при «каротажном» скважине. Один стык трубы обычно составляет около 30 футов в длину.

• Одинарный - может удерживать только одиночные бурильные трубы. Наличие или отсутствие вертикальных «пальцев» стеллажа для труб варьируется от буровой к буровой.
• Двойная вышка может удерживать две соединенные бурильные трубы, называемые «двойной стойкой» или просто «двойной».
• Тройная буровая вышка может содержать три соединенных бурильных трубы: «тройную стойку» или «тягу».
• Qua - может удерживать четыре соединенных бурильных трубы, называемых «четырехъядерной стойкой» или «четырехугольником». Вышки такого размера редко используются для наземных операций, но используются при бурении на шельфе.

Методом вращения или методом сверления

• Отсутствие вращения включает буровые установки прямого толкания и большинство сервисных буровых установок.
• Поворотный стол  - вращение достигается поворотом квадратной или шестиугольной трубы («Келли») в поворотном столе на уровне пола буровой.
• Верхний привод  - вращение и циркуляция осуществляются в верхней части бурильной колонны на двигателе, который движется по рельсовому пути вдоль буровой вышки. Это конструкция самых современных буровых установок.
• Sonic - использует в основном энергию вибрации для продвижения бурильной колонны.
• Молоток - использует вращение и ударную силу (см. Сверло для забивания отверстий ).

По положению вышки

• Обычный - вышка вертикальная.
• Косая - вышка наклонена под углом 45 градусов , чтобы облегчить горизонтальное бурение.

Направленное бурение

Направленное бурение проводится с помощью забойного двигателя на компоновке низа бурильной колонны. Направление контролируется беспроводным контроллером для бурения скважины любым способом, который требуется бурильщику.

Существует множество методов бурения, которые можно использовать для просверливания скважины в земле. У каждого есть свои преимущества и недостатки с точки зрения глубины бурения, типа возвращаемой пробы, затрат и достигнутой скорости проникновения. Некоторые типы включают в себя вращающуюся резку, вращающуюся абразивную резку, вращающуюся реверсивную резку, инструмент для кабеля и ультразвуковое бурение.

Шнековое бурение

Шнековое бурение осуществляется с помощью винтового винта, который при вращении вбивается в землю; Земля поднимается в скважину лопастью винта. Полый шток шнековое бурение используется для мягкого грунта , таких как болота , где отверстие не будет оставаться открытым сам по себе для окружающей среды бурения, геотехнического бурения, почвы инженерных и геохимии разведывательной работы в разведке полезных ископаемых месторождений. Цельнотянутые шнеки / ковшовые шнеки используются при бурении более твердых грунтов. В некоторых случаях шахты выкапывают шнековыми бурами. Маленькие шнеки могут быть установлены на задней части грузового автомобиля, а большие шнеки используются для проходки свай под фундаменты мостов.

Шнек бурение ограничивается почвой, мягких рыхлых образований, или слабой выветренной породы . Это дешево и быстро.

Ударно-вращательное воздушное бурение

Бурение с использованием RAB наиболее часто используется при разведке полезных ископаемых. (Этот инструмент также известен как буровая установка для погружения в скважину .) В этой буровой установке используется пневматический поршневой «молот» с возвратно-поступательным движением для энергичного забивания тяжелого бурового долота в породу. Сверло изготовлено из полой твердой стали и имеет стержни из карбида вольфрама толщиной ~ 20 мм, выступающие из стали в виде «кнопок». Эти пуговицы очень твердые и образуют режущую поверхность сверла.

Шлам выдувается за пределы штанг и собирается на поверхности. Воздух или смесь воздуха и пены поднимают черенки.

RAB-бурение используется в основном для разведки полезных ископаемых , бурения скважин на воду и взрывных работ в шахтах, а также для других применений, таких как машиностроение и т. Д. RAB производит образцы более низкого качества, потому что шлам взрывается за пределы штанг и может загрязняться от контакта с другими породами. Бурение RAB на большой глубине, если оно встречается с водой, может быстро забить внешнюю часть скважины обломками, что будет препятствовать удалению бурового шлама из скважины. Однако этому можно противодействовать, используя «стабилизаторы», также известные как «расширители», которые представляют собой большие цилиндрические куски стали, прикрепленные к бурильной колонне и сделанные таким образом, чтобы они идеально соответствовали размеру пробуренной скважины. У них есть наборы роликов сбоку, обычно с вольфрамовыми кнопками, которые постоянно разрушают стружку, выталкиваемую вверх.

Использование мощных воздушных компрессоров, которые нагнетают 900-1150 кубических футов воздуха в минуту при давлении 300-350 фунтов на квадратный дюйм в скважину, также обеспечивает бурение более глубоких скважин до ~ 1250 м из-за более высокого давления воздуха, которое выталкивает всю породу и любую воду. на поверхность. Все это, конечно, зависит от плотности и веса буровой породы, а также от степени износа бурового долота.

Воздушное колонковое бурение

Корончатое воздушное бурение и связанные с ним методы используют лезвия из закаленной стали или вольфрама для просверливания отверстия в рыхлом грунте. У сверла есть три лезвия, расположенные вокруг головки долота, которые режут рыхлый грунт. Стержни полые и содержат внутреннюю трубку, которая находится внутри полого внешнего цилиндра стержня. Буровой шлам удаляется путем нагнетания сжатого воздуха в скважину через кольцевую зону между внутренней трубкой и буровой штангой. Затем стружка выдувается обратно, чтобы подняться на поверхность внутренней трубы, где она проходит через систему разделения проб и при необходимости собирается. Бурение продолжается с добавлением штанг в верхнюю часть бурильной колонны. При воздушном колонковом бурении иногда могут образовываться небольшие куски породы с сердцевиной.

Этот метод бурения используется для бурения выветрившегося реголита , поскольку буровая установка и стальные или вольфрамовые лопасти не могут проникать в свежую породу. По возможности, воздушное колонковое бурение предпочтительнее бурения RAB, поскольку оно обеспечивает более репрезентативную выборку. Бурение с воздушным керном может достигать глубины около 300 метров в хороших условиях. Поскольку шлам удаляется внутри штанг и менее подвержен загрязнению по сравнению с обычным бурением, когда шлам выходит на поверхность через внешний возврат между внешней стороной буровой штанги и стенками скважины. Этот метод более затратный и медленный, чем RAB. Этот метод бурения был изобретен буровой компанией Wallis Drilling , расположенной в Перте, Западная Австралия.

Кабельный инструмент для бурения

Станки для канатного инструмента - традиционный способ бурения водяных скважин . Большинство скважин большого диаметра для водоснабжения, особенно глубоких скважин, заканчивавшихся в подземных водоносных горизонтах , было завершено с использованием этого метода бурения. Хотя этот метод бурения в последние годы в значительной степени был вытеснен другими, более быстрыми методами бурения, он по-прежнему является наиболее осуществимым методом бурения для скважин большого диаметра с глубокими коренными породами и широко используется для небольших сельских колодцев для водоснабжения. Удар бурового долота разрушает породу, и во многих случаях сланцевой породы увеличивается поток воды в скважину за счет вращения.

Эти буровые установки, также известные как бурение баллистических скважин и иногда называемые «шпадерами», поднимают и опускают бурильную колонну с помощью бурового долота с тяжелым твердосплавным наконечником, который продирается сквозь породу путем мелкого измельчения подземных материалов. Бурильная колонна состоит из верхних бурильных штанг, набора «ясов» (взаимоблокирующихся «ползунов», которые помогают передавать дополнительную энергию буровому долоту и помогают удалить долото в случае его застревания) и бурового долота . В процессе бурения бурильную колонну периодически вынимают из скважины и опускают желонку для сбора бурового шлама (обломков породы, грунта и т. Д.). Желонка представляет собой ведро с люком в основании. Если скважина сухая, добавляют воду, чтобы буровой шлам стекал в желонку. При подъеме люк закрывается, а затем стружка поднимается и удаляется. Поскольку бурильную колонну необходимо поднимать и опускать для продвижения бурения, обсадная труба (наружный трубопровод большего диаметра) обычно используется для удержания верхних грунтовых материалов и стабилизации ствола скважины.

Станки для канатных инструментов проще и дешевле, чем вращающиеся станки аналогичного размера, хотя они громкие и очень медленные в эксплуатации. В Нью-Йорке была пробурена мировая рекордная скважина для кабельных инструментов на глубину почти 12 000 футов (3700 м). Обычная буровая установка Bucyrus-Erie 22 может спускаться на глубину примерно до 1100 футов (340 м). Поскольку при бурении канатным инструментом не используется воздух для выброса буровой стружки, как при вращении, вместо этого используется желонка, натянутая на кабель, технически ограничений по глубине нет.

Буровые установки для канатных инструментов сейчас почти устарели в Соединенных Штатах. В основном они используются в Африке или странах третьего мира. Медленное бурение с использованием канатной оснастки означает повышение заработной платы буровиков. В Соединенных Штатах заработная плата за бурение в среднем составляет около 200 долларов США в день на человека, в то время как в Африке она составляет всего 6 долларов США в день на человека, поэтому медленный буровой станок все еще может использоваться в неразвитых странах с низкой заработной платой. Буровая установка для канатных инструментов может бурить твердые породы от 25 футов (7,6 м) до 60 футов (18 м) в день. Более новая буровая установка с верхней головкой для бурильных катушек, оснащенная перфоратором для погружения в скважину (DTH), может бурить 500 футов (150 м) или более в день, в зависимости от размера и твердости пласта. ^{[ необходима цитата ]}

Бурение с обратной циркуляцией

Бурение с обратной циркуляцией (RC) похоже на воздушное колонковое бурение, в котором буровой шлам возвращается на поверхность внутри штанг. Механизм бурения представляет собой поршень с пневматическим возвратно-поступательным движением, известный как «молот», приводящий в движение буровое долото из вольфрамовой стали. При бурении с дистанционным управлением используются гораздо более крупные станки и оборудование, и обычно достигаются глубины до 500 метров (1600 футов). При бурении с радиоуправлением в идеале образуется сухая стружка, поскольку большие воздушные компрессоры сушат породу перед продвижением бурового долота. RC-бурение медленнее и дороже, но обеспечивает лучшее проникновение, чем RAB или воздушное колонковое бурение; он дешевле алмазного керна и поэтому предпочтителен для большинства геологоразведочных работ.

Обратная циркуляция достигается за счет продувки воздуха по стержням, при этом перепад давления создает воздушный подъем воды и разрезает «внутреннюю трубу», которая находится внутри каждого стержня. Он достигает «дивертора» в верхней части отверстия, затем проходит через пробоотборный шланг, прикрепленный к верхней части «циклона». Буровой шлам перемещается по внутренней части циклона, пока не упадет через отверстие в дне и не соберется в мешок для проб.

Наиболее часто используемые буровые коронки RC имеют диаметр 5-8 дюймов (13-20 см) и имеют круглые вольфрамовые «кнопки», выступающие из сверла, которые необходимы для сверления сланца и абразивных пород. По мере износа кнопок бурение замедляется, и колонна штанг потенциально может застрять в скважине. Это проблема, поскольку восстановление стержней может занять часы, а в некоторых случаях и недели. Сами штанги и буровые коронки очень дороги, что часто приводит к большим расходам буровых компаний, когда оборудование теряется в стволе скважины. Большинство компаний регулярно затачивают кнопки на своих сверлах, чтобы предотвратить это и ускорить процесс. Обычно, когда что-то теряется (обрывается) в скважине, это не бурильная колонна, а скорее от долота, молотка или стабилизатора до нижней части бурильной колонны (долота). Обычно это вызвано ошибкой оператора, перенапряжением металла или неблагоприятными условиями бурения, из-за которых скважинное оборудование застревает в части ствола скважины.

Хотя RC-бурение осуществляется с помощью воздуха, вода также используется для уменьшения количества пыли, охлаждения бурового долота и содействия продвижению резания вверх, а также при «загибании» нового отверстия. Буровой раствор под названием «Liqui-Поль» смешивают с водой и закачивает в колонну насосных штанг, вниз отверстие. Это помогает поднять образец на поверхность, заставляя песок слипаться. Иногда также используется «Super-Foam» (он же «Quik-Foam»), чтобы вывести на поверхность все очень мелкие стружки и очистить отверстие. Когда бур достигает твердой породы, в отверстие вокруг штанг вставляется «хомут», который обычно представляет собой трубу из ПВХ. Иногда воротник может быть изготовлен из металлического кожуха. Обрезка отверстия необходима для предотвращения обрушения стен и забивания колонны штанг в верхней части отверстия. В зависимости от грунта хомуты могут иметь глубину до 60 метров, хотя при бурении в твердых породах хомут может не понадобиться.

Установки установки обратной циркуляции обычно состоят из вспомогательной машины, вспомогательной машины, а также самой установки. Транспортное средство поддержки, обычно грузовик, содержит резервуары для дизельного топлива и воды для пополнения запасов буровой установки. В нем также есть другие расходные материалы, необходимые для обслуживания буровой установки. Вспомогательный - это машина с вспомогательным двигателем и бустерным двигателем. Эти двигатели соединены с установкой воздушными шлангами высокого давления. Хотя установки RC имеют свой собственный бустер и компрессор для создания давления воздуха, требуется дополнительная мощность, которую обычно не обеспечивает установка из-за нехватки места для этих больших двигателей. Вместо этого двигатели устанавливаются на вспомогательном транспортном средстве. Компрессоры на установке RC имеют производительность около 1000 кубических футов в минуту при 500 фунтах на квадратный дюйм (500 л · с ^-1 при 3,4 МПа). В качестве альтернативы, автономные воздушные компрессоры с производительностью 900-1150 кубических футов в минуту при давлении 300-350 фунтов на квадратный дюйм каждый используются в наборах из 2, 3 или 4, которые все подводятся к буровой установке через многоклапанный коллектор.

Алмазное колонковое бурение

При алмазном колонковом бурении ( разведочное алмазное бурение ) используется кольцевое сверло с алмазной пропиткой, прикрепленное к концу полых буровых штанг, для вырезания цилиндрического керна из твердой породы. Алмазы, используемые для изготовления алмазных коронок, бывают самых разных размеров, от мелких до тонких промышленных алмазов , а соотношение алмазов к металлу, используемому в матрице, влияет на характеристики режущей способности долот в различных типах горных пород. Эти алмазы устанавливаются в пределах матрицы различной твердости, из латуни для высококачественной стали. Твердость матрицы, размер алмазов и дозировка могут варьироваться в зависимости от породы, которую необходимо разрезать. Долота, изготовленные из твердой стали с низким содержанием алмазов, идеально подходят для более мягкой породы с высокой трещиноватостью, в то время как другие, изготовленные из более мягкой стали с высоким содержанием алмазов, подходят для отбора керна в твердых твердых породах. Отверстия внутри долота позволяют подавать воду к режущей поверхности. Это обеспечивает три основные функции - смазку, охлаждение и удаление бурового шлама из скважины.

Алмазное бурение происходит намного медленнее, чем сверление с обратной циркуляцией (RC) из-за твердости пробиваемой земли. Обычное бурение - от 1200 до 1800 метров, и на этих глубинах грунт в основном состоит из твердых пород. Методы бурения различаются в зависимости от оператора буровой установки и от того, на что она способна. Некоторым алмазным установкам требуется медленное бурение, чтобы продлить срок службы буровых долот и штанг, замена которых на очень большой глубине очень дорога и требует много времени. По мере того, как алмазная буровая установка заправляет керны все глубже и глубже, трудоемкая часть процесса заключается не в разрезании керна на 5-10 футов больше, а в извлечении керна с помощью каната и инструмента для перехвата. Образцы керна извлекаются с помощью керновой трубы, полой трубы, помещенной внутри колонны штанг и закачиваемой водой до тех пор, пока она не зафиксируется в колонковой колонне. Когда керн просверливается, колонковый ствол скользит по керну во время резки. «Овершот», прикрепленный к концу троса лебедки, опускается внутрь колонны штанг и фиксируется на задней части (также известной как узел головки), расположенной на верхнем конце колонкового ствола. Лебедка убирается, вытягивая керновую трубу на поверхность. Сердечник не выпадает изнутри трубы сердечника при подъеме, потому что либо подъемник сердечника с разрезным кольцом, либо фиксатор корзины позволяют сердечнику входить в трубу, но не выходить из нее.

После извлечения керновой трубки из отверстия образец керна удаляется из керновой трубки и заносится в каталог. Помощник бурильщика отвинчивает заднюю часть трубы керна с помощью гаечных ключей, затем берется каждая часть трубы и стержень вытряхивается в лотки для керна. Ядро промывают, измеряют и разбивают на более мелкие кусочки с помощью молотка или распиливают, чтобы он поместился в лотки для образцов. После каталогизации лотки керна извлекаются геологами, которые затем анализируют керн и определяют, является ли площадка бурения подходящим местом для расширения будущих операций по добыче.

Алмазные установки также могут быть частью мультикомбинированной установки. Мультикомбинированные установки - это установка с двойной установкой, способная работать как в режиме обратной циркуляции (RC), так и в режиме алмазного бурения (но не одновременно). Это распространенный сценарий, когда разведочное бурение проводится в очень изолированном месте. Сначала установка настраивается для бурения как установка с радиоуправлением, и после того, как желаемые метры пробурены, установка настраивается для алмазного бурения. Таким образом, можно пробурить более глубокие метры скважины, не перемещая буровую установку и не дожидаясь, пока алмазная установка установится на площадке .

Установки прямого толчка

Технология прямого выталкивания включает несколько типов буровых установок и бурового оборудования, которое продвигает бурильную колонну путем толкания или удара без вращения бурильной колонны. Хотя это не соответствует правильному определению бурения, все же достигается тот же результат - скважина . Установки прямого выталкивания включают в себя установки для испытаний на проникновение конуса (CPT) и установки для отбора проб прямым выталкиванием, такие как PowerProbe или Geoprobe . Установки прямого выталкивания обычно ограничиваются бурением рыхлых грунтовых материалов и очень мягких пород.

Установки CPT оснащены специализированным испытательным оборудованием (например, электронными конусами) и пробоотборниками грунта с использованием больших гидроцилиндров. Большинство буровых установок CPT имеют большой балласт (обычно 20 метрических тонн) в качестве силы, противодействующей толкающей силе гидроцилиндров, которые часто достигают 20 кН. В качестве альтернативы, небольшие и легкие буровые установки CPT и морские буровые установки CPT будут использовать якоря, такие как ввинчиваемые грунтовые якоря, для создания реактивной силы. В идеальных условиях буровые установки CPT могут достигать производительности до 250–300 метров в день.

В буровых установках прямого выталкивания используются гидроцилиндры и гидравлический молот для продвижения пробоотборника с полым керном для сбора проб почвы и грунтовых вод. Скорость и глубина проникновения в значительной степени зависят от типа почвы, размера пробоотборника, а также веса и мощности буровой установки. Методы прямого выталкивания обычно ограничиваются извлечением пробы неглубокого грунта в рыхлых грунтовых материалах. Преимущество технологии прямого проталкивания заключается в том, что при правильном типе почвы она может быстро и дешево производить большое количество высококачественных образцов, обычно от 50 до 75 метров в день. Вместо удара, прямой толчок также можно комбинировать с акустическими (вибрационными) методами для повышения эффективности бурения.

Гидравлическое вращательное бурение

При бурении нефтяных скважин используются трехконусные роликовые, твердосплавные, алмазные сверла с фиксированной режущей кромкой или алмазно-импрегнированные сверла для износа режущей поверхности. Это предпочтительно, поскольку нет необходимости возвращать неповрежденные образцы на поверхность для анализа, поскольку цель состоит в том, чтобы достичь пласта, содержащего нефть или природный газ. Используется крупногабаритная техника, позволяющая проникать на глубины до нескольких километров. Вращающиеся пустотелые бурильные трубы направляют вниз буровые растворы, наполненные бентонитом и баритом, для смазки, охлаждения и очистки бурового долота , контроля внутрискважинного давления, стабилизации стенки ствола скважины и удаления бурового шлама . Буровой раствор возвращается на поверхность за пределами бурильной трубы, называемую кольцевым пространством . Исследование обломков породы, извлеченных из бурового раствора, называется каротажем . Другой вид каротажа скважины - электронный и обычно используется для оценки наличия возможных залежей нефти и газа в стволе скважины . Это может происходить во время бурения скважины с использованием инструментов " Измерение во время бурения" или после бурения, опуская измерительные инструменты в только что пробуренную скважину.

Вращательная система бурения широко использовалась в Техасе в начале 1900-х годов. Это модификация того, что было изобретено Фовелем в 1845 году и использовалось в первые годы нефтяной промышленности в некоторых нефтедобывающих странах Европы. ^[4] Первоначально вода под давлением использовалась вместо бурового раствора и была почти бесполезна в твердых породах до алмазной резки. Главный прорыв в роторном бурении произошел в 1901 году, когда Энтони Фрэнсис Лукас объединил использование паровой установки и бурового раствора вместо воды в скважине для открытия Spindletop . ^[5]

Бурение и добыча нефти и газа могут представлять опасность для безопасности и окружающей среды из-за возгорания увлеченного газа, вызывающего опасные пожары, а также из-за риска утечки нефти, загрязняющей воду, землю и грунтовые воды. По этим причинам резервные системы безопасности и высококвалифицированный персонал требуются по закону во всех странах со значительным производством.

Автоматическая буровая установка (ADR) - это автоматизированная полноразмерная шагающая наземная буровая установка, которая бурит длинные боковые секции в горизонтальных скважинах для нефтегазовой промышленности. ^[6] ADR - это маневренные буровые установки, которые могут перемещаться с кустовой площадки на новую скважину быстрее, чем другие полноразмерные буровые установки. Каждая буровая установка стоит около 25 миллионов долларов. ADR широко используется в нефтеносных песках Атабаски . Согласно «Oil Patch Daily News», «каждая буровая установка будет генерировать 50 000 человеко-часов работы на этапе строительства, а после завершения каждая работающая буровая установка будет прямо или косвенно нанять более 100 рабочих». По сравнению с обычными буровыми установками "Ensign, международный подрядчик по оказанию нефтесервисных услуг, базирующийся в Калгари, Альберта, заявляет в ADR, что они" безопаснее в эксплуатации, обладают "улучшенным интеллектом управления", "уменьшенным воздействием на окружающую среду, быстрой мобильностью и улучшенными коммуникациями между поле и офис ». ^[6] В июне 2005 года Deer Creek Energy Limited, компания по производству нефтесодержащих песков из Калгари, мобилизовала первую специально разработанную наклонную автоматизированную буровую установку (ADR) Ensign Rig № 118 для парогравитационного дренажа (SAGD). ^[7]

С 19 века технология сверления неуклонно совершенствовалась. Однако существует несколько основных ограничивающих факторов, которые будут определять глубину, на которую ствол скважины может быть погружен.

Все отверстия должны соответствовать внешнему диаметру; диаметр отверстия должен оставаться шире диаметра стержней, иначе стержни не смогут повернуться в отверстии и продвижение не может продолжаться. Трение, вызванное операцией сверления, будет иметь тенденцию к уменьшению внешнего диаметра бурового долота. Это относится ко всем методам бурения, за исключением того, что при алмазном бурении использование более тонких штанг и обсадных труб может позволить продолжить бурение. Обсадная труба - это просто полая оболочка, которая защищает отверстие от обрушения во время бурения, и изготовлена ​​из металла или ПВХ . Часто алмазные отверстия начинаются с большого диаметра, и когда внешний диаметр теряется, более тонкие стержни вставляются внутрь обсадной колонны, чтобы продолжить, пока, наконец, отверстие не станет слишком узким. Как вариант, отверстие можно расширить; это обычная практика при бурении нефтяных скважин, когда размер ствола сохраняется вплоть до следующей точки обсадной колонны.

Для ударных приемов основное ограничение - давление воздуха. Воздух должен подаваться к поршню под давлением, достаточным для активации возвратно-поступательного действия, и, в свою очередь, вбивать головку в породу с достаточной силой, чтобы разрушить и измельчить ее. По мере увеличения глубины в штанговую колонну увеличивается объем, что требует более крупных компрессоров для достижения рабочего давления. Во-вторых, грунтовые воды распространены повсеместно, и давление увеличивается с увеличением глубины грунта. Воздух внутри колонны штанг должен находиться под давлением, достаточным для преодоления этого давления воды на торце долота. Затем воздух должен уносить обломки породы на поверхность. Вот почему глубины, превышающие 500 м для бурения с обратной циркуляцией, достигаются редко, потому что стоимость непомерно высока и приближается к порогу, при котором алмазное колонковое бурение является более экономичным.

При алмазном бурении можно достичь глубин, превышающих 1200 м. В тех случаях, когда деньги не являются проблемой, были достигнуты экстремальные глубины, потому что нет необходимости преодолевать давление воды. Однако необходимо поддерживать циркуляцию воды для возврата бурового шлама на поверхность и, что более важно, для поддержания охлаждения и смазки режущей поверхности долота; в то же время уменьшая трение стальных стенок стержней, вращающихся о скальные стенки скважины. При потере возврата воды штанги будут вибрировать, это называется «вибрация штанги», и это приведет к повреждению буровых штанг и трещинам в соединениях.

Без достаточной смазки и охлаждения матрица сверла размягчается. Хотя алмаз является самым твердым веществом из известных, имея 10 баллов по шкале твердости Мооса , он должен прочно оставаться в матрице для достижения резания. Также необходимо контролировать вес долота, усилие, прилагаемое к режущей поверхности долота буровыми штангами в отверстии над долотом.

Уникальная операция бурения в глубоководных водах океана получила название Project Mohole .

Исследования включают технологии, основанные на использовании водяной струи , химической плазмы , гидротермального расщепления или лазера .

Большинство отверстий немного отклоняются от запланированной траектории. Это происходит из-за крутящего момента токарного долота, работающего против режущей поверхности, из-за гибкости стальных стержней и особенно винтовых соединений, из-за реакции на расслоение и структуру в породе, а также из-за преломления при движении долота в различные слои горных пород разного сопротивления. Кроме того, наклонные скважины будут иметь тенденцию отклоняться вверх, потому что буровые штанги будут прилегать к дну скважины, в результате чего буровое долото будет слегка отклоняться от истинного положения. Именно из-за отклонения просверленные отверстия необходимо обследовать, если отклонение повлияет на полезность возвращаемой информации. Иногда расположение поверхности можно сместить в сторону, чтобы воспользоваться ожидаемой тенденцией к отклонению, так что дно отверстия окажется рядом с желаемым местом. При бурении нефтяных скважин обычно используется процесс контролируемого отклонения, называемый направленным бурением (например, когда несколько скважин пробуриваются с одной точки на поверхности).

Простая схема буровой установки и ее основная работа

Буровые установки обычно включают в себя по крайней мере некоторые из следующих элементов: См. « Буровая установка (нефть)» для более подробного описания.

• Противовыбросовые превенторы : (BOP)

Оборудование, связанное с буровой установкой, в некоторой степени зависит от типа буровой установки, но (№ 23 и № 24) - это устройства, установленные на устье скважины для предотвращения непреднамеренного выхода жидкостей и газов из ствола скважины . № 23 - кольцевой (часто называемый «Hydril», который является одним из производителей), а № 24 - это трубные плашки и глухие плашки . Вместо № 24 можно использовать гидроцилиндры с регулируемым диаметром цилиндра или VBR. Они обеспечивают такое же давление и герметизирующую способность, что и стандартные гидроцилиндры для труб, при этом обеспечивая универсальность уплотнения для бурильных труб, эксплуатационных насосно-компрессорных труб и обсадных труб различных размеров без замены стандартных гидроцилиндров. Обычно VBR используются при использовании конической бурильной колонны (когда бурильные трубы другого размера используются в полной бурильной колонне).

• Центрифуга : промышленная версия устройства, отделяющего мелкий ил и песок от бурового раствора.
• Контроль твердой фазы: оборудование для контроля твердой фазы предназначено для приготовления бурового раствора для буровой установки.
• Цепные клещи : ключ с отрезком цепи, который охватывает все, что затягивается или ослабляется. Похож на трубный ключ.
• Дегазатор : устройство, которое отделяет воздух и / или газ от бурового раствора .
• Пескоотделитель / илоотделитель : содержит множество гидроциклонов , которые отделяют песок и ил из бурового раствора.
• Буровая лебедка : (# 7) - это механическая секция, содержащая катушку, основная функция которой заключается в наматывании / выкатывании бурового каната для подъема / опускания талевого блока (# 11).
• Буровая коронка : (# 26) - это устройство, прикрепленное к концу бурильной колонны, которое разрушает буровую породу. Он содержит форсунки, через которые выходит буровой раствор.
• Бурильная труба : (# 16) соединения полых насосно-компрессорных труб, используемые для соединения наземного оборудования с компоновкой низа бурильной колонны (КНБК) и действуют как канал для бурового раствора . На схеме это «стойки» бурильных труб, которые представляют собой 2 или 3 соединения бурильных труб, соединенных вместе и «стоящих» в буровой вышке вертикально, обычно для экономии времени при спуске трубы .
• Лифты : захватное устройство, которое используется для фиксации бурильной трубы или обсадной колонны для облегчения опускания или подъема (трубы или обсадной колонны) в ствол скважины или из нее .
• Буровой двигатель : устройство с гидравлическим приводом, расположенное непосредственно над буровым долотом, используемое для вращения долота независимо от остальной бурильной колонны.
• Буровой насос : (№4) насос возвратно-поступательного действия, используемый для циркуляции бурового раствора через систему.
• Резервуары для бурового раствора: (№1), часто называемые резервуарами для бурового раствора, обеспечивают резервный запас бурового раствора до тех пор, пока он не понадобится в стволе скважины.
• Поворотный стол : (№20) вращает бурильную колонну вместе с прикрепленными инструментами и долотом.
• Сланцевый встряхиватель : (№2) отделяет буровой шлам от бурового раствора перед его закачкой обратно в ствол скважины .

Буровые установки создают некоторые проблемы безопасности для тех, кто на них работает. Одной из проблем безопасности является использование ремней безопасности рабочими, перемещающимися между двумя местами. Число погибших в результате дорожно-транспортных происшествий среди этих рабочих в 8,5 раз выше, чем среди остального работающего населения США, что можно объяснить низким уровнем использования ремней безопасности. ^[8]

• "> Воспроизвести медиа

  Безопасность при перемещении буровой установки для хулиганов