Studny se vrtají pomocí vrtných souprav, zařízení a nářadí.
Vrtná souprava je soubor povrchových zařízení nezbytných k provádění operací vrtání studní. Všechny vrtné soupravy jsou rozděleny do 11 tříd pro hloubkový průzkum a produkční vrty. Třída vrtné soupravy se volí podle podmíněné hloubky vrtných vrtů o hmotnosti 1 m vrtné kolony 30 kg.
* Nejpoužívanější jednotkou v clusterovém vrtání je BU-3000EUK (s эelektrický pohon, уuniverzální instalační schopnost pro кorální vrtání. Dále se používají vrtné soupravy: Uralmash-3D-76, BU 5000/320 ESK-BMCH, BU 3900/225 EChK-BM-3, ZJ-40(50), MBU-125, UPA-100, ARB-100, TD – 125 atd.
V závislosti na účelu vrtu, jeho hloubce, geologických a klimatických podmínkách oblasti, dopravních spojích, vrtných soupravách jsou různě vybaveny a ve všech případech se snaží o co nejjednodušší sestavu vrtného zařízení, která zajistí kvalitní, bezúrazové výstavba s minimem času a peněz.studny.
Veškeré vybavení vrtné soupravy lze kombinovat do několika hlavních bloků:
1 – vrtací jeřáb s pojezdovým systémem, zvedacím navijákem, ovládacími prvky a plošinou pro montáž, přejímku a skladování vrtných a pažnicových trubek;
2 – pohonná jednotka skládající se z několika dieselových nebo elektrických motorů určených k pohonu rotoru a zvedacího navijáku, včetně soustavy převodů, převodovek, kardanů a kladek;
3 – čerpací agregát pro proplach vrtu včetně jednoho, dvou nebo tří vrtných čerpadel s elektrickým nebo dieselovým pohonem.
4 – cirkulační systém, včetně několika nádob pro skladování vrtné kapaliny, elektrické míchačky, jednotka pro přípravu a regulaci vlastností vrtné kapaliny, jednotka pro čištění vrtných výpalků, skluzy s ventily pro manipulaci s proudem kapaliny vycházející z vrtu při vrtání.
Vrtná souprava obsahuje:
1. Vrtná souprava.
Tato konstrukce nad studnou pro provádění zkušebních provozů, umístění vrtných stojanů, slouží jako základ pro umístění a instalaci vrtného zařízení.
Rozlišovat dva typy věží: věž и stožár. Jsou vyrobeny z trubek nebo válcované oceli. věž věž je pravidelný komolý čtyřstěnný jehlan mřížkové struktury. Věže stožárového typu Existují jednopodpěry a dvojité podpěry (ve tvaru A). Poslední jmenované jsou nejběžnější. Věže ve tvaru A jsou pracnější na výrobu a jsou méně stabilní, ale je snazší je přepravovat z místa na místo a instalovat/demontovat.
Základní parametry vrtné soupravy – nosnost, výška, kapacita „zásobníku“ pro instalaci vrtacího nástroje, délka umístěného stojanu, hmotnost věže.
Jeřáb nebo jízdní pomocí zvedáků a zvedáků v samostatných sekcích a jejich následným spojením, přičemž horní pás s korunovým blokem je namontován jako první a spodní pásnice jako poslední, nebo jsou sestaveny vodorovně na zemi a poté zvednuty do svislé polohy.
Po instalaci věže na základy nebo plošiny je zpevněna kotevními dráty a poté je instalován zvedací naviják.
Další krok nainstalujte napájecí jednotku pro pohon navijáku a rotoru, převodový systém, pneumatická spojka a hydraulický brzdový systém, ovládací panel. Naviják je vybaven pojezdovým lanem, jehož druhý konec prochází kladkami korunového bloku a pojezdového bloku (řetězový kladkostroj) a připevněna k základně věže pomocí speciálního zařízení (slepá ulička). Rotor je instalován a spojen s motory řetězovým převodem pomocí pneumatické spojky.
Současně nebo střídavě nainstalujte blok čerpadla a kompassystém. Čerpadla jsou poháněna od motorů klínovými řemeny a řemenicemi. Cirkulační systém je potrubím propojen s vrtnými čerpadly a je vybaven vibračními síty pro oddělování relativně velkých částic vrtných třísek (kalů) od vrtného prostředku, odlučovači písku a odlučovače kalu pro jemnější čištění proplachovacího prostředku a odplyňovačem pro čištění vrtná kapalina z plynu.
Mechanická a hydraulická míchadla, odstředivá čerpadla (posilovací čerpadla), dodávající kapalinu do kalových čerpadel. Jednotka pro přípravu pracího prostředku (BDP).
2. Drawworks.
Vrtací protahovací zařízení je určeno pro spouštění a zvedání vrtné kolony, tvoření a vyšroubovávání trubek, spouštění pažnicových kolon, přidržování zavěšené stacionární kolony nebo její pomalé spouštění (podávání) během vrtání.
V některých případech se pro přenos výkonu z motoru na rotor, tahové zatížení a další pomocné práce používá vrtací tažný stroj.
3. Spouštěcí a zvedací komplex vrtné soupravy (obrázek). Jedná se o kladkový mechanismus skládající se z korunového bloku 4, pojezdového (posuvného) bloku 2, ocelového lana 3, které je pružným spojením mezi tažným ústrojím 6 a mechanismem 7 pro upevnění pevného konce lana. Korunní blok 4 je instalován na horní plošině vrtného jeřábu 5. Pohyblivý konec A lana 3 je připevněn k bubnu 6 navijáku a pevný konec B je připevněn prostřednictvím upínacího přípravku 7 k základně jeřábu. K pojezdovému bloku je připevněn hák 1, na kterém je na závěsech zavěšen potrubní elevátor nebo otočný čep. V současné době jsou pojezdový blok a zvedací hák spojeny do jednoho mechanismu – hákový blok.
Kladkový (kladkový) systém vrtných souprav je navržen tak, aby převedl rotační pohyb bubnu navijáku na translační (svislý) pohyb háku a snížil zatížení větví lana a vrtné věže.
Ocelové pojezdové lano prochází lanovými kladkami korunového bloku a pojezdového bloku v určitém pořadí, jehož jeden konec (“mrtví”) je připevněn k rámu nosníku věže a druhý, tzv běžící (vedoucí) – do bubnu navijáku.
Na základě nosnosti a počtu lanových větví ve výstroji jsou pojezdové systémy rozděleny do různých standardních velikostí. U vrtných souprav s nosností 50-75 tun se používá pojezdový systém s počtem kladek 2 3 a 34; v instalacích s nosností 100-300 tun – pojezdový systém s počtem kladek 34, 45, 56 a 67. V označení systému zařízení první číslice udává počet lanových kladek pojezdového bloku, a druhý – počet lanových kladek korunového bloku.
Korunový blok Jedná se o rám, na kterém jsou namontovány nápravy a podpěry s kladkami. Někdy je rám vyroben jako jeden kus s vrcholem věže.
Cestovní blok Jedná se o svařované pouzdro, ve kterém jsou umístěny řemenice a ložiskové jednotky.
Cestovní lana Jsou to ocelová kruhová, šestiřadá lana křížené kabelové konstrukce. Prameny, stočené do lana kolem organického nebo kovového jádra, jsou vyrobeny z vysoce uhlíkové a manganové oceli vysoké pevnosti s počtem drátů od 19 do 37. S přihlédnutím k místu uchycení běžícího konce lano ve směru jeho navíjení na buben, pro vrtání tažnic se používají pravostranná pojezdová lana o průměru 25 mm, 28, 32, 35, 38 mm. Nejběžnější lana s organickým a plastovým jádrem mají průměr 28 a 32 mm. V hloubkách více než 4000 m se používají lana s kovovým jádrem.
Vrtací háky a hákové bloky jsou určeny k zavěšení vrtacích nástrojů a elevátorů na ně během vrtání během zdvihacích operací.
Háčkové bloky (háky spojené s pojezdovým blokem) mají řadu výhod: nižší celkovou výšku než pojezdový blok a hák dohromady, kompaktnější design. Mezi nevýhody patří jejich velká hmotnost.
Háky se dodávají s nosností 75, 130, 200, 225t.
.Vrtací smyčky – jedná se o články spojující hák s elevátorem, na kterém je zavěšen vrtací nástroj nebo pažnice. Nosnost vázacích prostředků je 25, 50,75, 125, 200 a 300t.
Studny se vrtají pomocí vrtných souprav, zařízení a nářadí.
Vrtná souprava je soubor povrchových zařízení nezbytných k provádění operací vrtání studní. Vrtná souprava obsahuje (obr. 3):
zařízení pro mechanizaci zdvihacích operací;
povrchové vybavení přímo používané při vrtání;
systém cirkulace vrtné kapaliny;
Obr. 3. vrtání studny
Jeřáb – jedná se o konstrukci nad studnu pro spouštění a zvedání vrtných nástrojů, vrtných motorů, vrtacích a pažnicových trubek, umístění vrtných stojanů (spojování dvou nebo tří vrtných trubek o délce 25 m) po jejich vyzdvižení ze studny a ochranu vrtání posádky před větrem a atmosférickými srážkami.
Existují dva typy věží: věž a stožár. Věž je pravidelný komolý čtyřboký jehlan příhradové konstrukce. Stožárové věže mohou být jednopodpěrové nebo dvoupodpěrné (ve tvaru A). A-rámy jsou pracnější na výrobu, a proto jsou dražší. Jsou méně stabilní, ale snáze se přenášejí z místa na místo a následně instalují.
Hlavní parametry věže jsou nosnost, výška, kapacita „zásobníků“ (úložiště pro stojany vrtných trubek), rozměry horní a spodní základny, délka stojanu, hmotnost.
Nosnost věže je maximální povolené vertikální statické zatížení, které by nemělo být překročeno během celého cyklu vrtání studny.
Výška věže určuje délku svíčky, kterou lze vyjmout ze studny, a jejíž délka určuje dobu trvání vypínacích operací. Čím delší je stojan, tím méně dílů je nutné při výměně vrtacích nástrojů demontovat vrtací kolonu. Zkracuje se také čas pro následnou montáž kolony. S rostoucí hloubkou vrtání se proto zvyšuje výška a nosnost věží. Takže pro vrtání studní do hloubky 300 m se používá věž o výšce 500 m, hloubka 16 m s výškou 18 m a hloubka 2000 m je 3000 m.
Kapacita „zásobníků“ ukazuje celkovou délku vrtných trubek o průměru 114 mm, které do nich lze umístit. V praxi kapacita „zásobníků“ udává, do jaké hloubky lze s konkrétní věží vrtat.
Rozměry horních a spodních základů charakterizují pracovní podmínky vrtné čety s přihlédnutím k umístění vrtné techniky, vrtných nástrojů a prostředků mechanizace zdvihacích prací. Velikost horní základny věží je 2×2 m nebo 2,6×2,6 m, spodní – 8×8 m nebo 10×10 m. Celková hmotnost vrtných věží je několik desítek tun.
Zařízení pro mechanizaci zdvihacích prací obsahuje pojezdový systém a naviják. Cestovní systém sestává ze stacionárního korunového bloku instalovaného v horní části vrtné věže, pojezdového bloku spojeného s korunovým blokem pojezdovým lanem, jehož jeden konec je připevněn k bubnu navijáku a druhý je pevně upevněn, a vrtání háček. Pojezdový systém je kladkový systém (blokový systém), který je u vrtné soupravy určen především ke snížení napětí pojezdového lana a také ke snížení rychlosti pohybu vrtacího nástroje, pláště a vrtných trubek.
Někdy se používají hákové bloky – kombinované provedení pojezdového bloku a vrtacího háku.
Vrtací nástroj je zavěšen na háku: při vrtání – pomocí otočného čepu a během zdvihacích operací – pomocí závěsů a elevátoru.
Drawworks navržený k provádění následujících operací:
spouštění a zvedání vrtných a pažnicových trubek;
držení vrtacího nástroje zavěšeného;
tahání různých břemen, zdvihací zařízení a věže při instalaci instalací atd.
Vrtná souprava je vybavena vrtným tažným zařízením s odpovídající nosností.
Pro mechanizaci operací skládání a rozšroubovávání nástrojových spojů vrtací kolony byly zavedeny automatické vrtací kleště AKB-ZM a závěsné klíče PBK-1 a pneumatický klínový uchopovač PKR-560 pro mechanizované uchopení a uvolnění vrtných trubek.
Zemní zařízení přímo používané při vrtáníRenia, obsahuje obratlík, kalová čerpadla, tlakovou hadici a rotor. Otočný– jedná se o mechanismus, který propojuje neotáčivý pojezdový systém a vrtací hák s rotujícími vrtacími trubkami a zároveň zajišťuje zavedení proplachovací kapaliny do nich pod tlakem (obr. 2.2.3).
Otočné těleso (2) je zavěšeno na vrtacím háku (nebo hákovém bloku) pomocí závěsu (4). Uprostřed tělesa je umístěna tlaková trubka (5), která prochází do hlavně (7), napojená na vrtné trubky. Na tlakové potrubí je připojena Al tlaková hadice pro přívod proplachovací kapaliny do studny. Výtlačná trubka a hlaveň nejsou pevně spojeny a ta je instalována ve skříni (2) na ložiskách (1), která zajišťuje stacionární polohu vedení, skříně a tlakové trubky při otáčení vrtných trubek spolu s hlaveň. K utěsnění stávajících mezer mezi pevnou a pohyblivou částí obratlíku slouží olejová těsnění (3).
Čerpadla na bahno se používají k vstřikování vrtné kapaliny do studny. Při hloubkovém vrtání plní jejich roli obvykle dvojčinná pístová čerpadla. Tlaková hadice (vrtací hadice) je určena k přívodu proplachovací kapaliny pod tlakem ze stacionární stoupačky do pohyblivého otočného čepu.
Obr. 4. Otočný: 1 – ložiska; 2 – tělo; 3 — olejová těsnění; 4 – prak; 5 – tlakové potrubí; 6 – kryt pouzdra; 7 – hlaveň
Rotor přenáší rotační pohyb na vrtací nástroj, zavěšuje kolonu vrtných nebo pažnicových trubek a vnímá reaktivní točivý moment kolony vytvářený vrtným motorem. Rotor se skládá z rámu, v jehož vnitřní dutině je na ložisku uložen stůl se zesíleným ozubeným věncem, hřídele с řetězové kolo na jedné straně a kuželové kolo na druhé straně, plášť s vnějším drážkovaným povrchem, vložky a svorky pro hnací trubku. Při provozu je rotační pohyb z navijáku přenášen pomocí řetězového převodu na hřídel a převáděn na dopředný svislý pohyb hnací trubky, upnuté v otočném stole pomocí svěrek.
Pohon zajišťuje fungování celé vrtné soupravy – dodává energii navijáku, kalovým čerpadlům a rotoru.
Pohon vrtné soupravy může být dieselový, elektrický, dieselelektrický a dieselhydraulický. Dieselový pohon používá se v oblastech, kde není napájen požadovaným výkonem. Elektrický pohon od Střídavé a stejnosměrné elektromotory se snadno instalují a provozují, jsou vysoce spolehlivé a ekonomické, ale jsou použitelné pouze v elektrifikovaných oblastech. Diesel-elektrický pohon z dieselového motoru, který roztáčí generátor, který zase pohání elektromotor. Diesel-hydraulický pohon se skládá ze spalovacího motoru a turbopřevodovky. Poslední dva typy pohonů jsou autonomní, ale na rozdíl od dieselových neobsahují objemné převodovky a složité spojovací díly, mají pohodlné ovládání a umožňují plynule měnit pracovní režim navijáku nebo rotoru v širokém rozsahu.
Celkový výkon pohonu vrtných souprav se pohybuje od 1000 do 4500 kW. Během procesu vrtání je distribuován k pohonu kalových čerpadel a rotoru. Při provádění zdvihacích operací spotřebovává hlavní energii naviják a zbytek spotřebovávají kompresory, které produkují stlačený vzduch, který se používá jako zdroj energie pro automatické vrtací kleště, horní vrtací kleště, pneumatickou klínovou rukojeť, atd.
Cirkulační systém vrtné soupravy slouží ke sběru a čištění použité vrtné kapaliny, její přípravě nových dávek a čerpání vyčištěného roztoku do vrtu. Obsahuje systém pro odstraňování použitého roztoku z ústí vrtu, mechanické prostředky pro oddělování horninových částic (vibrační síto, hydrocyklony), nádoby pro chemickou úpravu, akumulaci a usazování vyčištěného roztoku, kalové čerpadlo, jednotku pro přípravu čerstvého
kalová a kalová čerpadla pro čerpání vrtného kalu přes injektážní potrubí do vrtu.
К obvyklé struktury jsou:
prostor pro uložení motorů a převodových mechanismů navijáků;
čerpací místnost pro umístění kalových čerpadel a jejich motorů;
přijímací chodníky určené pro přepravu vrtných technologických zařízení, nářadí, materiálů a náhradních dílů;
náhradní nádrže pro skladování vrtné kapaliny;
transformátorová platforma pro instalaci transformátoru;
místo pro umístění mechanismů pro přípravu vrtné kapaliny a skladování suchých materiálů pro ni;
regály pro uložení potrubí.
Vzhledem k tomu, spádové motory Při vrtání se používá turbovrtačka, elektrická vrtačka a šroubový motor, instalované přímo nad korunkou.
Turbodrill je vícestupňová turbína (počet stupňů až 350), jejíž každý stupeň se skládá ze statoru pevně spojeného s tělesem turbodrilu a rotoru uloženého na hřídeli turbodrilu. Proud tekutiny, proudící z lopatek statoru, proudí na lopatky rotoru, odevzdává část své energie k vytvoření točivého momentu, opět proudí na lopatky statoru atd. Přestože každý stupeň turbodrillu vyvine relativně malý kroutící moment, vzhledem k jejich velké číslo, celkový výkon na hřídeli Turbovrtačka je dostatečná k provrtání nejtvrdší horniny.
na vrtání turbíny Proplachovací kapalina se používá jako pracovní kapalina, pohybující se od povrchu země podél vrtné kolony k turbovrtačce. Bit je pevně spojen s hřídelí turbodrillu. Otáčí se nezávisle na vrtací koloně.
Při vrtání pomocí elektrické vrtačky Elektromotor je poháněn kabelem upevněným uvnitř vrtných trubek. V tomto případě se společně s bitem otáčí pouze hřídel elektromotoru, zatímco jeho tělo a vrtací kolona zůstávají nehybné.
Hlavní prvky šroubový motor jsou stator a rotor. Stator je vyroben nanesením speciální pryže na vnitřní povrch ocelového pouzdra. Vnitřní plocha statoru má vzhled vícechodé šroubové plochy. A rotor je vyroben z oceli ve formě vícestartového šroubu. Počet šroubovicových čar je o jednu menší než u statoru.
Rotor je umístěn ve statoru s excentricitou. Díky tomu a také kvůli rozdílu v počtu vstupů do šroubovicových linií statoru a rotoru tvoří jejich styčné plochy řadu uzavřených dutin – bran mezi vysokotlakými komorami na horním konci rotoru a nízkotlakými komorami. -tlakové komory na spodním konci. Stavidla blokují volné proudění kapaliny motorem a co je nejdůležitější, právě v nich tlak kapaliny vytváří krouticí moment přenášený na korunku. Nástroje používané při vrtání se dělí na základní (dláta) a pomocný (vrtné trubky, vrtné spojky, centralizátory).
Jak již bylo uvedeno, dláto Jedná se o čepel, válečkový kužel, diamant a karbid (obr. 5).
Rýže. 5a. Čepelový bit: 1 – hlava s připojením řezba; 2 – rám; 3 – čepel; 4 – splachovací otvor; 5 – karbidový povlak; 6 – ostří
Břitové bity (obr. 5a) jsou dostupné ve třech typech: dvoubřité, tříčepelové a vícečepelové. Vlivem zatížení čelby se jejich čepele zařezávají do horniny a vlivem krouticího momentu ji štěpí. Tělo vrtáku má otvory, kterými je kapalina z vrtné kolony směrována na dno vrtu rychlostí alespoň 80 m/s. Břitové bity se používají při vrtání do měkkých, vysoce plastických hornin s omezenými obvodovými rychlostmi (obvykle při rotačním vrtání).
Válcové bity (obr. 5b) jsou k dispozici s jedním, dvěma, třemi, čtyřmi a dokonce šesti frézami. Nejpoužívanější jsou však trikonové bity. Když se bit otáčí, frézy se odvalují po čele a provádějí složitý rotační pohyb s posuvem. Zuby fréz přitom narážejí na skálu, drtí ji a štěpí. Válcové bity se úspěšně používají při rotačním vrtání hornin s širokou škálou fyzikálních a mechanických vlastností. Jsou vyrobeny z vysoce kvalitních ocelí s následnou chemicko-tepelnou úpravou nejkritičtějších a opotřebitelných dílů a samotné zuby jsou vyrobeny z tvrdé slitiny.
Diamantové bity (obr. 5c) se skládají z ocelového těla a diamantové ložiskové hlavy z práškové karbidové vsázky. Střední část vrtáku je konkávní plocha ve tvaru kužele s kanálky pro proplachovací kapalinu a obvodová zóna je kulová plocha, přecházející po stranách ve válcovou plochu.
Diamantové bity se dodávají ve třech typech: spirálové, radiální a stupňovité. U spirálových diamantových bitů má pracovní část spirály vybavené diamanty a proplachovacími otvory. Tento typ vrtáků je určen pro turbínové vrtání málo a středně abrazivních hornin. Radiální diamantové bity mají pracovní plochu v podobě radiálních výstupků ve tvaru sektoru, opatřených diamanty; mezi nimi jsou umístěny splachovací kanály. Bity tohoto typu jsou určeny pro vrtání málo abrazivních hornin střední tvrdosti a tvrdých hornin rotačním i turbínovým vrtáním. Stupňovité diamantové bity mají stupňovitou pracovní plochu. Používají se jak při rotačním, tak i turbínovém způsobu vrtání při vrtání málo abrazivních měkkých a středně tvrdých hornin.
Použití diamantových bitů zajišťuje vysoké rychlosti vrtání a menší zakřivení otvoru. Absence valivých ložisek a vysoká odolnost diamantů proti opotřebení zvyšuje jejich životnost na 200 250 hodin nepřetržitého provozu. Tím se snižuje počet zvedacích operací. Jeden diamantový vrták dokáže vyvrtat až 15 nebo 20 válečkových kuželových bitů.
Tvrdokovové bity Od diamantových se liší tím, že místo diamantů jsou vyztuženy supertvrdými slitinami.
Vrtací trubky navržena tak, aby přenášela rotaci na korunku (při rotačním vrtání) a vnímala reaktivní moment motoru při vrtání s vrtnými motory, vytvářela zátěž na korunku, přiváděla vrtnou kapalinu na dno vrtu, aby ji vyčistila od vyvrtané horniny a chladila udidlo, zvedání opotřebovaného udidla ze studny a spouštění nového a tak dále.
Vrtací trubky se vyznačují zvýšenou tloušťkou stěny a zpravidla mají na obou stranách kuželové závity. Trubky jsou navzájem spojeny pomocí vrtacích spojů. Pro zajištění pevnosti závitových spojů jsou konce trubek silnější. Podle způsobu výroby mohou být trubky plné nebo se svařenými spojovacími konci. U pevných trubek lze zesílení konců dosáhnout pěchováním dovnitř nebo ven.
Pro hluboké vrtání se používají vrtné trubky z oceli a lehkých slitin o jmenovitých průměrech 60, 73, 89, 102, 114, 127 a 140 mm. Tloušťka stěn trubek se pohybuje od 7 do 11 mm a jejich délka je 6, 8 a 11,5 m.
Spolu s těmi obvyklými, které používají vrtací objímky (UBT). Jejich účelem je vytvořit zátěž na korunku a zvýšit stabilitu spodní části vrtací kolony.
Olověná trubka navržený tak, aby přenášel rotaci z rotoru na vrtací kolonu (rotační vrtání) a přenášel reaktivní moment z vrtací kolony na rotor (při vrtání s vrtacím motorem). Tato trubka má obvykle čtvercový průřez a prochází čtvercovým otvorem v rotoru. Jeden konec Kellyho trubky je připojen k otočnému čepu a druhý konec je připojen k běžné kruhové vrtací trubce.
Délka čel náběhové trubky určuje možný interval vrtání studny bez prodlužování nástroje. S krátkou délkou vodící trubky se zvyšuje počet nástavců a čas strávený vrtáním vrtu a s velkou délkou se jejich doprava stává obtížnější.
Spoje nástrojů určené pro spojování potrubí. Zámek se skládá ze zámkové vsuvky a zámkové spojky.
Souvislý vícečlánkový systém nástrojů a zařízení umístěných pod otočným kloubem (kelly trubka, klouby nástrojů, motor na bahno a bit) je tzv. vrtací šňůra.
