КУСТОВАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к нефтегазовому оборудованию, а именно к буровым установкам, предназначенным для кустового бурения разведочных и эксплуатационных скважин на нефть и газ.
В цикл строительства скважины входят: подготовительные работы, монтаж буровой установки, подготовка к бурению, процесс бурения, крепление скважины обсадными трубами, крепление скважины (цементирование).
Известны кустовые буровые установки, содержащие следующие комплексы оборудования, предназначенные для выполнения взаимосвязанных функций, - комплекс оборудования для спускоподъемных операций (вышечно-лебедочный блок), комплекс оборудования для обеспечения циркуляции раствора (блок циркуляционной системы с насосным блоком), комплекс оборудования для подготовки и распределения сжатого воздуха (компрессорный блок), комплекс оборудования для электроснабжения и управления (блок электрооборудования), комплекс оборудования для водоснабжения и обогрева, оборудование для транспортирования блоков и модулей и их выравнивания, оборудование для закачивания (цементирования) скважин. (Новое поколение буровых установок Волгоградского завода в Западной Сибири, ГУП ХМАО «Сургутская типография», 2000 г., стр.68-71).
К комплексу оборудования для цементирования (закачивания) скважин относится: цементировочные агрегаты; цементно-смесительные агрегаты; манифольд цементировочный. Указанное оборудование чаще всего работает непродолжительное время, поэтому оно традиционно располагается на шасси специальных агрегатов, например, автомобилей или других самоходных устройств, которые при наличии подъездных путей перемещаются от одного куста к другому и обслуживают несколько скважин, пробуренных разными буровыми установками. (Новое поколение буровых установок Волгоградского завода в Западной Сибири, ГУП ХМАО «Сургутская типография», 2000 г., стр.71).
Недостатком кустовой буровой установки с цементировочным комплексом, размещенным на шасси специальных агрегатов, является потребность в строительстве специальных площадок вокруг буровой установки и строений, включая склады цемента, оборудованные системой пневмоподачи цемента к цементировочному комплексу, а также подъездных путей к месту бурения скважин.
Наиболее близким аналогом по существенным признакам и достигаемому результату является кустовая буровая установка БУ 4500/270 ЭК-БМ в блочно-модульном исполнении с эшелонным расположением на направляющих балках следующих основных блоков: вышечно-лебедочного блока с механизмом перемещения, блока циркуляционной системы, насосного блока с буровыми насосами, компрессорного блока, блока электрооборудования. (Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование / Коллектив авторов; Под общей редакцией А.М.Гусмана и К.П.Порожского: Научное издание. Екатеринбург, УГГГА, 2002 стр.302, стр. 463-470).
Блоки в свою очередь расчленяются на модули высокой заводской готовности, которые содержат раму с установленным на ней оборудованием и коммуникациями, включающими кабельные изделия, воздухопроводы, паропроводы, водопроводы, трубопроводы гидравлической системы. Коммуникации между блоками выполнены на быстроразъемных соединениях. Для перемещения по рельсам направляющих балок на раме модулей установлены ходовые колеса или ролики.
Блоки и модули соединены между собой винтовыми тягами и осями, и установлены в эшелон с возможностью перемещения по направляющим балкам.
Система отопления кустовой буровой установки включает отдельно стоящий от эшелона котельный блок, выполненный в модульном исполнении и соединенный трубопроводами с модулями эшелона буровой установки.
Для цементирования скважин, пробуренных кустовой буровой установкой БУ 4500/270 ЭК-БМ, используют широко известные комплексы для цементирования скважин, размещенные на шасси нескольких самоходных агрегатов и стоящие отдельно от эшелона кустовой буровой установки, например: комплекс для цементирования скважин КЦС-40 (производитель ООО «Стромнефтемаш») или комплекс для цементирования скважин СИН35.10 (продукция Брянского завода колесных тягачей, смонтирован ОАО «Синергия» (Пермь). Как уже отмечалось ранее, это оборудование чаще всего работает непродолжительное время и обслуживает несколько скважин, пробуренных в разных местах, благодаря расположению цементировочных комплексов на шасси специальных агрегатов. Склады цемента могут располагаться как у места бурения скважины, так и в отдалении вместе с цементировочными комплексами.
Кустовая буровая установка с комплексом оборудования для цементирования скважин, отдельно стоящим от эшелона, имеет определенные недостатки.
Строительство площадки как для размещения буровой установки, так и для размещения самоходных специальных агрегатов с комплексом для цементирования скважин и складов цемента на месте бурения требует значительных затрат времени. При
этом строительство площадки является дорогостоящей операцией особенно при освоении труднодоступных территорий в Западной Сибири и других заболоченных территорий в условиях бездорожья.
Для обеспечения проходимости в условиях плохих дорог комплексы для цементирования скважин приходится размещать на дорогостоящих самоходных шасси, что увеличивает материальные затраты.
Кроме того, в случае, когда комплекс для цементирования скважин обслуживает несколько кустов, необходимо обеспечить строительство подъездных путей между кустами. В случае заболоченности местности, отдаленных территорий, где строительство подъездных путей представляет большие трудности, комплексы для цементирования скважин, размещенные на дорогостоящих самоходных специализированных агрегатах, простаивают у кустовой буровой установки, ожидая начала цементирования очередной скважины.
При этом система отопления кустовой буровой установки, выполненная в виде отдельно стоящего котельного блока, требует дополнительных затрат времени на подготовку площадки и прокладки трубопроводов от котельной.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, является снижение материальных затрат и затрат времени на проведение подготовительных работ при строительстве скважины в труднодоступных районах.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в новой компоновке кустовой буровой установки с размещением комплекса оборудования для цементирования скважин и системы отопления в составе эшелона кустовой буровой установки, что позволяет:
- снизить материальные затраты и затраты времени на проведение подготовительных работ, и, как следствие, раньше приступить к монтажу кустовой буровой установки и, соответственно, к бурению скважины, ее креплению;
- сократить часть оборудования, входящего в комплексы оборудования для цементирования скважин, за счет замены самоходных специализированных агрегатов с источниками электроснабжения, отопления на модули полной заводской готовности, выполненные с возможностью перемещения по направляющим балкам, и за счет подключения модулей комплекса оборудования для цементирования скважин непосредственно к системам электроснабжения, отопления, подачи сжатого воздуха кустовой буровой установки;
- разместить склад цемента на модулях заводской готовности кустовой буровой установки.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, что кустовая буровая установка, включающая вышечно-лебедочный блок с механизмом перемещения и функциональные блоки с укрытием, расположенные в эшелоне, комплекс оборудования для цементирования скважин, систему отопления, при этом функциональные блоки выполнены в виде блока циркуляционной системы, насосного блока с буровыми насосами, компрессорного блока, блока электрооборудования, каждый функциональный блок выполнен в виде модулей, содержащих рамы с технологическим оборудованием, рамы модулей, установленные на направляющие балки, выполнены с возможностью перемещения по ним, причем модули с помощью разъемных соединений объединены с системой коммуникаций, согласно полезной модели, в эшелоне расположены дополнительные модули, на рамах дополнительных модулей, установленных на направляющие балки, размещен комплекс оборудования для цементирования скважин, по крайней мере, один из дополнительных модулей выполнен с укрытием и связан через систему коммуникаций с блоком электрооборудования, с блоком циркуляционной системы, с компрессорным блоком и с системой отопления кустовой буровой установки.
В заявляемой полезной модели комплекс оборудования для цементирования скважин размещен на рамах двух дополнительных модулей, один из которых из которых, выполненный с укрытием, содержит блок цементировочного насосного агрегата с пультом управления, включающий агрегат для смешивания цементных растворов и манифольды высокого и низкого давления, а другой - склад цемента, оборудованный системой пневмоподачи цемента к агрегату для смешивания цементных растворов, соединенный трубопроводом с компрессорным блоком.
В заявляемой полезной модели система отопления буровой установки выполнена в виде двух парогенераторов и двух теплогенераторов, связанных трубопроводами с модулями буровой установки, причем один из теплогенераторов и один из парогенераторов установлены в вышечно-лебедочном блоке, а другой теплогенератор и парогенератор расположены на модуле, установленном в эшелон на направляющие балки между насосным блоком и модулем блока цементировочного насосного агрегата.
В заявляемой полезной модели направляющие балки выполнены с рельсами, при этом возможность перемещения по направляющим балкам обеспечивается тем, что рама модулей выполнена с колесами, взаимодействующими с рельсами.
В заявляемой полезной модели направляющие балки выполнены с поверхностью скольжения, при этом возможность перемещения обеспечивается взаимодействием поверхности рамы модулей с поверхностью скольжения направляющих балок.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Снабжение кустовой буровой установки дополнительными модулями, на которых размещен комплекс оборудования для цементирования скважин, установка этих модулей на направляющие балки в эшелон с возможностью перемещения с эшелоном позволяет обеспечить компактное размещение оборудования комплекса для цементирования скважин вместе с модулями кустовой буровой установки на направляющих балках, что исключает необходимость в строительстве дополнительной площадки для установки комплекса оборудования для цементирования скважин с подъездными путями для его доставки при обслуживании нескольких скважин.
Данные преимущества кустовой буровой установки с цементировочным комплексом, включающим блок цементировочного насосного агрегата с пультом управления и склад цемента, выполненными в модульном исполнении и включенными в эшелон, особенно эффективно проявляют себя в удаленных труднодоступных районах, в условиях заболоченных территорий и бездорожья и, как следствие, позволяют раньше приступить к разбуриванию скважины.
Кроме того, такая компоновка кустовой буровой установки исключает необходимость размещения комплекса оборудования для цементирования скважин на дорогостоящих самоходных шасси, что также сокращает материальные затраты.
Связь, по крайней мере, одного из дополнительных модулей через систему коммуникаций с блоком электрооборудования, с блоком циркуляционной системы, с компрессорным блоком кустовой буровой установки позволяет использовать мощности кустовой буровой установки для работы комплекса оборудования для цементирования скважин, размещенного на дополнительных модулях, а именно: обеспечивать электроснабжение, освещение, отопление, водоснабжение, работу пневмооборудования от кустовой буровой установки, тем самым сократить часть оборудования, входящего в комплекс оборудования для цементирования скважин, установленного на самоходном специализированном агрегате, например, источник энергоснабжения.
Выполнение, по крайней мере, одного из дополнительных модулей с укрытием в виде закрытого помещения, в котором размещен блок цементировочного насосного агрегата с пультом управления, включающий агрегат для смешивания цементных растворов и манифольды высокого и низкого давления, и соединение указанного модуля с системой отопления кустовой буровой установки позволяет обеспечить комфортные условия для работы обслуживающего персонала. Размещение на другом дополнительном модуле склада цемента с системой пневмоподачи и наличие коммуникаций между дополнительными модулями позволяет обеспечить технологическую связь между ними. В зависимости от компоновки и комплектации оборудования для цементирования скважин возможно
размещение комплекса оборудования более чем на двух дополнительных модулях кустовой буровой установки.
Выполнение системы отопления буровой установки в виде двух парогенераторов и двух теплогенераторов, связанных трубопроводами с модулями буровой установки, установка одного из теплогенераторов и одного из парогенераторов в вышечно-лебедочном блоке, и расположение другого теплогенератора и парогенератора на модуле, установленном в эшелон на направляющие балки с возможностью перемещения по ним, позволяет разместить систему отопления в эшелоне, что приводит к снижению затрат времени на подготовительные работы, необходимые для подготовки площадки для отдельно стоящей котельной, установки и подключения ее к модулям буровой установки.
Установка модуля с теплогенертором и парогенератором в эшелон между насосным блоком и модулем блока цементировочного насосного агрегата, позволяет обеспечить обогрев оборудования, расположенного вблизи этого модулей, что исключает наращивание длинных трубопроводов, ведет к снижению затрат времени на монтаж-демонтаж коммуникаций.
Возможность перемещения модулей по направляющим балкам обеспечивается наличием механизма перемещения, взаимодействующим с вышечно-лебедочным блоком, снабженным тележками с ходовыми колесами, а также выполнением рельсов на направляющих балках. При этом модули кустовой буровой установки, установленные в эшелон, выполнены с рамой, снабженной ходовыми роликами, взаимодействующими с рельсами направляющих балок.
Возможно выполнение направляющих балок без рельсов, при этом обеспечивается перемещение скольжением соответствующих поверхностей рам модулей, установленных на направляющие балки.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного выполнения кустовой буровой установки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - общий вид кустовой буровой установки;
на фиг.2 - выносной вид А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, модуль блока цементировочного насосного агрегата;
на фиг.4 - вид В на фиг.1, вид сверху.
Кустовая буровая установка с комплексом оборудования для цементирования скважин включает вышечно-лебедочный блок 1 и установленные в эшелон блок 2 циркуляционной системы, насосный блок 3 с буровыми насосами, компрессорный блок 4, блок 5 электрооборудования, систему отопления 6. Вышечно-лебедочный блок 1 снабжен механизмом перемещения 7 и тележками 8 (фиг.2) с ходовыми колесами для перемещения по рельсам 9 направляющих балок 10. Возможно выполнение вышечно-лебедочного блока с опорными поверхностями скольжения, при этом на направляющих балках также выполняются поверхности скольжения, между которыми расположены рельсы для перемещения эшелона.
Блок 2 циркуляционной системы, насосный блок 3 с буровыми насосами, компрессорный блок 4, блок 5 электрооборудования кустовой буровой установки выполнены в виде модулей 11, полной заводской готовности. На модулях 11 размещено необходимое оборудование указанных блоков и часть оборудования системы отопления 6. Другая часть оборудования системы отопления 6 размещена на вышечно-лебедочном блоке 1. Каждый модуль 11 включает раму 12, снабженную ходовыми роликами 13, взаимодействующими с рельсами 9 направляющих балок 10. Модули 11 выполнены с укрытием 14, отвечают требованиям транспортных габаритов и соединены между собой с, образованием указанных блоков.
Кустовая буровая установка снабжена дополнительными модулями 15, 16, полной заводской готовности, на которых размещено оборудование комплекса для цементирования скважин. Модули 15, 16, аналогично модулям 11, содержат раму 12 и ходовые ролики 13, установлены в эшелон на рельсы 9 направляющих балок 10 с возможностью перемещения.
На одном из дополнительных модулей 15 (фиг.3) комплекса оборудования для цементирования скважин, размещен блок 17 цементировочного насосного агрегата с пультом управления, включающий агрегат для смешивания цементных растворов 18 и манифольды высокого и низкого давления (на чертеже не показаны). Блок 17 цементировочного насосного агрегата предназначен для непрерывного приготовления и смешивания цементных растворов, нагнетания цементных растворов и технологических неагрессивных жидкостей в нефтяные и газовые скважины при цементировании. Для обеспечения комфортной работы персонала, обслуживающего цементировочный насосный агрегат 17, дополнительный модуль 15 выполнен с укрытиями 14, образующими закрытое помещение.
На другом дополнительном модуле 16 размещен склад цемента 19, содержащий три силоса 20 цементных, трубопровод 21 (фиг.4) пневмосистемы (на чертеже не показана), работающей от компрессорного блока 4 кустовой буровой установки. Склад цемента 19
расположен на открытой площадке модуля 16 и предназначен для приема, хранения и разгрузки цемента.
Система отопления кустовой буровой установка выполнена в виде двух парогенераторов 22 и двух теплогенераторов 23 (фиг.4). Один парогенератор 22 и один теплогенератор 23 установлены на площадке вышечно-лебедочного блока 1. Другой теплогенератор 23 и парогенератор 22 размещены на модуле 11, установленном в эшелон между модулем насосного блока 3 и модулем 15 блока 17 цементировочного насосного агрегата, и обеспечивают обогрев рядом стоящих в эшелоне блоков оборудования: блока 2 циркуляционной системы, насосного блока 3, блока 17 цементировочного насосного агрегата.
Система отопления кустовой буровой установки может быть выполнена иным образом, например, в виде отдельно стоящей котельной.
Функционирование всех блоков, модулей кустовой буровой установки обеспечивается через объединяющую модули систему коммуникаций 24, включающую быстроразъемные соединения (на чертеже не показаны). Система коммуникаций 24 включает кабельные изделия, воздухопроводы, паропроводы, водопроводы, трубопроводы гидравлической системы.
Дополнительный модуль 15 блока 17 цементировочного насосного агрегата через систему коммуникаций 24 соединен с блоками кустовой буровой установки, а именно: с модулем 11 системы отопления 6, обеспечивающим отопление модуля 15, с блоком 5 электрооборудования, обеспечивающим энергопитание и освещение, с компрессорным блоком 4, от которого работает пневмооборудование цементировочного насосного агрегата, с блоком 2 циркуляционной системы, обеспечивающим подачу воды из модуля водяной емкости (на чертеже не показан).
Дополнительные модули 15 и 16 соединены между собой коммуникациями 24, обеспечивающими освещение склада, а также подачу цемента со склада 19 в блок 17 цементировочного насосного агрегата.
К вышечно-лебедочному блоку 1 примыкает мост приемный 25, который служит для выполнения операций, связанных с подачей бурильных и обсадных труб на буровую площадку. Вышечно-лебедочный блок 1 тягами 26 и осями 27 соединен с модулем 11 блока 2 циркуляционной системы. Установленные на рельсы 9 направляющих балок 10 последовательно связанные между собой модули 11, 15, 16 вместе с вышечно-лебедочным блоком 1 образуют эшелон, который перемещается от воздействия механизма перемещения 7.
Кустовая буровая установка снабжена отдельно стоящим от эшелона энергоблоком, содержащим дизель-электрические станции 28 и топливный блок 29.
Кустовая буровая установка с комплексом оборудования для цементирования скважин работает следующим образом.
После подготовки площадки под кустовую буровую установку осуществляют монтаж кустовой буровой установки с комплексом оборудования для цементирования скважин. Вышечно-лебедочный блок 1 устанавливают на рельсы 9 направляющих балок 10, при этом тележки 7 с ходовыми колесами до момента перемещения от скважины к скважине разгружены. Затем осуществляют монтаж модулей 11 блока 2 циркуляционной системы с насосным блоком 3, модуля 11 теплогенератора, модулей 15, 16 блока 17 цементировочного насосного агрегата и склада цемента 19, модулей 11 компрессорного блока 4 и блока 5 электрооборудования. Вышечно-лебедочный блок 1 соединяют с тягами 26 и осями 27 с модулем 11 блока 2 циркуляционной системы. Модули 11, 15, 16 устанавливаются ходовыми роликами 12 на рельсы 9 направляющих балок 10 в эшелон и соединяются между собой тягами и осями. При монтаже осуществляют соединение всех коммуникаций 24 буровой установки, обеспечивая соединений вышечно-лебедочного блока и модулей в зависимости от их технологического оборудования с трубопроводами пара, воды, воздуха, бурового раствора, цемента.
Дополнительные модули 15, 16 соединяют между собой трубопроводами, при этом энергоснабжение и освещение склада 19 осуществляется от дополнительного модуля 15, который в свою очередь связан с системой коммуникаций 24 кустовой буровой установки. Модуль 16 со складом 19 цемента соединяют трубопроводом 21 с компрессорным блоком 4.
При работе оборудования кустовой буровой установки в процессе бурения формируется конструкция скважины. Крепление ствола скважины обеспечивается колонной обсадных труб, а последующее их цементирование осуществляется комплексом оборудования для цементирования скважин, размещенным в эшелоне кустовой буровой установки. При этом со склада 19 цемент при помощи системы пневмоподачи, работающей от компрессорного блока 4, подается в блок 17 цементировочного насосного агрегата, где осуществляется приготовление необходимого раствора или цемента. Полученный в зависимости от режима цемент (раствор) по трубопроводам высокого давления закачивают в скважину. Для бурения следующей скважины в кусте вышечно-лебедочный блок 1 устанавливают на тележки 8 с ходовыми колесами и при помощи механизма перемещения 6 весь эшелон перемещается до следующей скважины по рельсам 9 направляющих балок 10.
Таким образом, выполнение кустовой буровой установки с комплексом оборудования для цементирования скважин, расположенным в эшелоне на дополнительных
модулях, позволяет сократить время на подготовительные работы при строительстве кустовой площадки, так как не требуется подготовка отдельной площадки для установки комплекса оборудования для цементирования скважин и склада цемента. Кроме того, такое размещение позволило использовать мощности буровой установки, и при этом исключить как строительство подъездных дорог, так и использование дорогостоящего оборудования в качестве монтажной базы, что, как следствие, привело к снижению материальных затрат и затрат времени на подготовительные работы.