КОГЕНЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ КУСТОВОЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ
COGENERATION SYSTEM OF ENERGY SUPPLY OF CLUSTER DRILLING RIG

Изобретение относится к тепло- и электроэнергетике, а именно к когенерационным системам получения энергии для энергоснабжения машин и комплексов объектов нефтедобычи с использованием попутного нефтяного газа в качестве энергоносителя и тепла для обеспечения собственных нужд предприятий минерально-сырьевого комплекса, находящихся вдали от действующих систем централизованного электроснабжения без связи с единой энергосистемой.
Известна кустовая буровая установка с упрощенной схемой компоновки (патент RU №2426854, опубл. 20.08.2011 г.), включающая в себя модули, состоящие из рам с технологическим оборудованием, блок цементирования скважин, блок циркуляционной системы, насосный блок с буровыми насосами, блок электрооборудования, компрессорный блок, а также вышечно-лебедочный блок и приемный мост с буровыми трубами, установленные на направляющих с возможностью горизонтального перемещения. Установка скомпонована в два ряда на четырех параллельных направляющих, при этом блоки-модули соединены с системой коммуникаций и установлены с возможностью изменения их взаимного положения, а приемный мост с буровыми трубами установлен в пространстве между рядами, при этом приемный мост соединен с вышечно-лебедочным блоком, который установлен на внутренние направляющие с выдвижением за габаритную линию компоновки, образованную блоками-модулями. Позволяет сократить площадь для обслуживания буровой установки и сократить коммуникационные связи между блоками-модулями. Обеспечивает возможность установки дополнительного укрытия для обогрева рабочих зон с уменьшением теплопотерь от поверхности укрытий, что повышает эффективность эксплуатации установки.
Недостатками являются отсутствие блока, обеспечивающего теплоснабжение рабочих зон буровой установки и емкостей с буровым раствором, и возможности включения дополнительных блоков с емкостями для бурового раствора, а также перемещение рабочего персонала из одного блока-модуля в другой, находящихся на разных рядах, осуществляется через приемные мостки, что повышает возможность получения травм при проведении операции наращивания бурильной колонны.
Известна двухъярусная двухэшелонная установка для кустового бурения нефтяных и газовых скважин (патент RU №133867, опубл. 27.10.2013 г.), содержащая вышечно-лебедочный блок и функциональные блоки, скомпонованные в два эшелона, в одном из которых расположен блок циркуляционной системы, а в другом - насосный блок, при этом установка имеет приемный мост со стеллажами для буровых и обсадных труб и направляющие, отличающаяся тем, что установка выполнена двухъярусной, в нижнем ярусе расположены функциональные блоки, а над ними, в верхнем ярусе - приемный мост со стеллажами для буровых и обсадных труб, над приемным мостом расположен грузоподъемный кран для перемещения труб к приемному мосту блоку в направлении, параллельном направляющим. Установка отличается тем, что в начале и конце эшелонае блока циркуляционной системы расположены два независимых друг от друга тепловых модуля и в эшелоне блока циркуляционной системы расположен блок дополнительных емкостей бурового раствора.
Недостатком установки является сложность операций по замене модулей в случае выхода их из строя, а также отсутствие теплоизоляционного укрытия верхнего яруса.
Известна буровая установка (патент РФ №24231, опубл. 27.07.2002 г.), содержащая блоки-модули с буровым оборудованием, установленные эшелоном, скрепленные между собой быстроразъемными соединениями и соединенные сквозным проходом от рабочей площадки до концевого модуля.
Недостатком такой компоновки блоков является сложность операции по замене модуля в случае выхода его из строя, а также установки дополнительных модулей.
Известна кустовая буровая установка (патент РФ №83280, опубл. 27.05.2009 г.), содержащая вышечно-лебедочный блок, блок циркуляционной системы, блок буровых насосов, компрессорный блок, блок электрооборудования, цементировочный блок, которые расположены эшелоном, при этом каждый блок выполнен в виде модуля, установленного на направляющие балки, с возможностью перемещения по ним. Для более эффективного проведения операций по кустовому бурению конструкция установки позволяет устанавливать дополнительные блоки.
Недостатком является то, что при установке дополнительных блоков кустовая буровая установка значительно увеличивается в длину (100 и более метров), что увеличивает протяженность связывающих технологических и электрических коммуникаций, увеличивает энергетические затраты на перекачку растворов и обогрев помещений, усложняет обслуживание буровой установки.
Известна кустовая буровая установка с упрощенной схемой компоновки (патент RU №2467146, опубл. 20.11.2012 г.), принятая за прототип, установка содержит блоки, выполненные в виде модулей, состоящих из рам с технологическим оборудованием, блок цементирования скважин, блок циркуляционной системы, насосный блок с буровыми насосами, блок электрооборудования, компрессорный блок, а также вышечно-лебедочный блок и приемный мост с буровыми трубами, установленные на направляющих с возможностью горизонтального перемещения, согласно патенту установка скомпонована в два ряда на 4-х параллельных направляющих, при этом блоки-модули соединены с системой коммуникаций и установлены с возможностью изменения их взаимного положения, причем установка дополнительно снабжена блоком с емкостным оборудованием, который установлен в одном ряду с блоком циркуляционной системы и компрессорным блоком, а в другом ряду блоки могут быть установлены последовательно от вышечно-лебедочного блока, как в первом варианте: блок цементирования скважин, насосный блок, снабженный теплогенератором, и приемный мост с буровыми трубами; или, как во втором варианте: приемный мост с буровыми трубами, насосный блок, снабженный теплогенератором, и блок цементирования скважин. При этом блок электрооборудования установлен между блоком цементирования скважин и насосным блоком, а над компрессорным блоком установлен блок теплогенератора, который имеет общую технологическую связку с блоком емкостного оборудования.
Недостатками являются неполное использование потенциала первичного энергоносителя, что приводит к уменьшению эффективности ведения работ, отсутствие связи блока теплогенератора с рабочей площадкой буровой установки, на которой непосредственно работают буровики, блоком цементирования и приемными мостками (представлена только связка с блоком емкостного оборудования), а также недостаточный обогрев емкостей с буровым раствором, что усложняет технологию его применения и хранения.
Техническим результатом является повышение общей энергоэффективности буровых работ, улучшение условий труда буровой бригады, обеспечение технологии приготовления и хранения бурового раствора.
Технический результат достигается тем, что блок электрооборудования выполнен в виде микрогазотурбинного электроагрегата, соединенного трубопроводом выхлопной системы с пластинчатым теплообменником и змеевиком, находящимся в емкостях с буровым раствором блока емкостного оборудования, при этом пластинчатый теплообменник соединен дополнительным трубопроводом с системой воздушного отопления здания буровой вышки.
Система поясняется следующим чертежом:
фиг. 1 - когенерационная система энергоснабжения кустовой буровой установки,
где 1 - компрессор
2 - камера сгорания
3 - турбина
4 - генератор
5, 13 - трубопровод
6 - пластинчатый теплообменник
7 - тонкая гофрированная металлическая пластина
8 - торцевая пластина
9 - теплообменный блок
10, 11 - входной патрубок
12 - дополнительный трубопровод
14 - центробежный вентилятор
15 - система циркуляции воздуха
16 - конвектор
17 - емкости для приготовления и хранения бурового раствора
18 - змеевик
19 - устройство перемешивания бурового раствора
20, 21 - выходной патрубок
22 - выхлопной патрубок
23 - микрогазотурбинный электроагрегат
24 - здание буровой вышки
25 - блок емкостного оборудования
Когенерационная система энергоснабжения кустовой буровой установки содержит (фиг. 1) микрогазотурбинный электроагрегат 23, состоящий из компрессора 1, камеры сгорания 2, турбины 3 и генератора 4, трубопровода 5 выхлопной системы микрогазотурбинного электроагрегата, соединенного с пластинчатым теплообменником 6, в свою очередь соединенного дополнительным трубопроводом 12 со зданием буровой вышки 24 через центробежный вентилятор 14 и напрямую трубопроводом 13 с блоком емкостного оборудования 25. Теплообменник 6 состоит из тонких гофрированных металлических пластин 7, размещенных между двумя торцевыми пластинами 8. Пластины спаяны в единый теплообменный блок 9 с патрубками 10, 11, 20, 21 для ввода и отвода рабочих сред, расположенных на торцевых пластинах. Здание буровой вышки содержит систему циркуляции воздуха 15 и конвекторы 16. Блок емкостного оборудования содержит емкости для приготовления и хранения бурового раствора 17, змеевик 18, соединенный с трубопроводом выхлопной системы и выхлопным патрубком 22, устройство перемешивания бурового раствора 19.
Система работает следующим образом. Компрессор 1 микрогазотурбинного электроагрегата 23 засасывает воздух из окружающей среды и направляет его в камеру сгорания 2, где он смешивается с топливом (газом), образуя рабочую смесь, приводящую турбину 3, жестко соединенную валом с генератором 4, вращая его, вырабатывая тем самым электрическую энергию для питания бурового оборудования. Выхлопные газы микрогазотурбинного электроагрегата, имеющие высокую температуру, по трубопроводу 5 выхлопной системы через входной патрубок 10 вводятся в теплообменник 6, где через чередующиеся каналы, образованные пластинами 7 и угловыми отверстиями, расположенные таким образом, что две рабочие среды движутся по ним в режиме противотока, отдают часть своего температурного потенциала воздуху, попадающему в теплообменник 6 через входной патрубок 11, и циркулирующему в системе циркуляции воздуха 15 за счет центробежного вентилятора 14. Нагретый воздух, выходя из теплообменника 6 через выходной патрубок 21, попадает в здание буровой 24 и посредством конвекторов 16 повышает температуру воздуха в рабочей зоне. Выхлопные газы после теплообменника 6, все еще имеющие достаточный температурный потенциал, через выходной патрубок 20 и трубопровод 13 попадают в змеевик 18, находящийся в емкости для бурового раствора 17, и передают остаточную теплоту рабочему флюиду, после чего выбрасываются в атмосферу через выхлопной патрубок 22. Устройство перемешивания бурового раствора 19 осуществляет равномерный нагрев флюида, обеспечивая тем самым технологию его применения и хранения.
Использование энергосберегающей когенерационной системы энергоснабжения производственных объектов при кустовом бурении позволяет повысить общую эффективность комплексного энергоснабжения буровых работ, улучшить санитарные условия труда буровой бригады и обеспечить технологию применения бурового раствора в осложненных климатических условиях.