CC BY
2Международный научный журнал «ВЕСТНИК НАУКИ» № 11 (80) Том 1. НОЯБРЬ 2024 г. УДК 622
Нигматов Л.Г.
канд. техн. наук, доцент филиал в Оренбурге Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина (г. Оренбург, Россия)
ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ ВЕРХНЕГО ПРИВОДА ПРИ БУРЕНИИ НАКЛОННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН НА НЕФТЬ И ГАЗ
Аннотация: в статье рассматриваются современные системы верхнего привода, применяемые для бурения глубоких скважин на суше и на морских платформах. Проанализированы основные виды данных систем — гидравлические и электрические, а также их конструктивные особенности, преимущества и недостатки. Приведены примеры использования систем верхнего привода в сложных условиях бурения, включая необходимость работы при больших углах наклона и в средах с высоким содержанием сероводорода. Показано, что применение данных систем обеспечивает повышение безопасности и эффективности буровых работ, а также позволяет минимизировать риски при осложнениях на скважине.
Ключевые слова: система верхнего привода, скважина, бурение, аварии, осложнения, СВП, ротор.
На сегодняшний день развитие передовых технологий в области бурения глубоких скважин на суше, а также развивающийся отрасли бурения на море невозможно без применения систем верхнего привода системы верхнего привода стали обязательным компонентом в бурении скважин на суше и на море. Их преимущества, особенно при бурении с углами наклона и положениями, делают их более эффективными по сравнению с устаревшими роторными системами (Рисунок 1). Федеральные нормы безопасности нефтяной и газовой
промышленности требуют их применения при бурении, сохранении скважин, на морских платформах и при вскрытии [1].
- бурение глубоких скважин, проектная глубина которых составляет от 4500 метров по стволу,
- при вскрытие осложненных пластов с сероводородом (свыше 6% объемных),
- наборе и снижении зенитного угла с радиусами менее 30 метров, в частности при бурении горизонтальных скважин, с длиной более 300 метров,
- при бурении скважин на морских платформах и прибрежных акваториях.
Рис.1. Общий вид ротора буровой установки.
Ключевым преимуществом верхнего привода является возможность контролировать вращение бурильной колонны в необходимом направлении, что обеспечивает жесткое управление и повышение безопасности. Системы верхнего привода позволяют оперативно реагировать на определение, автоматизировать работу с бурильными инструментами и обеспечивать безопасность персонала [2].
Согласно техническим регламентам по безаварийному ведению буровых работ ведущих буровых предприятий при возникновении осложнений в виде посадок или затяжек бурильного инструмента более 5000 кг в процессе строительства наклонно-направленных или вертикальных скважин, от собственного веса (испытываемого при циркуляции и вращении) следует
приостановить спуско-подъемные операции бурильного инструмента, приподнять или отпустить его на длину 15-20 метров, проработать опасный интервал (вращением бурильной колонны и включенными насосами), добиться планового хождения компоновки (движения с отсутствием затяжек или посадок) и только в этом случае продолжать спуско-подъемные операции бурильного инструмента, из вышесказанного, очевидно, что квадратом проработку вверх всей бурильной свечи мы не сможем обеспечить, именно в этом и проявляется конкурентное преимущество систем верхнего привода по сравнению с доживающими свой век роторами.
На сегодняшний день отечественными и зарубежными фирмами представлены два основных типа систем верхнего привода, это электрические и гидравлические. Первыми на мировой рынок вышли производители гидравлических приводов, таких фирм как VARCO, NOV, TESCO (Рисунок 2 а, б). Характерной особенностью которых является то что привод вращающегося шпинделя осуществляется от создания гидравлическими моторами высокого давления циркулирующего агента в виде масла, который приводит во вращение гидравлические двигатели, расположенные на силовой части привода, а те в свою очередь приводят во вращение шпиндель.
Рис.2 Пример системы верхнего привода канадской фирмы Tesco а) система гидропривода б) дизельный привод СВП.
Главными преимуществами гидравлических приводов является автономность системы от энергосилового блока буровой установки, в случае возникновения нештатных ситуаций в процессе бурения, связанных с отключением электрического тока, у гидравлических приводов имеется возможность вращения бурильной колонны, при неподвижном талевом блоке, что конечном счете позволит минимизировать риск возникновения различных видов прихвата, так как общеизвестно, что в необсаженном участке скважины не допускается оставлять бурильный инструмент без движения более 3 минут.
Среди достоинств гидравлических систем верхнего привода следует отметить возможность плавного регулирования расхода циркулирующего масла, что позволяет минимизировать реактивный момент на бурильной колонне без необходимости использования дополнительных тормозных устройств. Однако существуют и недостатки, такие как наличие громоздких гидравлических шлангов и подводящих патрубков. Эти элементы определяют конструкцию весов и усложняют процессы монтажа и демонтажа буровой установки, что может отрицательно повлиять на безопасность управления персоналом.
Главным отличием электрических систем верхнего привода от гидравлических является то, что главным вращающим звеном шпинделя является асинхронный электрический двигатель. (Рисунок 3).
Рис.3. Электродвигатель системы верхнего привода.
К основным преимуществам электрических систем верхнего привода относится низкая металло-грузоемкость системы, не требующая специально
подготовленной площадки с подводом линий для дизельного топлива. Безопасность труда исполнителей строительно-монтажных работ, выражающаяся в наличии быстроразъемных соединений что как следствие ведет к снижению сроков монтажных работ. К недостаткам следует отнести сложность алгоритмов функционирования системы. Для управления силового блока верхнего привода используется коаксиальный канал связи типа РшйВш или PшfiNet и несколько контроллеров. При выходе из строя которых трудно определить источник поломки, отсюда вытекает очередной недостаток электрических верхних приводов - вырастают квалификационные требование к ремонтному и обслуживающему персоналу. Персонал должен знать основы программирования, принцип работы электрических приводов, способы регулирования, конструкционные особенно электрических двигателей и частотных преобразователей [3].
В заключение, современные системы верхнего привода играют ключевую роль в процессе бурения глубоких скважин как на суше, так и в морских условиях. Их способность адаптироваться к сложным условиям и обеспечить высокую степень контроля над бурением делает их незаменимыми в современном нефтегазовом секторе. В условиях возрастающей сложности буровых операций и требований к быстроте и надежности работ, внедрение и развитие систем верхнего привода будет способствовать улучшению показателей бурения и повышению конкурентоспособности буровых компаний.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности";
2. Нигматов Л.Г. Технические способы снижения аварийности при бурении направленных скважин // Наукосфера, октябрь, 2024. №10 (2);
3. Макаров В. Эффективность применения системы верхнего силового привода ЭЧР 320 при бурении осложненных скважин // Нефтегазовые
горизонты: тезисы докладов научно-практического конгресса, 2022. - С. 34-35. -EDN TXATSG
Nigmatov L.G.
Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkin
(Orenburg, Russia)
ADVANTAGES OF USING TOP DRIVE SYSTEM IN DRILLING DIRECT AND HORIZONTAL OIL AND GAS WELLS
Abstract: article discusses modern top drive systems used for drilling deep wells on land and offshore platforms. The main types of these systems - hydraulic and electric, as well as their design features, advantages and disadvantages are analyzed. Examples of using top drive systems in difficult drilling conditions are given, including the need to work at large angles of inclination and in environments with a high content of hydrogen sulfide. It is shown that the use of these systems ensures increased safety and efficiency of drilling operations, and also minimizes the risks of complications in the well.
Keywords: top drive system, well, drilling, accidents, complications, TDS, rotor.
