Разработанные и выпускаемые компанией DRILLMEC (Италия) автоматические буровые установки гидравлического типа являются революционным, принципиально новым образцом оборудования – на сегодня это наиболее новаторское предложение для нефтегазовой промышленности. Новая концепция буровых установок Автоматизированные буровые установки гидравлического типа серии HH были разработаны компанией Drillmec для обеспечения высоких стандартов безопасности ведения буровых работ, их высокой эффективности, снижения стоимости бурения и уменьшения воздействия на окружающую среду. Эти буровые установки требуют в два раза меньшей территории для размещения оборудования, чем традиционные, обеспечивают самые быстрые монтаж-демонтаж и транспортировку на другую точку, сокращают непроизводительные время и расходы, обладают высокими эксплуатационными характеристиками.
Буровые установки уникальной конструкции имеют форму, значительно отличающуюся от традиционных буровых установок (рис. 1). Целью создания такой конструкции были увеличение уровня безопасности работы буровой бригады и улучшение технико-экономических показателей бурения. В конструкции буровой установки HH используется различное гидравлическое оборудование для максимальной автоматизации процесса бурения. Управление всеми функциями буровой установки производится из кабины бурильщика. Буровые установки серии НН выпускаются с номинальной статической грузоподъемностью на крюке от 70 до 350 метрических тонн, что дает возможность бурить скважины глубиной до 5000 м в зависимости от конструкции и профиля скважины. Поэтому буровые установки этого дизайна потенциально могут быть широко востребованы, поскольку 90% буримых сегодня на суше в мире нефтяных, газовых и геотермальных скважин находятся в пределах технических возможностей этой серии.
Разработана и находится в производстве самая большая буровая установка серии HH, предназначенная для работы в условиях Саудовской Аравии, грузоподъемностью на крюке – 600 тонн. Буровые установки серии HH интегрированы с базой трейлера, на котором они и транспортируются как одно целое. Данные установки самоподъемные – с помощью гидравлических цилиндров они выдвигаются в рабочее положение на требуемую высоту.
Рис. 1. Автоматизированная буровая установка гидравлического типа НН-300
Автоматизация рабочих операций Концепция максимальной автоматизации данных буровых установок позволяет осуществлять большинство рабочих операций процесса бурения, включая спуско-подъемные операции (СПО) колонн бурильных и насосно-компрессорных труб (НКТ), с наилучшими эксплуатационными показателями. Полностью автоматизированный трубный манипулятор, управляемый из кабины бурильщика, позволяет совершать СПО без вмешательства оператора, не требует присутствия персонала на рабочем полу. Функции рабочих на буровом полу ограничиваются лишь смазкой резьбовых соединений труб и сменой компоновок низа бурильных колонн (КНБК). Таким образом, для эксплуатации буровых установок серии НН требуется буровая бригада меньшей численности, чем для традиционных буровых установок. Это называется работа «без рук» — персонал не имеет непосредственного контакта с вращающимися трубами, трубными ключами и лебедками, никто не подвергается риску попасть под падающие предметы.
Буровые установки серии НН отличает от других самоподъемная гидравлическая телескопическая мачта, в которую интегрированы мощный гидроцилиндр и система верхнего гидропривода. Мачта буровой установки серии НН имеет иную конструкцию, чем мачта традиционной буровой установки. На данной буровой установке нет буровой лебедки и талевой системы, нет балкона верхового рабочего и, соответственно, не требуется верховой рабочий. Все это заменено мощным гидроцилиндром, который является основным грузоподъемным элементом буровой установки. Самоустанавливающаяся мачта уменьшенной высоты. После подъема базы буровой установки на требуемую высоту подроторного основания мачта поднимается в вертикальное положение двумя гидравлическими цилиндрами.
Так же устанавливается в рабочее положение и верхний привод. Верхний привод оборудован динамометрическим ключом; может двигаться горизонтально, что позволяет ему перемещать трубы из шурфа для «однотрубки» к центру скважины, и наоборот. Кроме того, буровая установка оборудована автоматическим трубным манипулятором, который поворачивается внутри уникальных вертикальных стеллажей-магазинов для бурильных труб, радиально расположенных вокруг буровой площадки. Эти вертикальные стеллажи состоят из определенного количества мобильных магазинов. Количество магазинов зависит от размера и типа буровой установки. Захваты трубного манипулятора установлены на вертикальной вращающейся башенной опоре и оснащены двумя зажимами каждый. Этими зажимами манипулятор захватывает бурильную трубу из любого магазина и перемещает ее в шурф для наращивания, или наоборот, в зависимости от предварительно электронно-заданной последовательности.
Система функционирует автоматически в последовательности, управляемой программируемым логическим контроллером (ПЛК), при этом у оператора-бурильщика сохранена возможность управления всеми системами буровой со своего пульта управления в кабине (рис. 4). В комплект поставки буровых установок серии НН входит также гидравлический силовой трубный ключ с автоматическими захватами. Система вертикальных стеллажей-магазинов для труб устанавливается на полукруглой решетке вокруг буровой площадки, что позволяет быстро монтировать и демонтировать буровую установку. Кроме того, магазины для труб транспортируются и перегружаются, будучи полностью заполненными трубами (обычно по 16 труб на магазин), что значительно экономит время и снижает риски, связанные с погрузкой и разгрузкой труб. Трубы можно легко заменять, поменяв магазины, уже заполненные другими трубами, не прерывая при этом процесса бурения.
Буровые установки серии НН предназначены для работы с бурильными трубами стандартного типоразмера диапазона длины R III (~ 12,5 м), однако трубы длиной ~ 9,5 м также могут применяться без каких-либо изменений и регулировки оборудования. Другим важным элементом, позволяющим эксплуатировать буровые установки серии НН в автоматическом режиме, является гидравлический силовой трубный ключ, который размещается позади закрепленной части основания мачты, регулируется по высоте, управляется с пульта бурильщика, вращается вперед и назад относительно центра скважины для свинчивания и развинчивания трубных соединений без применения ручного труда. Только буровые установки серии НН обладают уникальной способностью создавать дополнительное вертикальное усилие на бурильный инструмент (долото), что является огромным преимуществом во многих критических ситуациях.
Величина создаваемой нагрузки – от 20 до 40 тонн, в зависимости от типа буровой установки. Как показала мировая практика, буровые установки серии HH особенно применимы и экономически эффективны при бурении наклонно-направленных скважин с большими зенитными углами и горизонтальных скважин. Габаритные размеры и весовые характеристики буровых установок серии НН значительно меньше эквивалентных по мощности и грузоподъемности традиционных буровых установок (рис. 3, рис. 5). Все лавные модули буровой установки НН значительно меньше по массе, чем аналогичные традиционные, и для быстрой транспортировки монтируются на полуприцепах. Параметры бурения можно регулировать гидравлическим верхним приводом в процессе работы. Верхний привод обеспечивает автоматическое бурение с постоянной нагрузкой на долото или с постоянной скоростью вращения, выбранными оператором-бурильщиком со своего пульта управления. Также можно установить максимальное достигаемое значение нагрузки на крюке (на мачту). Эти конструктивные особенности буровых установок НН в сочетании с возможностью обратной проработки ствола скважины снизу вверх во время подъема бурильного инструмента снижают риски прихватов бурильных труб.
Рис. 2. Буровая установка НН-300 в Техасе
Рис. 4. Пульт оператора-бурильщика Точность и бесперебойность
Каждая повторяющаяся операция становится бесперебойной, предсказуемой и более быстрой, в основном, потому, что она не обусловлена поведением человека. Спуско-подъемные операции производятся почти полностью автоматически, вне зависимости от ручного труда и независимо от времени суток и погодных условий. На рис. 5 показана бесперебойность спускоподъемных операций. В среднем производится 50 свинчиваний - развинчиваний в час. Так как обычно используются бурильные трубы диапазона длины R III (супероднотрубки), то скорость СПО составляет в пределах ~ 600 м/ч, что является очень конкурентным показателем по сравнению со скоростью СПО любой традиционной буровой установки, на которой используются сдвоенные бурильные трубы-свечи.
Затраты времени на наращивание труб в процессе бурения также очень незначительны, что положительно влияет на общее время бурения. Более того, работа, основанная на гидравлическом давлении главного цилиндра, позволяет точно управлять нагрузкой на долоте – с помощью системы «тонкой настройки» можно запрограммировать желаемую нагрузку, поддерживая ее постоянной на протяжении всего времени бурения данного интервала. Следовательно, любые изменения в скорости проходки будут зависеть только от изменений характеристик разбуриваемых пород. Такие изменения в скорости проходки дают ценные указания для бурильщика или геолога. Технические возможности буровых установок НН, и особенно возможность управления нагрузкой на долото, обеспечивают наиболее точное, легкое и скоростное бурение в любых условиях (рис. 8). И последнее, но не менее важное. Важно подчеркнуть, что более безопасная и менее трудоемкая работа на новых автоматизированных буровых установках с использованием передовых технологий привлечет в отрасль молодых высокообразованных, легко обучаемых инженеров, в которых остро нуждается нефтегазовая промышленность. Это поможет решить вопрос дефицита квалифицированного персонала в глубоком бурении.
Рис. 6. Гидравлическая буровая установка серии НН в Исландии
Буровые установки НН серии: минимизация аварийности и травматизма Большинство несчастных случаев на буровых установках происходят на буровом полу. Часты повреждения рук и пальцев в результате зажатия между подвешенной трубой и трубой, находящейся в клиньях ротора, удары и затаскивания рук вращающимися колоннами, раздробление рук трубным ключом, лебедкой или цепью.
Такие несчастные случаи происходят с людьми, работающими вблизи движущихся механизмов и подвергающихся опасности столкновения с ними. Подобное часто случается при спуско-подъемных операциях на традиционных буровых установках, где много людей выполняют тяжелую ручную работу в довольно ограниченной зоне бурового пола.
На буровых установках серии НН, обслуживаемых меньшим числом рабочих, где большинство операций выполняются автоматически или с дистанционным управлением, возможность несчастных случаев значительно ниже. А вероятность быть травмированным падающими предметами практически исключена, так как здесь нет человеческого присутствия вверху, над буровым полом, а подъемные операции производятся посредством телескопического движения гидравлической мачты вместо буровой лебедки и талевых канатов, как на традиционных буровых установках. Минимальное число происшествий на действующих буровых установках НН свидетельствует о том, что они обеспечивают буровым бригадам самый высокий уровень безопасности. Автоматизация рабочих операций, централизованное управление и уменьшенная численность персонала буровой бригады обеспечивают простоту и наибольшую эффективность технического обслуживания и эксплуатации буровой установки, – это залог большей производительности и меньшей стоимости работ. Более комфортные и менее утомительные условия работы стимулируют персонал более продуктивно выполнять свои обязанности.
Рис. 8. Диаграммы сравнения средних эксплуатационных показателей бурения традиционной буровой установки и НН 200
Уникальная конструкция буровых установок серии НН, направленная на обеспечение безопасности их эксплуатации, достигаемая в основном за счет автоматизации большого числа компонентов, может быть в дальнейшем усовершенствована с целью достижения полной автоматизации буровых установок и сведения к нулю травматизма и аварийности в бурении.
Сегодня уже больше сотни автоматизированных буровых установок серии НН успешно работают на различных нефтегазовых месторождениях по всему миру (Аргентина, Австралия, Венесуэла, Бразилия, Колумбия, Перу, Конго, Египет, Ливия, Саудовская Аравия, Индия, Китай, Исландия, Италия, Германия, Нидерланды, Румыния, Великобритания, США, Украина и др.), подтверждая безупречность данной технологии выдающимися результатами, такими как: безаварийные условия труда, снижение стоимости бурения и затрат на логистику, повышение скоростей бурения, более точное управление параметрами бурения, уменьшение воздействия на окружающую среду. Разработанные и выпускаемые компанией Drillmec автоматические буровые установки гидравлического типа являются революционным, принципиально новым образцом оборудования – на сегодня это наиболее новаторское предложение для нефтегазовой промышленности.
