Буровая установка — это интегрированная система, которая бурит скважины , такие как нефтяные или водяные скважины, или отверстия для свай и других строительных целей в недрах земли. Буровые установки могут быть массивными конструкциями, в которых размещается оборудование, используемое для бурения водяных скважин , нефтяных скважин или скважин для добычи природного газа, или они могут быть достаточно маленькими, чтобы их мог перемещать вручную один человек, и такие установки называются шнеками . Буровые установки могут отбирать пробы подземных минеральных залежей, тестировать физические свойства горных пород, почвы и грунтовых вод , а также могут использоваться для установки подземных конструкций, таких как подземные коммуникации, приборы, туннели или скважины. Буровые установки могут быть передвижным оборудованием, установленным на грузовиках, гусеницах или прицепах, или более постоянными наземными или морскими сооружениями (такими как нефтяные платформы , обычно называемые «морскими нефтяными установками», даже если они не содержат буровой установки). Таким образом, термин «установка» обычно относится к сложному оборудованию, которое используется для проникновения на поверхность земной коры .
Малые и средние буровые установки являются мобильными, например, те, которые используются при разведочном бурении полезных ископаемых, взрывных скважинах, водяных скважинах и экологических исследованиях. Более крупные установки способны бурить тысячи метров земной коры , используя большие « буровые насосы » для циркуляции бурового раствора (шлама) через буровое долото и вверх по кольцевому пространству обсадной колонны для охлаждения и удаления «шлама» во время бурения скважины. Подъемники на установке, вышке , могут поднимать сотни тонн труб . Другое оборудование может нагнетать кислоту или песок в резервуары для облегчения добычи нефти или природного газа; а в отдаленных местах могут быть постоянные жилые помещения и питание для бригад (которых может быть более сотни). Морские буровые установки могут работать на расстоянии тысяч миль от базы снабжения с редкой ротацией или циклом бригады.
До тех пор, пока в конце 19 века не были разработаны двигатели внутреннего сгорания , основным методом бурения горных пород была мускульная сила человека или животного. Техника бурения нефтяных скважин посредством ударного или вращательного бурения берет свое начало в древней китайской династии Хань в 100 году до нашей эры, когда ударное бурение использовалось для добычи природного газа в провинции Сычуань. [1] Ранние методы бурения нефтяных и газовых скважин казались примитивными, поскольку требовали нескольких технических навыков. [1] [2] Навыки включали наличие тяжелых железных долот и длинных бамбуковых шестов, изготовление длинных и прочных тросов, сплетенных из бамбукового волокна, и рычагов. Тяжелые железные долота прикреплялись к длинным бамбуковым тросам, подвешенным к бамбуковым вышкам, а затем многократно поднимались и опускались в вырытую вручную яму, когда два-шесть человек прыгали на рычаге. [1] Нефтяные скважины династии Хань, созданные методом ударного бурения, были эффективными, но к 10 веку достигали только 10 метров в глубину и 100 метров. [1] К XVI веку китайцы уже исследовали и бурили нефтяные скважины глубиной более 2000 футов (610 м). [2] Китайская технология бурения скважин была представлена в Европе в 1828 году. [3] Модернизированный вариант древнекитайской техники бурения был использован американским бизнесменом Эдвином Дрейком для бурения первой нефтяной скважины в Пенсильвании в 1859 году с использованием небольших паровых двигателей для питания процесса бурения, а не человеческих мышц. [1] Бурение с помощью троса было разработано в Древнем Китае и использовалось для бурения скважин с рассолом. Соляные купола также содержали природный газ, который добывался в некоторых скважинах и который использовался для испарения рассола. Дрейк узнал о бурении с помощью троса от китайских рабочих в США. [4] Первым основным продуктом был керосин для ламп и обогревателей. [5] [6] Аналогичные разработки вокруг Баку подпитывали европейский рынок.
В 1970-х годах, за пределами нефтегазовой промышленности, шарошечные долота, использующие циркуляцию бурового раствора, были заменены первыми пневматическими возвратно-поступательными поршневыми бурами с обратной циркуляцией (RC), и стали по сути устаревшими для большинства неглубоких скважин, и теперь используются только в определенных ситуациях, когда породы исключают другие методы. Бурение RC оказалось намного быстрее и эффективнее и продолжает совершенствоваться с лучшей металлургией, получая более твердые, более прочные долота и компрессоры, обеспечивающие более высокое давление воздуха при больших объемах, что обеспечивает более глубокое и быстрое проникновение. Алмазное бурение осталось по существу неизменным с момента своего создания.
Буровые установки для добычи нефти и природного газа используются не только для определения геологических резервуаров, но и для создания отверстий, которые позволяют извлекать нефть или природный газ из этих резервуаров. В первую очередь на наземных нефтяных и газовых месторождениях после того, как скважина пробурена, буровая установка будет перемещена со скважины, а сервисная установка (установка меньшего размера), специально построенная для завершения, будет перемещена на скважину, чтобы вывести скважину на линию. [7] Это освобождает буровую установку для бурения другой скважины и оптимизирует работу, а также позволяет специализироваться на определенных услугах, например, на завершении против бурения.
Буровые установки для горнодобывающей промышленности используются для двух основных целей: разведочное бурение, направленное на определение местоположения и качества минерала, и производственное бурение, используемое в производственном цикле для добычи полезных ископаемых. Буровые установки, используемые для взрывных работ по горным породам на открытых карьерах, различаются по размеру в зависимости от размера желаемого отверстия и обычно подразделяются на меньшие предварительно заглубленные и более крупные эксплуатационные отверстия. Подземная добыча (твердая порода) использует различные буровые установки в зависимости от желаемой цели, такой как добыча, анкерное крепление, прокладка кабелей и проходка туннелей.
.jpg/1280px-Mercedes_Benz_Atego_-_Bohranlage_(1).jpg)
На ранних этапах разведки нефти буровые установки были полупостоянными по своей природе, и вышки часто строились на месте и оставались на месте после завершения скважины. В более поздние времена буровые установки представляют собой дорогие машины, изготавливаемые по индивидуальному заказу, которые можно перемещать от скважины к скважине. Некоторые легкие буровые установки похожи на мобильный кран и чаще используются для бурения скважин на воду. Более крупные наземные установки необходимо разбирать на секции и грузы для перемещения на новое место, процесс, который часто может занимать недели.
Небольшие мобильные буровые установки также используются для бурения или забивки свай . Установки могут варьироваться от установок непрерывного действия (CFA) весом 100 коротких тонн (91 000 кг) до небольших пневматических установок, используемых для бурения скважин в карьерах и т. д. Эти установки используют ту же технологию и оборудование, что и нефтяные буровые установки, только в меньших масштабах.
Описанные ниже механизмы бурения различаются механически с точки зрения используемого оборудования, а также с точки зрения метода, с помощью которого буровой шлам удаляется с режущей поверхности бура и возвращается на поверхность.
Автоматизированная буровая установка (ADR) — это автоматизированная полноразмерная шагающая наземная буровая установка, которая бурит длинные боковые секции в горизонтальных скважинах для нефтегазовой промышленности. [8] ADR — это маневренные установки, которые могут перемещаться с площадки на площадку на новые скважины быстрее, чем другие полноразмерные буровые установки. Каждая установка стоит около 25 миллионов долларов. ADR широко используется в нефтяных песках Атабаски . По данным «Oil Patch Daily News», «каждая установка будет генерировать 50 000 человеко-часов работы на этапе строительства, а после завершения каждая действующая установка будет напрямую и косвенно нанимать более 100 рабочих». По сравнению с обычными буровыми установками, Ensign, международный подрядчик по обслуживанию нефтяных месторождений из Калгари, Альберта, который производит ADR, утверждает, что они «более безопасны в эксплуатации, имеют «улучшенный интеллект управления», «сокращенный экологический след, быструю мобильность и расширенную связь между месторождением и офисом». [8] В июне 2005 года компания Deer Creek Energy Limited, занимающаяся добычей нефтяных песков из Калгари, мобилизовала первую специально разработанную наклонную автоматизированную буровую установку (ADR) Ensign Rig No. 118 для применения в системах гравитационного дренажа с использованием пара (SAGD). [9] [10]
Бур шнековый — это инструмент спиральной формы. Его основная функция — сверление отверстий в земле и других материалах или поверхностях, таких как лед, дерево и т. д. Конструкция бура зависит от вида материала, в котором он должен сверлиться, поэтому существуют различные типы буров шнековых. [11] Буры шнековые бывают разных размеров и могут сверлить отверстия на глубину до 95 футов под землей. Они известны своей универсальностью, экономя время и энергию во время строительных работ или даже личных проектов. Бур — это винтовой винт, изготовленный из стального корпуса с изогнутыми лопастями, который вращается, когда его проталкивает в землю буровая головка. Когда бур вращается, он выносит извлеченный материал на поверхность, что помогает поддерживать скважину открытой и предотвращает ее обрушение. Буры могут быть установлены на грузовиках или других машинах и иметь разную длину и диаметр. Бур шнековый используется во многих областях, включая строительство, экологические исследования и геотехнические изыскания. Его также можно использовать для множества других целей, таких как:
Установка шнековых свай для фундаментной инженерии Бурение отверстий для промышленных целей, таких как телефонные столбы, солнечные столбы и столбы палубы Небольшие домашние проекты, такие как садоводство, строительство заборов и посадка культур Подледная рыбалка Существуют различные методы бурения шнеком, включая ручное бурение шнеком и бурение полым шнеком. Ручное бурение шнеком — это экономически эффективный метод, который часто используется в районах с неглубокой почвой, но он может быть трудоемким и отнимать много времени. Бурение полым шнеком использует большой полый шнек, который удаляет почву во время бурения. Шнековое бурение часто тише и менее подвержено вибрации, чем другие методы бурения, такие как бурение с забивкой, поэтому его также можно использовать в городских районах. При использовании шнека важно соблюдать меры предосторожности, например, надевать защитное снаряжение, такое как перчатки, защитные очки и наушники, а также закрытые ботинки. Также следует убедиться, что шнек и насадки надежно закреплены, включить передачу с высоким крутящим моментом дрели и начать бурение медленно.
Буровой ковш, или шнек, представляет собой буровую головку, которая накапливает внутри себя отвал и может периодически подниматься из скважины для опорожнения. [12]
После завершения цементирования обсадной колонны буровая установка, оборудование и материалы удаляются с буровой площадки. Меньшая установка, известная как установка для капитального ремонта скважин или установка для завершения скважины, перемещается по стволу скважины. Меньшая установка используется для оставшихся операций по завершению скважины.