Роторное бурение нефтяных скважин

Бурение на большие глубины, где есть залежи углеводородов, выполняют буровыми станками. Они различаются грузоподъемностью. Например, БУ-80, БУ-125. Иногда указывают условную глубину бурения и грузоподъемность: БУ-3200/200 — ЭУК- 3МА2 – установка на электроприводе для кустового бурения. Глубина 3200, грузоподъемность 200 т. Эти установки вне зависимости от способа бурения оборудованы ротором.

Многие технологические операции выполняются вращением бурильной колонны. Ротор передает вращение бурильным трубам, которые на конце имеют породоразрушающий инструмент – долото. На схеме показана буровая установка и оборудование для роторного бурения.

Насос подает буровой раствор по манифольду (нагнетательные трубы), который через грязевый шланг, вертлюг и квадрат попадает в бурильную колонну и через долото на забой. Далее раствор подхватывает выбуренную породу и выносит ее на устье скважины, а затем в очистной блок.

Выбуренная порода попадает на вибросита, где происходит первичная очистка от крупного шлама, затем раствор очищается гидроциклонными установками, центрифугой и вновь, уже очищенный от мелких абразивных частиц (ил, песок), попадает к насосу. Цикл повторяется пока идет бурение или промывка скважины. Особые требования к КНБК (конструкция низа бурильной колонны).

Низ колонны состоит (снизу-вверх):

  • долото;
  • переводник;
  • КЛС (калибратор спирального или шарошечного типа);
  • УБТ (утяжеленные бурильные трубы);
  •  переводник;
  •  бурильные трубы;
  •  квадрат.

Конструкция ротора, позволяет передать вращение бурильной колонне. Вот его устройство:

Буровой ротор входит в комплектацию бурового станка. Его назначение:

  • передача вращения бурильной колонне;
  • удержание подвешенной части колонны бурильных труб на элеваторе или клиньях;
  • выполнение СПО (спускоподъемные операции).

Особенности роторного бурения

В корпусе ротора размещены валы, зубчатый конический венец со звездочкой, подшипники. Привод ротора через карданный вал или цепную передачу от редуктора силового блока. Отличаются роторы по грузоподъемности и проходному отверстию. Предусмотрены роторные вкладыши под ведущую трубу (квадрат).

С ростом глубины скважины возрастает давление в нагнетательной линии буровых насосов. Если сюда еще добавить давление для работы забойных двигателей, то насос будет работать под повышенной нагрузкой, что может привести к его поломке.

Роторное бурение имеет ряд преимуществ перед забойными двигателями:

  • снижение гидравлических потерь;
  • снижение рабочего давления;
  • увеличение расхода раствора, необходимого для промывки скважины;
  • передача вращения долоту с заданной частотой;
  • применение бурового раствора повышенной плотности (когда необходимо вскрывать горизонты с высоким пластовым давлением).

В настоящее время чаще используют комбинированные способы бурения: роторный и забойными двигателями. При бурении наклонно-направленных участков (кустовое бурение) используют забойные двигатели (отклонители), вскрытие пластов с АВПД (аномально высокие пластовые давления) выполняют роторным бурением. Так, один из лидеров в области бурения нефтяных скважин “Нафтагаз”  в своей практике использует при разведочном бурении роторный способ, а при наклонно-направленном бурении — турбинно-роторный.

Низко оборотистые шарошечные долота с герметичными опорами рассчитаны на роторное бурение. В зависимости от диаметра они выдерживают осевую нагрузку 15-20 т и более. Чтобы обеспечить нагрузку на долото, рекомендованную проектом (ГТН), применяют УБТ. Количество определяют от 75% веса труб. Например, чтобы сделать осевую нагрузку 10 т потребуется 15 т УБТ. 1 м погонный УБТ-203 весит 213 кг, надо в КНБК взять 75 метров. Жесткая КНБК и установленные калибраторы позволяют бурить вертикальные скважины с минимальным отклонением от оси. Чрезмерное искривление скважины приведет к осложнениям, вплоть до поломки бурильных труб.