Нефтяная буровая установка представляет собой комплекс специализированного оборудования для . Устанавливается непосредственно на месте бурения, с помощью нее операции выполняются самостоятельно, поскольку все механизмы автоматизированы. Буровое оборудование позволяет добывать нефть при любых погодных условиях.
Места использования нефтяных буровых установок
Нефтяные буровые установки применяют в нескольких случаях.
При получении скважин небольшого размера, в основном до 25 м, предназначенных для сейсморазведки, часто их бурят на месте, где уже определено наличие нефти, они необходимы для оценки количества добываемого материала и составления плана работ на местности.
Для бурения добывающих скважин, глубина их составляет до 6000 м, применяются для получения газа, нефти и других видов твердых полезных ископаемых;
Для получения скважин оценки, с помощью них специалисты составляют прогнозы и анализ движения нефтяных плит на исследуемой территории, а также определяют приблизительное количество полезных ископаемых.
Для рытья скважин контроля – происходит слежение за давлением в местах проведения работ.
Для проделывания наблюдательных отверстий, они позволяют отследить количество добытого материала и его остатки. Таким способом можно оценить контакт нефти и газа с водой.
Нефтяные буровые установки также используются для ремонта нефтегазовых скважин, и получения .
Назначение установок
Нефтяные системы предназначены для бурения скважин, отличающихся не только размерами, но и
назначением. Именно такие различия и определяют цели бурения:
- Инженерно-геологические изыскания (используют для изучения местности, состава геологических плит).
- Гидрогеологическое бурение (необходимо для добычи воды, а также понижения ее уровня на определенном участке).
- Установки незаменимы для проведения геотермального теплоснабжения.
- Строительные работы (проведения строительных мероприятий, обустройство свайных и микросвайных оснований, размещение анкеров).
- Геологоразведочные мероприятия (изучение геологического строения местности, составление прогноза и проведение анализа дальнейшего ее поведения).
- Прогнозирование сейсморазведочных работ.
- Установка опор для ЛЭП.
Буровое оборудование имеет широкое распространение, что означает различные конструктивные особенности каждого типа. К тому же определенный тип машины может работать только при определенных климатических условиях.
Виды и классификация нефтяных буровых установок
Различают несколько типов классификаций нефтяных комплексов, в основе которых определен важный критерий установки.
Конструкция
По конструкционным особенностям машины различаются между собой. Это объясняется тем, что определенный тип машины применяется только для узкого вида работ. По конструкции оборудование бывает:
- Мачтовые (механическая часть располагается на двух опорах).
- Башенные (имеет 4 механизма опоры, нагрузка на каждый из них распределяется равномерно).
Как правило, башенные агрегаты отличаются большими размерами, а также высокой производительностью работ.
Способ перемещения
Буровое оборудование имеет различия и по способу перемещения. Эти особенности очень важны для работ на разных типах местности. Буровые агрегаты по критерию перемещения делят:
- передвижные;
- стационарные.
Передвижные нефтяные буровые установки незаменимы при разведывательных мероприятиях, а также изучения состава местности. С помощью них специалисты берут пробы на проведение различных исследований. Стационарные же модели необходимы для добычи материала.
Место размещения
Добыча полезных ископаемых может проводиться на любой местности, независимо от того, твердая это поверхность или водоем. Основываясь на данные критерии, буровые установки разделяют на:
- наземные;
- морские (фиксация осуществляется на дно).
Нефтяные месторождения могут располагаться в любом месте, к тому же ее количество не зависит от того, находится она на твердой поверхности или в воде. Поэтому машины могут выкачивать нефть при любых условиях.
Способ бурения
Чтобы пробурить скважины, используют различные типы бурения. В зависимости от этого нефтяные установки разделяются:
- Вращательное бурение (работы осуществляются за счет вращательного движения специального конструктивного элемента машины).
- Вращательно-ударное бурение (для получения скважины используется определенная сила удара, после чего элемент установки начинает вращательное движение).
- Ударное (бурение проводится за счет удара элемента о поверхность местности).
- Бурение вибрацией.
- Огнеструйное бурение.
В последнее время разработан новый вид бурового оборудования, с помощью которого образование скважины происходит за счет разрядно-импульсного бурения.
К тому же нефтяные вышки могут работать от электрического, электрогидравлического или дизельного привода.
Конструкция нефтяных буровых установок
Нефтяная буровая установка включает в своей конструкции несколько систем.
Энергетическая
Двигатель перерабатывает топливо в необходимый вид энергии, с помощью которой происходит питание генератора электрического типа. Он в свою же очередь осуществляет поток электроэнергии остальным механизмам и агрегатам машины.
Механическая
В этой части расположено подъемное устройство, которое перемещает тяжелые элементы. К тому же в этой части нефтяной буровой конструкции расположен ствол ротора.
Вспомогательная
Система включает в себя дополнительное оборудование, с помощью которого имеется свет, вентиляционные элементы, а также может осуществляться движение агрегата.
Информационная
Осуществление строгого контроля над работой всех типов агрегатов и механизмов. При наличии неполадки срабатывает оповестительный сигнал.
Циркуляционная
С помощью данного типа системы происходит продвижение химического раствора в бурильную колонну. Под определенным давлением он перемещается по всем трубам и попадает в ствол ротора.
Помимо систем, из которых состоят нефтяные комплексы, выделяют рабочие органы устройства:
- Буровая вышка (поддерживает бурильную машину во время проведения работ на местности, осуществляет спуск и подъем необходимого оборудования).
- Высокотехнологичные насосы (осуществляют закачку в систему химического раствора).
- Система трубопроводов (происходит соединение механизмов и агрегатов между собой).
- Ротор (осуществление движение бура при проведении работ, а также поддержание равновесия оборудования).
- Бур (агрегат, с помощью которого происходит разрушение пород местности, где проводятся работы).
- Лебедки (подают инструмент на забой, обеспечивают вращение ротора).
К тому же в агрегате находятся такие элементы, как превенторы, которые обеспечивают герметичное фиксирование клапанов труб.
Использование нефтяных систем
Устанавливают системы для получения нефти блоками или агрегатами. В качестве монтажной основы применяются облегченные опоры. Эксплуатация осуществляется в несколько этапов:
- Подготовка участка, где будет находиться данная система, проверка всего оборудования на исправность и целостность.
- На местности проводят разметку, а также убирают все устройства, которые характеризуются высокой степенью пожароопасности.
- В первую очередь собирается опорная часть, состоящая из лебедки и ротора, к ним уже при помощи специальных болтов прикрепляют хозяйственную и вспомогательную установку.
- После этого осуществляется сборка осей, стола ротора и будущего центра скважины.
Заключительным этапом проводится сборка вышки и дополнительного к ней оборудования. Все работы ведутся с помощью машинного крана.
Доставка машины для бурения считается довольно сложным процессом, который включает в себя:
- Расчет, согласно ему решается вопрос о методе транспортировки.
- Определение маршрута, в этом случае учитываются все уклоны местности, а также качество дороги.
- Проверка и подготовка оборудования, с помощью которого будет крепиться агрегат к транспортировочному оборудованию.
- Погрузка.
Доставка буровой установки может осуществляться полуприцепным механизмом, если позволяют размеры агрегата.
плоскость называют профилем скважины.Наклонно-направленные и горизонтальные скважины бурят тогда, когда технически или экономически невыгодно проводить вертикальные скважины.
Такие скважины бурят: при залегании нефтяных пластов под соляными куполами; при необходимости обхода зон обвалов и катастрофических поглощений бурового раствора; при вскрытии продуктивных пластов, залегающих под дном океанов, морей, рек, каналов, болот; для получения нескольких скважин с отдельных буровых оснований, расположенных на акваториях; при ликвидации открытых выбросов; при кустовом бурении; при вводе в эксплуатацию малодебитного пласта. Горизонтальные стволы скважин, пробуренные на десятки и сотни метров по простиранию пластов, существенно повышают добычу нефти. Такие скважины бурят по заранее выбранному профилю.
Скважины, заканчивающиеся с горизонтальным вхождением в пласт бурят с целью увеличения поверхности фильтрации. Выбор типа скважины зависит от геологических условий.
Для заданного искривления ствола скважины применяется специальный инструмент: отклонители, укороченные турбобуры, специальные переводники, забойные инклинометры и приборы, контролирующие профиль ствола.
Кустовое бурение широко распространено в США, Мексике, Венесуэле, Иране и др. В последние годы кустовое бурение все чаще применяется в РФ. В кусте может быть любое число скважин. Чаще всего в один куст группируют более 30 скважин. Кустовое бурение производится как на суше так и на морских месторождениях. Впервые кустовое бурение в России качали применять в Пермской области (1943 г.), а затем - на месторождениях нефти в Западной Сибири.
Строящаяся платформа для освоения Приразломного месторождения (МЛСП) в Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции предназначена для бурения 55-и скважин, из которых 15 будут горизонтальными.
Кустовой метод бурения позволяет эффективно использовать новейшие достижения науки. Опыт кустового бурения показал, что он дает возможность сократить время на вышкомонтажные работы, уменьшить затраты на строительство трубопроводов и коммуникаций.
Рис.
5.2.
Рис. 5.2.
Буровые установки для глубокого бурения на нефть и газ
В первые годы XX века в нефтяных районах Баку и Грозного скважины бурились в основном ударным способом. Для такого бурения применялись штанги, треноги и лебедки с паровым приводом. Вращательное бурение занимало небольшой объем, для чего применялись деревянная вышка, двухскоростная лебедка, насосы с максимальным давлением до 40 кг/см 2 и ротор для вращения бурильной колонны.
В 1924 г. в Баку (завод "Бакрабочий") начат выпуск четырехскоростных лебедок, электропривод на лебедку, ротор, насосы. С этого времени началось бурение на электроприводе. Объем вращательного бурения к 1928 г. достиг 90%. Были введены в эксплуатацию четырехногие буровые вышки высотой 41 м. Затем "Бакрабочий" выпустил уже комплектные передвижные установки для бурения скважин на глубину до 800 м. Комплект бурового оборудования монтировался на двух платформах на колесно-гусеничном коду. На одной из них - ротор, лебедка, двигатель 65 л.с, на другой-2 насоса, трансмиссия, двигатель 65 л.с., генератор .
Металлическая вышка комплектовалась талевой системой, вертлюгом, крюком. Началось бурение на д,в.с. (двигатели внутреннего сгорания).
В предвоенные годы завод "Бакрабочий" выпустил установку ПРА -12Q0 для бурения на глубину 2000 м. Она была идентична двум первым установкам, но на бензиновых двигателях мощностью 130 л.с. Лебедка была 5-и скоростная, с безопасной катушкой и с цепной передачей.
С 1946 г. полукомплектные буровые установки начал выпускать завод Уралмаш". В комплект входили: 4 - скоростная лебедка (У2-4-1), насосы (У8-1), кранблок, талевый блок, крюк, вертлюг грузоподъемностью 130 тонн. С этого периода для привода установки стали применять силовые агрегаты с танковым двигателем В2-300.
В эти же годы начат выпуск буровых установок БУ-40 в Волгограде на заводе "Баррикады"для бурения до 1000 м. Вся установка, состояла та двух блоков, установленных на металлических санных основаниях. На вышечный блок высотой 2,2 м монтировали вышку (39 м) с открытой передней гранью, лебедку, ротор и два двигателя с коробкой передач и трансмиссией. На втором блоке устанавливали два насоса НГ-150 (насосный блок).
В 1954 г. завод "Баррикады" (Волгоград) создает комплектную буровую установку БУ-65 и на ее базе после промышленного испытания выпускается установка БУ-75 Бр на дизельном приводе и на электроприводе.
В эти же годы "Уралмаш" создает буровую установку "Уралмаш 5Д" для бурения до 3000 м. В комплект этой установки вошли: лебедка (с шинно-пневматическими муфтами), насосы У8-3, ротор У7-520-2, компрессоры КС ЗМ для пневматического управления установкой, талевый блок, кронблок, 5-дизельный привод с клиноременной передачей.
В 1959 году "Уралмаш" начинает комплектное проектирование буровых установок, включая вышки, основания, укрытия, механизацию трудоемок процессов, с электро- и дизельным приводом, для бурения скважин до 8000 м. Установки комплектуются вышками с АСП-5 ( автомат спуска-подъема) с основанием, с подъемными кранами и системой очистки и приготовления бурового раствора. Вскоре были созданы бурустановки "Уралмаш - 125 БД ", "Уралмаш 125 БЭ", серийный выпуск которых начат с 1965 г.
В 1967 году на заводе "Баррикады" модифицировали установки БУ-125 БД и БУ-125 БЭ на установки БУ-125 БД -67, БУ-125 БЭ-67. В них заменили насосы более мощными, пол заменили рифленым металлическим. В 1970 году в установке заменили отдельные узлы и они стали выпускаться с индексом - "70".
В настоящее время российских производителей бурового оборудования всего два - "Уралмаш" и "Волгоградский завод буровой техники" (ВЗБТ).
ОАО "Уралмаш" предлагает для разведочного бурения и бурения вторых стволов новую передвижную установку 2500/160ДП-БМ. Установка оснащена наклонной вышкой. В производстве - БУ2900/175ЭР-П и БУ2500/160ДЭ-П, с электрическим и дизель-электрическим, приводом, улучшенной монтажеспоспобности, с регулируемым приводом.
К настоящему времени создан целый ряд блочно-модульных кустовых установок для бурения эксплуатационных скважин в условиях Западной и Восточной Сибири, Тимано-Печорского региона: БУ3200ЯООЭК-БМ, БУ3900/225ЭК-БМ, БУ4000/250ЭК-БМ, БУ4500/270ЭК-БМ. Первые десять комплектов уже работают в Сургуте.
Внутри установок созданы комфортные условия. Несколько телекамер позволяют бурильщику контролировать основные технологические процессы. Вместо рукоятки бурильщика управление осуществляется тумблерами, клавишами, джойстиками с пульта.
Для повышения качества очистки бурового раствора разработаны экологически чистые 4-ступенчатые циркуляционные системы. Для выхода на международный рынок проводится сертификация оборудования на соответствие стандарту ISO9001. Самой массовой должна стать буровая установка БУ3900/225ЭК-БМ, разработанная уральскими учеными по заявкам нефтяных компаний.
В мае - 2000 г. в Волгограде прошла презентация буровой техники, выпускаемой ОАО "ВЗБТ", где нефтяники высоко оценили блочно-модульную бурустановку БУЗ900/225 (условная глубина бурения 3900 и грузоподъемность 225 для кустового бурения эксплуатационных скважин) и противовыбросовое оборудование, которое ближе к российским условиям бурения, чем импортное.
Нефтяные компании подписали с заводами договоры по финансированию производства новых буровых установок.
Назначение, классификация, типы буровых установок.
Более 50% всех буровых установок в нашей стране работают с дизельным приводом (и в разведочном и в эксплуатационном бурении). Их используют в районах, где нет электроэнергии. Мощность дизельных приводов постоянно увеличивается, технический уровень их совершенствуется, Для освещения и питания энергией малых двигателей на буровой (для центробежных насосов, компрессора пневмосистемы и др.) каждая буровая укомплектована электростанцией мощностью 100 - 250 кВт. Такие станции на буровой обслуживаются дизелистами.
Буровые установки с электроприводом на 15 - 20% меньше по массе, чем установки с дизельным приводом. Обслуживание этих установок проще. Скорости бурения установками на электроприводе обычно выше, чем при бурении с дизельным приводом (за счет высокого к,п.д., меньшего числа быстроизнашивающихся узлов и деталей и др.).
Установки с электроприводом отличаются от дизельных установок того же класса только приводом.
Установки для кустового бурения и наклонных скважин имеют механизмы перемещения для передвижения в пределах куста вышечно-лебедочного блока с оборудованием и бурильными трубами, а также для выравнивания блока в горизонтальной плоскости в процессе бурения. Блок передвигается по рельсам.
При разбуривании нового нефтяного месторождения большое
Бурение скважин осуществляется с помощью буровых установок, оборудования и инструмента.
Буровая установка – это комплекс наземного оборудования, необходимый для выполнения операций по проводке скважин. Все буровые установки подразделены на 11 классов, для глубокого разведочного и эксплуатационного бурения. Класс буровой установки подбирается по условной глубине бурения скважин при массе 1 м бурильной колонны 30 кг.
* Наибольшее распространение в кустовом бурении получила установка БУ-3000ЭУК (с э лектроприводом, у ниверсальной монтажеспособности для к устового бурения. Также применяются буровые установки: Уралмаш-3Д-76, БУ 5000/320 ЭСК-БМЧ, БУ 3900/225 ЭЧК-БМ-3, ZJ-40(50), МБУ-125, УПА-100, АРБ-100, TD-125 и др.
В зависимости от назначения скважины, ее глубины, геологических и климатических условий района, транспортного сообщения буровые установки комплектуются по-разному, при этом во всех случаях стремятся к наиболее простому набору бурового оборудования, обеспечивающему качественное, безаварийное, с минимальными затратами времени и средств, сооружение скважины.
Все оборудование буровой установки можно объединить в несколько основных блоков:
1 - буровая вышка с талевой системой, подъемной лебедкой, элементами управления и настилом для сборки, приемки, хранения бурильных и обсадных труб;
2 - силовой блок, состоящий из нескольких дизельных или электрических двигателей, предназначенный для привода ротора и подъемной лебедки, включающий систему трансмиссий, редукторов, карданов и шкивов;
3 - насосный блок для промывки ствола скважины, включающий один-два или три буровых насоса с электрическим или дизельным приводом.
4 - циркуляционная система, включающая несколько емкостей для хранения бурового раствора, перемешивателей с электроприводом, блок приготовления и регулирования свойств бурового раствора, блок очистки от выбуренной породы, желоба с задвижками для манипуляции с выходящим из скважины при бурении потоком жидкости.
В состав буровой установки входит:
1. Буровая вышка.
Это сооружение над скважиной для проведения СПО, размещения бурильных свечей, служит основой для размещения и монтажа бурового оборудования.
Различают два типа вышек : башенные и мачтовые . Их изготавливают из труб или прокатной стали. Башенная вышка представляет собой правильную усеченную четырехгранную пирамиду решетчатой конструкции. Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А – образные). Последние наиболее распространены. А – образные вышки более трудоемки в изготовлении и менее устойчивы, но их проще перевозить с места на место и производить монтаж/демонтаж.
Основные параметры буровой вышки – грузоподъемность, высота, емкость «магазина» для установки бурильного инструмента, длина размещаемой свечи, масса вышки.
Буровая вышка либо монтируется при помощи подъемников и домкратов отдельными секциями с последующим их соединением, при этом первым монтируют верхний пояс с кронблоком, а последним - нижний пояс, либо собирается горизонтально на земле, а затем поднимается в вертикальное положение.
После установки вышки на фундаменты или платформы ее укрепляют растяжками, затем устанавливают подъемную лебедку.
Следующим этапом монтируют силовой блок для привода лебедки и ротора, трансмиссионную систему, систему пневматических муфт и гидротормоза, пульт управления. Лебедку оснащают талевым канатом, другой конец которого пропускают через шкивы кронблока и талевого блока (полиспаста ) и прикрепляют к основанию вышки специальным приспособлением (мертвый конец ). Устанавливают ротор и соединяют с двигателями цепной передачей посредством пневматической муфты.
Одновременно или поочередно монтируют насосный блок и циркуля ционную систему . Привод насосов от двигателей осуществляют клиновыми ремнями и шкивами. Циркуляционную систему соединяют с буровыми насосами трубопроводами и оснащают виброситами для выделения из промывочного агента сравнительно крупных частиц выбуренной породы (шлама), пескоотделителями и илоотделителями для более тонкой очистки промывочного агента, дегазатором для очистки бурового раствора от газа.
На емкости для хранения бурового раствора устанавливают механические и гидравлические перемешиватели, центробежные насосы (подпорные насосы ), осуществляющие подачу жидкости в буровые насосы. Отдельно устанавливают и обвязывают манифольдами с циркуляционной системой блок приготовления промывочного агента (БПР ).
2. Буровая лебедка.
Буровая лебедка предназначена для спуска и подъема бурильной колонны, свинчивания и развинчивания труб, спуска обсадных колонн, удерживания на весу неподвижной колонны или медленного ее опускания (подачи) в процессе бурения.
В ряде случаев буровая лебедка используется для передачи мощности от двигателя к ротору, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ.
3. Спуско – подъёмный комплекс буровой установки (рисунок). Представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока 4, талевого (подвижного) блока 2, стального каната 3, являющегося гибкой связью между буровой лебёдкой 6 и механизмом 7 крепления неподвижного конца каната. Кронблок 4 устанавливается на верхней площадке буровой вышки 5. Подвижный конец А каната 3 крепится к барабану лебедки 6, а неподвижный конец Б – через приспособление 7 к основанию вышки. К талевому блоку присоединяется крюк 1, на котором подвешивается на штропах элеватор для труб или вертлюг. В настоящее время талевый блок и подъёмный крюк объединены в один механизм – крюкоблок .
Талевая (полиспастовая) система буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка и уменьшения нагрузки на ветви каната и буровую вышку.
Через канатные шкивы кронблока и талевого блока в определенном порядке пропускается стальной талевый канат, один конец которого («мертвый») крепится к рамному брусу вышки, а другой, называемый ходовым (ведущим) - к барабану лебедки.
По грузоподъемности и числу ветвей каната в оснастке талевые системы разделяют на различные типоразмеры. В буровых установках грузоподъемностью 50-75т применяют талевую систему с числом шкивов 2 \3 и 3\4; в установках с грузоподъемностью 100-300т – талевую систему с числом шкивов 3\4, 4\5, 5\6 и 6\7. В обозначении системы оснастки первая цифра показывает число канатных шкивов талевого блока, а вторая – число канатных шкивов кронблока.
Кронблок представляет собой раму, на которой смонтированы оси и опоры со шкивами. Иногда рама выполняется как одно целое с верхней частью вышки.
Талевый блок представляет собой сварной корпус, в котором помещаются шкивы и подшипниковые узлы.
Талевые канаты представляют собой стальные круглые, шести рядные канаты тросовой конструкции крестовой свивки. Пряди, свиваемые в канат вокруг органического или металлического сердечника, изготавливаются из высокоуглеродистой и высокомарганцовистой стали высокой прочности с числом проволок от 19 до 37. Учитывая место крепления ходового конца каната в направлении его навивки на барабан, для буровых лебедок применяют талевые канаты правой свивки диаметрами 25, 28, 32, 35, 38 мм. Наиболее распространены канаты с органическим и пластмассовым сердечником диаметрами 28 и 32 мм. При глубинах более 4000м применяют канаты с металлическим сердечником.
Буровые крюки и крюкоблоки предназначены для подвешивания на них в процессе бурения бурильного инструмента и элеваторов при спускоподъемных операциях.
Крюкоблоки (крюки, соединенные с талевым блоком) имеют ряд преимуществ: меньшую общую высоту, чем у талевого блока и крюка, вместе взятых, более компактную конструкцию. К недостаткам следует отнести их большую массу.
Крюки бывают грузоподъемностью 75, 130, 200, 225т.
.Штропы бурильные – это звенья, соединяющие крюк с элеватором, на котором подвешивается бурильный инструмент или колонна обсадных труб. Грузоподъемность штропов – 25, 50,75, 125, 200 и 300т.
Современную буровую установку составляет следующее оборудование.
Вышка является грузоподъемным сооружением, для чего снабжается специальной полиспастной (талевой) системой. В нее входят: кронблок, талевый блок, крюк и металлический канат. Кронблок и талевый блок - система не перемещающихся и перемещающихся шкивов, через которые переброшен канат. Один конец каната закреплен неподвижно (мертвый конец), второй - укрепляется на барабане лебедки.
Работа талевой системы основана на известном правиле механики". при подъеме груза с помощью блока выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии. Нас в данном случае интересует выигрыш в силе, поскольку непосредственный подъем груза значительной массы требует больших затрат мощности. К талевому блоку крепится крюк, на который подвешивается груз, спускаемый в скважину или поднимаемый из нее. В большинстве случаев - это колоннабурильных труб, к самому низу которой крепится долото.
Лебедка - механизм, предназначенный для намотки свободного (ходового) конца талевого каната, и осуществления за счет этого спускоподъемных операций. Главным узлом лебедки является барабан, вращательное движение которому сообщает специальный привод. Скорость вращения барабана регулируется пневматическим или ручным тормозом.
Ротор - механизм, осуществляющий вращение труб при бурении скважин, а также их свинчивание и развинчивание. Состоит из корпуса, в котором на подшипниках установлен вращающийся стол. Стол имеет отверстие квадратной формы, в которое вставляется первая труба бурильной колонны и имеющая квадратное сечение. Такая конструкция трубы и стола обеспечивает их надежный контакт. Вращение стола осуществляется через коническую пару шестерен, одна из которых связана с карданным валом привода, вторая - со столом,
Насос - гидравлическая машина, осуществляющая подачу жидкости (ее называют промывочной) в скважину в процессе бурения. При этом достигаются следующие цели: напор струи жидкости воздействует на породу в области долота, что способствует ее разрушению; выбуренная порода захватывается струей жидкости и выносится на поверхность. В качестве промывочной жидкости используется вода с различными присадками и глинистый раствор.
Насос состоит из двух узлов - гидравлического и механического. Гидравлический узел включает в себя два (или три) цилиндра, в которых совершают возвратно-поступательное движение поршни. Клапаны, установленные в цилиндрах, обеспечивают поочередный впуск и выброс жидкости, а воздушный колпак сглаживает пульсирующий характер подачи жидкости.
Перемещение поршней обеспечивает механический узел, представляющий собой редуктор с кривошипно-шатунным механизмом. Последний преобразовывает вращательное движение в возвратно-поступательное движение поршней. Механический узел включает в себя шкив, кривошип (коленвал), шатун, крейцкопф. Крейцкопф обеспечивает передачу усилий от шатуна к штоку поршня строго по оси поршня.
Насос в целях безопасности, обязательно должен быть укомплектован " предохранительным клапаном, который монтируется на нагнетательном трубопроводе и предотвращает создание в насосе и в трубопроводе давления выше критического.
Вертлюг - узел, обеспечивающий подачу промывочной жидкости к буровому долоту через колонну бурильных труб в процессе ее вращения. Для этой цели вертлюг выполнен из двух частей - неподвижной и подвижной. Неподвижная часть соединена с помощью бурового шланга со стояком, по которому подается промывочная жидкость, а подвижная - через квадрат с вращающейся бурильной колонной.
Система очистки промывочной жидкости предназначена для очистки выходящей из скважины промывочной жидкости, несущей частицы выбуренной породы и других примесей и подготовки жидкости для повторного использования. Система укомплектовывается специальными ситами для очистки жидкости от выбуренной породы, дегазаторами для отделения газа, емкостью для сбора очищенной жидкости.
Механический ключ обеспечивает свинчивание и развинчивание труб, составляющих бурильную колонну.
Только побывав в карьере или шахте и увидев все своими глазами, можно понять, с каким трудом достаются людям «дары» природы. Нам для этого пришлось облачиться в спецодежду и мощные резиновые сапоги по колено, повесить через плечо самоспасатели (устройство, вырабатывающее кислород, с загубником в высокотехнологичной переносной упаковке), надеть каски с фонарями и отправиться на Сафьяновский рудник, куда нас любезно пригласила Уральская горно-металлургическая компания. Сафьяновское месторождение считается весьма щедрым подарком природы: рудное тело здесь залегает на глубине всего нескольких метров от поверхности, а содержание меди в руде достигает внушительных… 2%. Да, это немало — на многих месторождениях приходится довольствоваться цифрами менее 1,5%.
Работая круглосуточно, горняки каждый день вывозят из карьера и подземного рудника более 4500 т сероватых «камней». Чтобы превратиться в чистый цветной металл, руда проходит десятки сложных технологических этапов на разных предприятиях. Ее дробят и измельчают, погружают в воду и сушат, переплавляют и перемешивают, на каждой стадии отделяя еще немного чистой меди от пустой породы и примесей. На одном из последних этапов медь фактически разбирается на отдельные ионы, растворяется в жидкости и собирается вновь с помощью электролиза.
Из той же руды получаются и другие ценные металлы: цинк, свинец, золото, серебро, селен, теллур, индий, галлий, германий, кадмий, висмут. Некоторые полезные вещества, например серная кислота, — побочные продукты производства меди. Выжать из добытой руды все соки — это целое искусство.
Работа в подземном руднике — ад для фотографа и рай для репортера. Здесь обитают механизмы, которых не встретишь при свете дня, и один из них — буровая машина Sandvik DL421, ради встречи с которой мы и спустились в шахту. Она весит 22 т, может бурить отверстия глубиной до 54 м под любым углом и умеет выполнять большую часть работы в беспилотном режиме. «Для нас это феррари», — улыбается наш проводник, заместитель главного инженера по подземным горным работам Дмитрий Данилов. «Видим, она красная», — соглашаемся мы.
Вентиляционная система, а также насосные станции для откачки воды — неотъемлемая часть любой шахты. Пока что шахта Сафьяновского рудника относительно неглубока, поэтому руду из нее вывозят на поверхность самосвалами. В более глубоких шахтах прямо на низких горизонтах устанавливают оборудование для дробления, а на поверхность измельченную руду доставляют с помощью специального лифта.
Подземный город
Чтобы понять, чем именно занимается в шахте столь продвинутая буровая машина, нужно освежить в памяти, как работает сам рудник. Рудное тело может залегать в толще породы на разной глубине и под разными углами. Оно может иметь любую форму (штоки, пласты, жилы) или вовсе представлять собой множество отдельных гнезд. Для простоты давайте представим себе вертикальный цилиндр.
«Револьверная» кассета буровой машины позволяет проходить скважины глубиной до 54 м, постепенно наращивая бур удлинительными штангами.
Сначала руду добывают открытым способом. Из карьера постепенно вынимают как руду, так и пустую породу. Борта карьера строятся уступами, что придает ему весьма узнаваемый облик. Глубина разработки открытым способом имеет свои пределы, которые установлены еще на стадии проектирования, и зависит от формы и глубины залегания рудного тела. К примеру, Сафьяновский карьер в настоящее время разросся до 900 м в диаметре, а его расчетная глубина составляет 265 м.
Для добычи руды с больших глубин строится шахта. Это целый подземный город, обстановкой напоминающий метро, а организацией движения — подземную парковку. «Этажи» в шахте называются горизонтами. Перемещаться между ними можно по наклонным каналам — съездам.
В Сафьяновском руднике горизонты строятся через каждые 20 м. Мы были на 60-м горизонте. Цифра указывает глубину относительно уровня моря. Правда, город Реж, в котором находится наш карьер, расположен на 200 м выше уровня моря, так что на самом деле мы спустились под землю на глубину 260 м.
Каналы проходят взрывным способом: буровая машина проделывает в породе горизонтальные скважины, в них закладывают взрывчатку. После взрыва обрушившуюся породу вывозят за пределы шахты. Стенки получившегося в результате тоннеля бетонируют, а местами даже усиливают арматурой. Создается прочная опалубка, защищающая канал от обрушения.
Весь фокус шахтных работ заключается в том, что человек ни при каких обстоятельствах не должен находиться в очистной камере, откуда, собственно, и достают руду. Поэтому алгоритм добычи выглядит следующим образом. На очередном горизонте описанным выше способом строится бетонированный горизонтальный канал — квершлаг, который считается капитальной горной выработкой. От него идет буровой орт — горная выработка, которая проходит прямо сквозь рудное тело. Ее не бетонируют, но закрепляют специальными шпурами. К концу бурового орта подходит буровая машина и бурит серию скважин, преимущественно вверх и в стороны.
Стоя на месте и поворачивая бур из стороны в сторону, машина может сделать несколько скважин в одной плоскости, так называемый веер. Отступив пару метров назад, она бурит новый веер. Когда сделано некоторое количество вееров, взрывники закладывают взрывчатку в каждую скважину.
1. Руль // 2. Ручка переключения скоростей. Вращением выбирается одна из трех скоростей, поворотом от себя или на себя — передний или задний ход // 3. Управление гидравлическими опорами шасси // 4. Приборы: обороты, уровень топлива, давление в гидравлических системах // 5. Управление положением перфоратора, а также высотой крыши и осветительными приборами // 6. Указатели поворота, звуковой сигнал, стояночный тормоз // 7. Управление катушками. Машина подключается к водопроводу и электрической системе, при этом кабели и шланги она возит с собой на моторизированных катушках // 8. Блок контрольных ламп и управления компрессорным оборудованием и системой смазки // 9. Аварийный выключатель // 10. Контрольная панель системы самодиагностики // 11. Педали газа и тормоза // 12. Камеры обзора.
После взрыва над буровым ортом образуется камера глубиной 20 м (до предыдущего горизонта), заполненная рудной горной массой. Заходить в нее нельзя, потому что там нет опалубки. Руду из камеры вынимает погрузочно-доставочная машина на радиоуправлении. Оператор управляет ею в зоне прямой видимости, но из безопасного места. Разумеется, на каждом горизонте вырабатывается множество таких камер.
11 метров — длина скромного грузового автомобиля без прицепа. Немного для машины, способной пробурить 54-метровую скважину в твердой скальной породе.
Буровая машина SANDVIK DL421
При собственной длине всего 11 м эта машина может пробурить скважину глубиной до 54 м. Это возможно благодаря револьверному механизму наращивания бура. В кассете, напоминающей барабан револьвера, хранится 29 «патронов» — двухметровых штанг с наружной резьбой с одной стороны и внутренней с другой. Еще одна штанга живет непосредственно на хвостовике перфоратора.
Пробурив скважину на глубину около 2 м, машина оставляет первую штангу внутри, отсоединяет перфоратор и отводит его назад, устанавливает между перфоратором и первой штангой новое звено и закручивает резьбу. Можно бурить дальше и при желании повторить эту операцию до 29 раз.
Бурение веера машина может проводить как в ручном, так и в полностью автоматическом режиме. Руководствуясь информацией от геологов, маркшейдер (горный инженер) составляет программу, определяющую, сколько скважин бурить, под какими углами и на какую глубину. Непосредственно в шахте он же ставит на стенах отметки для оператора обычной краской. Оператору остается лишь выставить машину (само шасси, а не бур) по отметкам с помощью встроенных лазерных указателей и запустить программу.