Введение

Интегрированная система для бурения скважин – наземное оборудование для бурения скважин в земле.

Буровая установка – это интегрированная система, предназначенная для бурения скважин, таких как нефтяные или водяные скважины, или скважин для бурения под сваи и других строительных целей, в недрах земли. Буровые установки могут представлять собой массивные сооружения, содержащие оборудование для бурения водяных, нефтяных или газовых скважин, либо быть достаточно компактными для перемещения вручную одним человеком – такие установки называются бурами. Буровые установки могут отбирать пробы подземных минеральных отложений, испытывать физические свойства горных пород, почвы и подземных вод, а также использоваться для установки подземных сооружений, таких как подземные коммуникации, приборы, туннели или скважины. Буровые установки могут быть мобильным оборудованием, установленным на грузовиках, гусеничном ходу или прицепах, либо более стационарными наземными или морскими сооружениями (например, нефтяные платформы, часто называемые «морскими буровыми установками», даже если они не оснащены буровой установкой). Термин «установка» обычно относится к комплексному оборудованию, используемому для проникновения в земную кору. Малые и средние буровые установки являются мобильными, например, те, что используются при разведочном бурении, бурении шпуров, водяных скважинах и экологических исследованиях. Более крупные установки способны бурить на глубину в тысячи метров, используя мощные «шламовые насосы» для циркуляции буровой жидкости (суспензии) через долото и вверх по кольцевому пространству для охлаждения и удаления «выбуренной породы» в процессе бурения скважины. Талевые системы и вышки буровой установки могут поднимать сотни тонн труб. Другое оборудование может закачивать кислоту или песок в пласты для облегчения добычи нефти или природного газа; а в удаленных районах могут быть предусмотрены постоянные жилые помещения и питание для бригад (численностью более ста человек). Морские установки могут работать на расстоянии тысяч миль от базы снабжения с редкой ротацией или сменой экипажа.

История

До изобретения двигателей внутреннего сгорания в конце XIX века основным методом бурения горных пород была мускульная сила человека или животного. Техника бурения нефти ударным или роторным способом уходит корнями в древнекитайскую династию Хань в 100 году до н.э., когда ударное бурение использовалось для добычи природного газа в провинции Сычуань. Ранние методы бурения нефти и газа казались примитивными, поскольку требовали ряда технических навыков. Эти навыки включали наличие тяжелых железных долот и длинных бамбуковых шестов, изготовление прочных и длинных канатов из бамбукового волокна и использование рычагов. Тяжелые железные долота крепили к длинным бамбуковым канатам, подвешенным на бамбуковых мачтах, и затем многократно поднимали и опускали в вырытую вручную скважину, заставляя от двух до шести человек прыгать на рычаге. Модернизированный вариант древней китайской техники бурения был использован американским предпринимателем Эдвином Дрейком для бурения первой нефтяной скважины в Пенсильвании в 1859 году, используя небольшие паровые двигатели для привода процесса бурения вместо мускульной силы. Первым основным продуктом был керосин для ламп и обогревателей. Подобные разработки в районе Баку снабжали европейский рынок. В 1970-х годах, за пределами нефтегазовой отрасли, роликовые долота с циркуляцией бурового раствора были заменены первыми пневматическими бурами с обратной циркуляцией (RC), и практически устарели для большинства неглубоких скважин, и теперь используются только в определенных ситуациях, когда горные породы исключают применение других методов. Бурение RC оказалось значительно более быстрым и эффективным и продолжает совершенствоваться благодаря улучшенной металлургии, созданию более твердых и долговечных долот, а также компрессоров, обеспечивающих более высокое давление и объем воздуха, что позволяет достигать большей глубины и скорости проникновения. Алмазное бурение с момента своего появления практически не изменилось.

Нефтяная буровая промышленность

Нефтяные и газовые буровые установки используются не только для поиска геологических резервуаров, но и для создания скважин, обеспечивающих добычу нефти или природного газа из этих резервуаров. В основном на наземных нефтяных и газовых месторождениях, после завершения бурения скважины, буровая установка перемещается, а на её место прибывает сервисная установка (меньшего размера), специально предназначенная для заканчивания скважин и ввода их в эксплуатацию. Это позволяет буровой установке приступить к бурению новой скважины, оптимизирует процесс и обеспечивает специализацию определенных видов работ, таких как заканчивание скважин и бурение.

Горнодобывающая промышленность

Горнодобывающие буровые установки используются для двух основных целей: разведочного бурения, направленного на определение местоположения и качества минеральных ресурсов, и добывающего бурения, применяемого в цикле добычи полезных ископаемых. Буровые установки, используемые для взрывных работ в карьерах, различаются по размеру в зависимости от требуемого диаметра скважины и обычно классифицируются на скважины предварительного раскола меньшего диаметра и производственные скважины большего диаметра. При подземной добыче (твердых пород) используются различные типы буровых установок в зависимости от поставленной задачи, такие как бурение для добычи, крепление, прокладка кабелей и проходка тоннелей.

Мобильные буровые установки

В ранних этапах нефтеразведки буровые установки носили полупостоянный характер, а вышки часто строились непосредственно на месте и оставались там после завершения бурения скважины. В настоящее время буровые установки – это дорогостоящие машины, изготавливаемые на заказ, которые можно перемещать с одной скважины на другую. Некоторые легкие буровые установки по конструкции напоминают мобильные краны и чаще всего используются для бурения водяных скважин. Крупные наземные буровые установки необходимо разбирать на секции и грузы для транспортировки в новое место, что может занимать несколько недель. Небольшие мобильные буровые установки также применяются для бурения или устройства свай. Буровые установки могут быть представлены как установками с непрерывной спиралью (CFA), так и небольшими пневматическими установками, используемыми для бурения отверстий в карьерах и т.п. Эти установки используют ту же технологию и оборудование, что и нефтяные буровые установки, но в меньшем масштабе. Механизмы бурения, описанные ниже, различаются механически с точки зрения используемого оборудования, а также с точки зрения способа удаления выбуренной породы с забоя и ее подъема на поверхность.

Автоматическая буровая установка

Автоматизированная буровая установка (ADR) – это автоматизированная полноразмерная передвижная наземная буровая установка, предназначенная для бурения протяженных горизонтальных участков в скважинах для нефтегазовой промышленности. В июне 2005 года компания Deer Creek Energy Limited, канадская компания, специализирующаяся на разработке нефтебитумных месторождений (нефтяных песков) и базирующаяся в Калгари, провела мобилизацию первой специально разработанной наклонной автоматизированной буровой установки (ADR) – Ensign Rig No. 118 – для применения технологии гравитационного дренажа с паровым воздействием (SAGD).

Сверла

Шнековое бурение – это инструмент спиральной формы. Его основная функция – бурение отверстий в земле и других материалах или поверхностях, таких как лед, дерево и т.д. Конструкция шнека зависит от материала, в который он предназначен для бурения, поэтому существуют различные типы шнековых буров. Шнековые буры бывают разных размеров и могут бурить отверстия на глубину до 95 футов под землей. Они известны своей универсальностью, экономя время и энергию при строительных работах или даже при реализации личных проектов.

Буровые ведра

Буровое ковш, или ковш-бур, — это буровая головка, в которой накапливается выбуренная порода и который периодически извлекается из скважины для опорожнения.