Все о буровых установках

Знать все о буровых установках, об их классах и видах, необходимо гораздо большему количеству людей, чем представляется на первый взгляд. Прежде чем выбирать бурильные установки для колодцев или талевые системы для самих установок, нужно еще ознакомиться с запчастями и схемами. Придется разобраться, что входит в состав такой техники, как ее установить и какие меры должны приниматься при техническом обслуживании.

Сразу стоит сказать, почему говорят именно «буровая установка», а не просто бур или бурав. Дело в том, что методика выполнения таких работ существенно усложнилась. И для нормальной работы требуется уже давно не просто «пронзающее землю лезвие или штырь», но целый комплекс агрегатов. Перечень аппаратов, которые входят в состав установки, зависит от:

• целевого назначения буровой;
• выбранного метода проходки;
• фактических условий для бурильных работ.

Так, нефтедобывающие системы наземного типа в большинстве случаев состоят из:

• вышки и лебедки;
• катушки шпилевого типа;
• специальной емкости;
• устройства для формирования бурильного раствора;
• насосов;
• систем защиты от выброса;
• автономного электрогенератора;
• цементировочного комплекса и ряда других частей.

Основной принцип работы буровой установки остался тот же, что и в глубокой древности. Приводимый в движение механический аппарат (наконечник, бур) измельчает почву и горные породы, встречаемые им на своем пути. Периодически проходка скважины сменяется извлечением бурящего инструмента, его продувкой (промывкой) от засоряющих измельченных масс. Форма проходимого канала и его наклон могут сильно отличаться. И все же в большинстве случаев буровая система работает строго по вертикали, потому что так удобнее и эффективнее. Могут применяться:

• ударно-канатные;
• шнековые;
• вращательные технологии;
• бурение кольцеобразным забоем;
• проходка сплошным забоем;
• проходка инструментом из твердого сплава.

Буровые установки нужны очень часто для бурения на воду. Техническую воду можно извлечь и с относительно небольшой глубины. А вот питьевое водоснабжение наиболее безопасно и стабильно из артезианских источников. Добуриться до них могут даже многие сравнительно компактные мобильные установки. Еще проще вести бурение для колодцев. При использовании хорошего инструмента опытным мастерам нужен только минимум времени.

Но это касается только случаев, когда применяется буровое оборудование для земли. Добыча углеводородов — нефти, природного и сланцевого газа требует обязательного бурения твердой породы на километры вглубь. Давно уже освоено создание мощных нефтяных буровых, применяемых на суше или на шельфе. Однако даже при всей мощи современной техники проходка таких скважин занимает много месяцев (особенно если учесть еще и подготовительные работы).

Но буровые установки применяют, как бы странно не звучало, и в ландшафтном дизайне. Особенно это характерно для работ в скалистых местностях. Только бурение часто позволяет получить отверстия и взорвать скалы или холмы, утесы точно рассчитанными зарядами. Бурить приходится и при фиксации мостов на берегах рек, и при формировании основных опор. В сложных случаях бурят землю и для свай при строительстве домов, иных капитальных сооружений.

Наконец, буровые установки находят очень широкое применение и в горном деле. Только они позволяют проложить землеройный туннель под поверхностью. Нагнетательные скважины позволяют подавать воду и специальные растворы в проблемное место. Контрольное и наблюдательное бурение проводят, чтобы контролировать эффективность разработки пласта.

Использовать роторное оборудование можно для бурения скважин различных видов, включая и проходку на воду. Разница между роторами заключается не только в их мощности, но и в допустимом сечении отверстия. Глубина может достигать 1,5 км. Промывка проводится глинистым раствором либо водой. Основные свойства роторного способа бурения:

• более высокая скорость, чем при ударном прохождении породы;
• универсальность (возможность обрабатывать как мягкую, так и твердую породу);
• пригодность для проходки водозаборных выработок сечением до 1500 мм;
• минимальные габариты и металлоемкость оборудования;
• возможность транспортировки всей машины на передвижных платформах;
• сокращение дебита скважин при употреблении глинистых растворов;
• необходимость подвозить чистую воду;
• повышенная себестоимость в сравнении с другими вариантами.

Буровые лафеты очень выручают там, где не справляется мобильное оборудование. Часто их ставят даже на экскаваторы. Хорошим примером является СБЛ-01. С помощью такой техники можно ставить анкерные сваи. Еще можно будет:

• укреплять склоны;
• бурить с промывкой;
• выполнять шнековое бурение;
• проходить грунт пневмоударным методом.

Такая система оказывается основной частью подъемного комплекса буровой установки. С помощью лебедок можно поднимать и опускать буровые, обсадные трубы. При необходимости поддерживают колонны на весу, когда нужно выполнять те или иные работы с ними. Также лебедками:

• свинчивают и отвинчивают трубы;
• подтягивают к буровой различный инструмент и мелкое вспомогательное оборудование;
• ставят полностью собранные вышки в рабочую вертикаль.

Очень важный момент — классификация буровых установок. Заданы основные классы конструкций в ГОСТ 16293-89. Нормируются:

• уровень нагрузки, оказываемый на крюк;
• условная достигаемая глубина;
• темп поднятия крюка — в процессе расхаживания колонны и без полезной нагрузки (измеряется в метрах в секунду);
• расчетная оценка мощности, развиваемой на валу;
• минимальное сечение отверстия в роторном столе;
• расчетная величина мощности привода;
• высота основания машины.

Очень важна талевая система. С ее помощью поднимают и держат в подвешенном состоянии различный инструмент для бурения. При необходимости этот узел оказывает точечное механическое воздействие. Например, если нужно высвободить из скважины бурильную колонну. Типичная схема талевой системы включает:

• собственно талевый блок;
• кронблок;
• канат из прочной стали.

Кронблок всегда неподвижен. Его ставят на раму мачты. Иногда используют специальные подкронблочные элементы (балки) буровой вышки. При помощи каната поддерживается устойчивая, но одновременно гибкая, механическая связь лебедки и неподвижных частей. Существуют три ключевых типа талевых комплексов:

• с фиксацией свободной части каната на основание;
• с подсоединением его к кронблоку;
• с монтажом на тальблок.

Какие бы методы бурения не применялись, обязательно должна использоваться циркуляционная система. Она выполняет различные манипуляции с буровым раствором, начиная от его приготовления вплоть до хранения и применения. При необходимости раствор дополнительно очищают от примешавшейся к нему выбуренной породы. Обычно работоспособность циркуляционных систем обеспечивают несколько прямоугольных емкостей. В любом случае для циркуляции существует отдельный стандарт — ГОСТ 16350-80.

В домашних условиях довольно часто применяются ручные буровые установки. Уровень требований к ним закономерно меньше, чем к механизированным системам. Но и такое оборудование вполне позволяет бурить скважины на воду для частных нужд. Также можно будет пробурить канал под сваи, или оборудовать поле для снятия тепла специальным тепловым насосом.

Более продвинутыми характеристиками отличаются современные крановые и навесные буровые установки. Обычно их собирают на базе бортовых автомобилей. Очень хорошей основой оказались отечественные ЗИЛ, Урал и ГАЗ различных модификаций. С помощью такой техники можно монтировать опоры и столбы. Допускается индивидуальный подбор компоновки системы под конкретные нужды.

Градация буровых систем идет и по уровню потери мощности в трансмиссии. Этот показатель определяется:

• общей вырабатываемой мощностью;
• конструктивным исполнением станка;
• частотой оборотов.

Буровые установки еще подразделяются и по виду силовой установки. Дизельные системы применяют там, где невозможно стабильное электропитание. Такие приводы не слишком мощны, зато отличаются повышенной мобильностью. В дизель-электрической аппаратуре все структурные элементы полностью автономны, что очень удобно. Главными составными частями будут:

• мотор;
• генератор, работающий от этого мотора;
• приводная система, которая обеспечивает действие исполнительного механизма.

Электрическая буровая может быть запитана от капитальной электросети или от внешнего генератора. Ввести в эксплуатацию такое оборудование очень просто, а потому оно пользуется огромной популярностью. Но бурильное электрооборудование неприменимо или ограниченно применимо в труднодоступных местах. Дизельные системы с гидравлическим компонентом отличаются простотой управления и работают на базе турботрансформатора.

В морских условиях широко применяют самоподъемные буровые установки. Поднятие над поверхностью дна и моря достигается за счет колонн, упирающихся в грунт. Предусматривается возможность вертикального движения колонн по отношению к корпусу. Число этих опор, наряду с исполнением нижнего сегмента и геометрической формой, является важным классификационным признаком. Несамоходные сухопутные системы могут делиться на переносную и прицепную разновидности. По большей части переносные аппараты легче.

Шнековая буровая установка обеспечивает вытаскивание грунта из шурфа без приостановки работы. Схема примерно та же самая, что и у обычной мясорубки. Но бур может перегреваться при очень интенсивной работе. Что касается кинематических схем, то они различаются по:

• числу деталей и управляющих систем;
• доле сложных технически узлов;
• особенностям размещения валов;
• использованию дублирующих цепей.

Для добычи нефти часто променяют стационарны полупогружные аппаратные комплексы. Рабочие глубины их колеблются от 0,06 до 3,85 км. Инженеры знают уже 7 поколений полупогружной техники. Разница между ними касается не только года сооружения, но и конкретных технических характеристик. Чтобы построить подводную скважину, нужна не только такая платформа, но и специальное буровое судно.

Независимо от технологических особенностей, срок службы буровой установки (нормативно-расчетный) составляет 10 лет. Выделяют также фактический период эксплуатации (после нормативно-расчетного срока до принятия решения о выводе из оборота по данным осмотра, дефектоскопии). Что касается амортизационного периода, то он для бурового оборудования, распоряжением министерства финансов, предписан жестко — 7 лет.

При выборе буровых установок главными параметрами являются грузоподъемность и необходимая глубина проходки земных пластов. Эти параметры должны отвечать природным условиям местности, предельной степени нагрузки на дорогу и степени обустройства территории. Обязательно обращают внимание еще на:

• климатические параметры работы;
• квалификацию персонала;
• возможность бурения скважин глубокой разведки и эксплуатационных скважин либо предназначение для проходки мелких структурных и поисковых скважин;
• тип верхнего привода (силовой системы);
• вероятную максимальную силу ветра;
• метод бурения;
• особенности проходимых пород;
• глубинную температуру;
• степень химической агрессивности подземных вод.

Подавляющее большинство профессионалов использует при вводе в эксплуатацию буровой установки мелкоблочный, агрегатный либо мелкоблочный типы монтажа. Они соответствуют тем же самым методикам установки вышек. Прежде всего, площадку нужно выровнять и убрать с нее лишние растения. Также стоит избавиться от предметов, которые могут загораться. Поблочная схема расстановки подразумевает первоначально сборку частей, впоследствии соединяемых уже на месте.

Начинают с монтажа собираемого фундамента и опор. Следующий шаг — крепление связки из ротора и лебедки. В последнюю очередь ставят вспомогательную технику. Ее состав очень разнообразен и должен быть даже разобран дополнительно.

Стационарные комплексы монтировать сложнее. Серьезной проблемой является прокладка проводки с учетом необходимой мощности и правил разводки. Агрегатная методика периодически применяется при работе с установками 9 — 11 классов. Обязательно надо соблюдать «весовое ограничение на крюк». Агрегатный монтаж занимает много времени, требует обустройства массивного фундамента, тщательной выверки расположения частей в пространстве. Кроме того, расходуется много материалов.

Мелкоблочный подход состоит в том, что используют не фундаменты из дерева либо бутобетона, а блок-сани из металла. Они могут служить и основанием, и транспортным средством. Монтаж, в сущности, ограничивается только перемещением установки в требуемую точку и ее минимальной подготовкой. Число блоков, их мощность и другие параметры определяют заранее, с учетом имеющихся потребностей и ограничений. Мелкоблочная установка широко применяется при разведочном бурении, а при эксплуатационном — только когда затруднена перевозка больших блоков. Проблемы связаны с:

• трудностями кинематической увязки массы мелких блоков;
• большими потребностями в тракторах и ином транспорте;
• невозможностью доставить большие буровые укрытия и значительные участки коммуникаций.

Эта процедура делится на посменный и технический уход. Ежесменные мероприятия должны соответствовать эксплуатационной инструкции. Их обязательно проводят не только в начале и конце смен, но и при незапланированном перерыве в работе. Технический уход проводят, когда отработано определенное время. Физическое состояние и визуальная исправность не имеют значения для этой процедуры.

Большую роль имеет обслуживание и ремонт редуктора. Этот компонент должен присутствовать на любом типе буров. От его исправности зависит надежное функционирование основного мотора даже в предельно загруженном режиме, при проходке «тяжелой» породы. Иногда приходится чинить не только самый редуктор, но и электронный преобразователь. Обслуживание бурового вертлюга необходимо, прежде всего, в тех случаях, когда нарушается кручение необходимых частей и/или оборот жидкости по системе.

Внимание следует уделять еще и копровым вращателям. Даже продукция крупных проверенных фирм может со временем начать подводить. Но при наличии запчастей можно отремонтировать любые вращатели, в том числе и гидравлического типа. Что касается электроприводов, то их необходимо проверять по нормам эксплуатационной техники безопасности:

• состояние передаточных систем привода;
• центровку его агрегатов;
• стабильность работы на холостом ходу не менее 60 минут;
• качество крепления изделия на опору;
• натяжка всех ремней, цепей;
• состояние смазки.

Независимо от оснащения буровой остановки шнеком или другим типом наконечника, каждый раз перед началом работ требуется оценивать уровень масла и герметичность всех основных креплений. Два раза в год как минимум, а при резких переменах погоды и чаще, меняют смазку и другие технические жидкости по сезону. При капитальных ремонтах проводится максимально доскональная проверка.