Процесс добычи: бурение

Буровая установка

Буровые установки могут быть самых разных размеров и располагаться как в море, так и на суше: от компактных мобильных установок до стационарных сооружений размером с небоскреб. Стол ротора или, в качестве альтернативы, верхний привод вращает всю колонну бурильных труб, при этом буровое долото располагается в нижней части данной колонны. Независимо от размера, расположения или типа буровой установки, у этих машин одна цель – бурить глубокие скважины на нефтяных месторождениях для добычи углеводородов.

Для безопасной и эффективной работы каждой буровой установки требуется огромное количество датчиков. Они варьируются от тензодатчиков на растяжение/сжатие с функцией компенсации температуры в кронблоке до датчиков уровня и давления в оборудовании для работы с буровым раствором. Термометры сопротивления, изготовленные по тонкопленочной технологии и выдерживающие сильные вибрации и пульсации, помогают контролировать состояние многочисленных насосов и двигателей, обеспечивающих бурение скважин.

Насос для бурового раствора

По мере того как буровое долото и бурильные трубы проникают в грунт, один или несколько насосов для бурового раствора направляют суспензию в скважину под очень высоким давлением: более 483 бар (7 000 фунт/кв. дюйм) при глубоком бурении. Такой буровой раствор выполняет несколько функций:

• Смазывает и охлаждает буровое долото
• Промывает скважины от бурового шлама
• Обеспечивает выравнивание давления для предотвращения попадания пластовых жидкостей в скважину

Затем данный буровой раствор возвращается на поверхность через затрубное пространство, т. е. пространство между колонной бурильных труб и стволом скважины.

Насос для бурового раствора состоит из приводной части с двигателем и напорной части с отверстиями. С помощью преобразователя давления с быстроразъемным соединением с накидной крыльчатой гайкой и толстым измерительным элементом, устойчивым к коррозии, в паре с искрозащитным барьером осуществляется контроль давления процесса на патрубках всасывания и нагнетания. Кроме того, манометр с мембранным разделителем обеспечивает локальную индикацию давления на выходе насоса. В некоторых конфигурациях насосов для бурового раствора используется манометр для контроля давления масла, смазывающего подшипники и уплотнения оборудования.

Противовыбросовый превентор и агрегат закрытия превенторов

Выбросы происходят, когда наблюдается неконтролируемый выход из скважины пластовых жидкостей, в том числе легковоспламеняющихся углеводородов. Противовыбросовые превенторы и агрегаты закрытия превенторов предотвращают такую опасную ситуацию.

Противовыбросовый превентор, надежно установленный в устье скважины, представляет собой группу клапанов, предназначенных для управления нефтегазовой скважиной и, при необходимости, для ее закупорки в случае удара (неожиданного притока жидкости в ствол скважины). Манометры в сочетании с искробезопасными или взрывозащищенными преобразователями давления представляют собой ключевой компонент системы контроля скважины.

В агрегате закрытия используются предварительно заряженные азотные груши в аккумуляторе насоса, гидравлическая жидкость, электрические и воздушные насосы для нагнетания давления, необходимого для работы нескольких функций на группе противовыбросовых превенторов. Манометры, датчики давления и датчики уровня обеспечивают надлежащее функционирование данного защитного механизма в случае необходимости.

Установка для цементирования

В бурении цементирование играет важную роль. По достижении необходимой глубины колонну снимают и устанавливают колонну обсадных труб. При первичном цементировании происходит изоляция различных зон пласта (нефти, газа, воды) от ствола скважины. Установка также заполняет затрубное пространство, надежно удерживая обсадную трубу, что защищает ее от коррозии и подземного давления. Вторичное цементирование проводится для ремонта или исправления результатов первичного цементирования или для закупорки выработанной скважины.

В установку для цементирования на буровой установке, смонтированную на рамном основании или полуприцепе, из резервуаров подают воду, сухой цемент, раствор и специальные добавки. Затем компоненты смешивают в цементные растворы для первой и конечной ступени цементирования, после чего закачивают в колонну обсадных труб и выводят в затрубное пространство. С помощью панели управления установкой для цементирования оператор может регулировать расход и плотность цементных растворов, контролировать давление и управлять другими параметрами. Неотъемлемой частью контроля давления является преобразователь давления с быстроразъемным соединением с накидной крыльчатой гайкой, который рассчитан на чрезвычайно высокое давление и способен сопротивляться абразивным свойствам цементной смеси.

Резервуар для бурового раствора

Резервуары для бурового раствора – это большие многосегментные емкости для обработки, смешивания и хранения специализированной жидкости, которую насос для бурового раствора перекачивает в скважину и обратно во время бурения. После возвращения на поверхность отработанный буровой раствор перекачивают через различные отсеки в рабочем резервуаре:

• 1. Приемный резервуар, после чего раствор ожидает фильтрации
• 2. Система контроля твердых частиц для отделения бурового шлама (выбуренной породы, песка и т. д.)
• 3. Дегазатор для удаления пузырей воздуха и природного газа
• 4. Резервуар для химикатов для дополнительной обработки, если необходимо
• 5. Мешалка для восстановления однородности смеси

После очистки буровой раствор готов к повторному использованию. В резервных резервуарах хранятся излишки бурового раствора, а также тяжелый буровой раствор на случай выбросов и других чрезвычайных ситуаций.

С помощью датчиков уровня операторы могут контролировать уровень жидкости в каждом из таких отсеков. Но что еще более важно, при измерении уровня можно выявить проблемы во время буровых работ:

• Увеличение объема указывает на то, что в скважину поступает вода или пластовые жидкости (нефть, газ).
• Потеря объема указывает на то, что буровой раствор попадает в пласт через трещины.

Любой датчик уровня, используемый в резервуарах для бурового раствора, должен быть пригоден для использования в опасных зонах. Прибор также должен быть рассчитан на суровые условия эксплуатации, поскольку буровой раствор часто обладает коррозионными свойствами, вязкостью и абразивностью, а также содержит взвешенные твердые частицы. В резервуарах для бурового раствора используются различные типы датчиков уровня, но наиболее надежным и не требующим обслуживания вариантом является погружной датчик давления искрозащищенного исполнения, который может использоваться для измерения как плотности жидкости, так и гидростатического давления. Противозасорное приспособление обеспечивает стабильность и дополнительную защиту от осадка, турбулентности и физических повреждений.

Водяные баки

На буровой площадке насос для бурового раствора нагнетает жидкость в скважину для смазки и охлаждения бурового долота, промывки скважины от бурового шлама и обеспечения выравнивающего давления, которое предотвращает попадание пластовых жидкостей в скважину. В зависимости от геологической формации, экономических соображений, норм охраны окружающей среды, целевого назначения бурового раствора и других факторов данная специализированная смесь может быть как на водной, так и на масляной основе.

Независимо от того, какая жидкость используется в качестве дисперсионной среды, вода почти всегда входит в состав бурового раствора, в различном процентном соотношении. Вода хранится в массивных резервуарах, готовая к подаче в резервуары с буровым раствором и смешиванию с другими компонентами.

Погружные датчики давления точно и надежно измеряют уровень воды в резервуарах буровой площадки, гарантируя, что не произойдет перелива воды и резервуар не пересохнет. WIKA LevelGuard^TM обеспечивает дополнительную устойчивость датчика давления и дополнительно защищает прибор от турбулентности и деформации.

Штуцерный манифольд

Штуцерные манифольды представляют собой важную часть системы управления буровой установкой в скважине. Во время выброса противовыбросовый превентор закрыт, в то время, как пластовая жидкость и буровой раствор, вытекающие из затрубного пространства, направляются в штуцерную линию и проходят через совокупность труб, фитингов и клапанов манифольда. Штуцерный манифольд выпускает более легкий буровой раствор, чтобы давление в затрубном пространстве оставалось ниже максимально допустимого устьевого давления в затрубном пространстве, а тяжелый буровой раствор из резервного бака для бурового раствора закачивается в скважину для восстановления контроля над скважиной. Благодаря альтернативным маршрутам в штуцерном манифольде у операторов имеется возможность перенаправлять поток по мере необходимости, закрывая и открывая клапаны. Управление одними штуцерами осуществляется вручную, другими – с помощью гидравлики (дистанционно).

Манометры и преобразователи давления представляют собой неотъемлемые части системы штуцерного манифольда и расположены в нескольких местах, в том числе:

• Место соединения штуцерной линии с манифольдом (одна линия)
• Если манифольд сбрасывает жидкость в амбар и/или резервуар для бурового раствора (несколько линий)

Для обеспечения надежности и безопасности датчики давления, установленные на штуцерном манифольде, должны отвечать следующим требованиям:

• Высокая точность и минимальное время отклика
• Устойчивость к воздействию коррозии и абразивов
• Высокий уровень защиты от погодных условий (степень защиты IP)
• Разрешение для опасных зон (искробезопасность, взрывозащищенность и т. д.)