Экономические требования связаны с необходимостью обеспечения минимальных производительных и эксплуатационных расходов, определяющих эффективность буровой установки. В сфере производства экономические требования удовлетворяются технологичностью конструкций, позволяющих при заданном объеме выпуска и конкретных производственных возможностях изготовить машину при наибольшей производительности труда и наименьшей себестоимости. Важное экономическое требование- экономия металла и других материалов путем снижения материалоемкости машин и оборудования. К эксплуатационным экономическим показателям относятся производительность механического бурения и спускоподъемных операций, время, затрачиваемое на подготовительно-заключительные, вспомогательные и ремонтные работы.
5.1 Преимущества использования СВП в буровых работах
Системы верхнего привода являются принципиально новым типом механизмов буровых установок, обеспечивающих выполнение целого ряда технологических операций. Система верхнего привода обеспечивает выполнение целого ряда технологических операций и позволяет осуществлять процесс бурения на качественно новом уровне. Система верхнего привода предназначена для быстрой и безаварийной проводки вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин при бурении. Верхний привод совмещает функции вертлюга и ротора, и оснащается комплексом устройств для работы с бурильными трубами при выполнении спуско-подъемных операций. Наличие устройств для работы с трубами отличает верхний привод от силовых вертлюгов, которые применяются при капитальном ремонте.
СВП обеспечивает выполнение следующих технологических операций:
- вращение бурильной колонны при бурении, проработке и расширении ствола скважины;
- свинчивание, докрепление бурильных труб;
- проведение спуско-подъемных операций с бурильными трубами, в том числе наращивание бурильной колонны свечами и однотрубками;
- проведение операций по спуску обсадных колонн;
- проворачивание бурильной колонны при бурении забойными двигателями;
- промывку скважины и проворачивание бурильной колонны при СПО;
- расхаживание бурильных колонн и промывку скважины при ликвидации аварий и осложнений.
Экономическая целесообразность применения СВП при стационарном бурении обусловлена следующими факторами:
-снижением затрат на капитальное строительство за счет отказа от бурения новых скважин и перехода к бурению многоствольных скважин;
- вовлечением в разработку трудноизвлекаемых запасов нефти из-за ухудшение коллекторских свойств продуктивных отложений;
- повышением продуктивности скважин за счет применения наклонно-горизонтальных скважин с увеличенной площадью фильтрации;
- увеличением темпов строительства горизонтальных скважин;
- повышением эффективности бурения (снижением доли вспомогательных операций):
• отсутствуют временные затраты на извлечение и установку вертлюга и квадрата в шурф при переходе от бурения к спуско-подъемным операциям и наоборот;
• наращивание бурильной колонны при наклонно-направленном бурении происходит таким образом, что компоновка находится непосредственно в забое, что сокращает затраты времени на переориентацию бурового инструмента после каждого наращивания;
• остается больше времени на проходку скважины за счет сокращения времени при наращивании бурильной колонны и при проведении спуско-подъемных операций;
• имеется возможность обеспечения непрерывного вращения бурильной колонны и циркуляции раствора при проработке ствола скважины методом "сверху вниз" и "снизу вверх";
• непрерывное вращение бурильной колонны позволяет значительно понизить силы трения при ее подъеме и спуске в наклонные или горизонтальные скважины;
• снижается опасность того, что бурильная колонна или дорогостоящее скважинное оборудование и инструменты будут прихвачены в стволе.
- возможностью наращивания бурильных труб в любой точке буровой установки, что позволяет осуществлять:
• постоянный и эффективный контроль за скважиной, поскольку верхний привод (в сочетании с отсекающим шаровым краном) может быть подсоединен к бурильной колонне в любой точке вышки;
• немедленное вращение и циркуляцию при обнаружении проблем в скважине.
• соединение бурильных труб без применения трубных ключей или цепей для их свинчивания (снижение травматизма);
• выдвижение к оси и от оси скважины элеватора, что уменьшает тяжелую физическую работу персонала с трубами и повышает безопасность работы с ними;
• сократить количество "ручных" операций с бурильными трубами, поскольку большинство из них выполняется дистанционно с пульта бурильщика
- повышением безопасности при бурении скважин глубиной более 4500 м и горизонтальных участков длиной более 300 м. (эффективный контроль за скважиной в процессе бурения, снижение вероятности «прихвата» инструмента и др.):
- возможность вести наращивание свечой, а не одной трубкой снижает число используемых соединений, что уменьшает вероятность несчастных случаев;
- снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну;
- наличие механизированного сдвоенного шарового крана (внутреннего превентора) позволяет быстро перекрыть внутреннее отверстие в колонне, тем самым предотвратить разлив бурового раствора при отсоединении ствола силового вертлюга от свечи. Вся операция проводится бурильщиком без участия остальных членов буровой бригады;
- облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счет вращения;
5.2 Эксплуатационные преимущества СВП
Экономия времени на наращивание труб при бурении. Наращивание колонны бурильных труб свечой длиной 28 метров позволяет устранить каждые два из трех соединений бурильных труб.
Уменьшение вероятности прихватов бурильного инструмента. Силовой вертлюг позволяет в любой необходимый момент времени при спуске или подъеме инструмента элеватором в течение 2...3 минут соединить с бурильной колонной и восстановить циркуляцию бурового раствора и вращение бурильной колонны, тем самым предотвратить прихват инструмента.
Расширение (проработка) ствола скважины не только при спуске, но и при подъеме инструмента.
Повышение точности проводки скважин при направленном бурении. При использовании отклонителя с гидравлическим забойным двигателем для измерения угла скважины свечу можно удерживать в заданном положение по всей длине свечи, что приводит к лучшей ориентации колонны и меньшему числу контрольных съемок.
Бурение на всю длину свечи без наращивания однотрубками улучшает качество керна, снижает число рейсов.
В состав системы входит автономная гидростанция с дизельным приводом или приводом от тягового электродвигателя переменного или постоянного тока.
Верхний привод предлагает все важные функции по работе с трубами, включая: отклонение штроп элеватора, выдвижение к оси и от оси скважины для наращивания труб через шурф, вращение трубного манипулятора на 270°, с дистанционным управлением элеватор и стопор / захватное устройство. Захватное устройство способно работать с замками бурильных труб с наружным диаметром от 3 до 8-3/4 дюйма.
Уникальная конструкция верхнего привода включает интегрированный вертлюг и несущую раму, что делает подвесную часть системы очень компактной.
Система оснащена программируемым логическим контроллером (ПЛК), который обеспечивает безупречную связь между пультом бурильщика и системой привода. ПЛК оптимизирует эффективность работы системы и обеспечивает важные механизмы автоблокировки.
С пульта бурильщика можно выбрать различные значения скорости вращения/крутящего момента.
Конструкция направляющей / ползуна проста в монтаже и требует минимального объема технического обслуживания.
Отсекающий сдвоенный шаровой кран встроен в конструкцию системы.
Всю систему верхнего привода можно транспортировать в стандартных контейнерах.
На рис. 1,2 показано типичное распределение времени при работе буровых установок с верхним приводом и без него. В таблице 1 и 2 приведены параметры, характеризующие достижение уровня безубыточности, оправдывающие применение верхних приводов и демонстрирующие возможность экономии средств для скважин различной глубины и геологического разреза.
Как видно из рис. 1, во время обычных буровых операций собственно проходка занимает около 30% времени. Остальное время занимают спуско-подъемные операции или "непроизводительные затраты времени", включающие в себя перевозку буровых установок, исследования скважин, каротажи, цементирование, ожидание цемента, сборку противовыбросовых устройств и пр.