Автоматизація процесу буріння нафтових та газових свердловин
Буріння свердловин є трудомістким і капіталомістким, але необхідним процесом, без виконання якого неможлива розвідка і розтин нафтових і газових родовищ. Ефективність процесу буріння свердловин багато в чому залежить від його автоматизації, успішне впровадження якої визначається використанням сучасних засобів автоматики.
Основні труднощі автоматизації буріння нафтових та газових свердловин полягає в тому, що інформація про події забійних процесах поки може бути отримана тільки у спосіб за допомогою поверхневої апаратури, що вимірює реакцію вузлів бурової установки на результат протікання цих процесів. Точність виміру результату забійних процесів за допомогою поверхневої апаратури не завжди достатня для ефективного управління процесом буріння в автоматичному режимі.
Підвищити точність цієї апаратури можна шляхом використання складних алгоритмів, що враховують одночасно кілька непрямих параметрів прояви забійного процесу. Однак це можливо за умови застосування в управлінні процесом буріння сучасних обчислювальних пристроїв, в тому числі і мікропроцесорної техніки.
Проходка нафтових та газових свердловин може виконуватися одним із двох можливих способів: роторним або турбінним.
Роторне буріння свердловин (рис. 76) застосовується на початковому етапі їх спорудження, коли вони буряться по відносно слабким і геологічно складним породним горизонтів. При цьому способі буріння обертання буровому долоту передається від механізму обертання бурової установки обертанням бурової колони.
Мал. 76. Технологічна схема роторного буріння свердловин
Осьове зусилля на долото створюється частиною ваги бурової колони, яка підвішується за допомогою вертлюга і канатної поліспастового системи на буровій вишці. Величина цього зусилля регулюється гальмівним моментом на барабані бурової лебідки. На цей барабан намотується канат поліспастового системи підвіски бурової колони. Для видалення продуктів буріння з забійної частини свердловини у внутрішню порожнину бурової колони подається буровий розчин, щільність якого достатня для виносу на земну поверхню продуктів руйнування вибою. Цей розчин подається під тиском, яке створюється буровим насосом. Після виносу на гирлі свердловини продуктів буріння буровий розчин очищається від них, додатково обробляється і знову закачується в свердловину. Для того щоб при бурінні стінки свердловини не піддавалися руйнуванню, вони закріплюються спеціальними трубами, які називають обсадними. Ці труби на всій довжині свердловини з'єднуються в обсадних колон.
Турбінне буріння свердловин (рис. 77) застосовується при великих глибинах буріння.
Мал. 77. Технологічна схема турбінного буріння свердловин
Особливістю технології турбінного буріння є те, що бурова колона в цьому випадку залишається нерухомою, а обертання бурового долота забезпечується спеціальним пристроєм, який називається турбобуром. Турбобур знаходиться в нижній частині бурової колони і за допомогою вбудованої в його конструкцію системи турбін перетворює тиск бурового розчину в момент обертання долота, жорстко пов'язаного з цією системою. Після виходу з турбобура буровий розчин омиває забій свердловини і, як в попередньому способі буріння, виносить продукти буріння на гирлі свердловини. В іншому ця технологія мало відрізняється від попередньої.
Різновидом турбобуров є електробури, які обладнуються асинхронними електродвигунами спеціальної конструкції, електроенергія до яких подається по спеціальному кабелю, розташованому у внутрішній порожнині труб бурової колони. Момент від цього двигуна через редуктор передається буровому долоту. Складність цієї конструкції полягає в тому, що буровий розчин на забій свердловини повинен проходити через електродвигун і редуктор.