Концепция
АБК – Автоматические буровые комплексы марки «ШАЙД»
(ADC – Automatic drilling complexes of mark «SHAID»)
ДЕМО-версия
Содержание
Стр.
1. Введение
...
2. Цель концепции
...
3. Технологии бурения
...
4. Давно применяющиеся технологии
...
5. Недавно появившиеся технологии
...
6. Новые технологии, неизвестные из совремённого уровня техники
...
7. Обзор рынка буровой техники
...
8. Рынок
...
9. Рыночные возможности
...
10. Совремённый уровень буровой техники
...
11. Уровень отечественных производителей
...
12. Уровень зарубежных производителей
...
13. Недостатки конкурирующих
...
14. Преимущества зарубежных
...
15. Совремённые факторы, влияющие на развитие буровой техники
...
16. Влияние совремённых факторов
...
17. Ключевые моменты влияния факторов.
...
18. Требования к буровой технике, проистекающие из анализа ключевых моментов влияния совремённых факторов
...
19. Выводы
...
20. Тенденции развития буровой техники и технологий
...
21. Табл. 1. Критический анализ традиционных МБК.
...
22. Выводы по анализу традиционных
...
23. Заключение.
...
24. Предлагаемое решение
...
25. Классификация автоматических буровых комплексов марки «ШАЙД»
...
26. Единый состав автоматических буровых комплексов марки»ШАЙД»
...
27. Табл. 3. Состав-схема автоматических буровых комплексов марки «ШАЙД»
...
28. Технический уровень комплексов «ШАЙД»
...
29. Технологические усовершенствования изготовления комплексов «ШАЙД» (ноу-хау)
...
30. Табл. 4. Основные объекты интеллектуальной собственности (ИС)
...
31. Перечень новых устройств, механизмов и агрегатов
...
32. Обозначение для буровых комплексов марки «ШАЙД».
...
33. Послесловие.
...
Автоматические буровые комплексы марки «ШАЙД»
Введение
Мместорождения полезных ископаемых на суше, с небольшими глубинами залегания, по всему миру, почти, все выработаны. Те, которые ещё остались, располагаются на больших глубинах залегания, в труднодоступных и удалённых местах нашей планеты (арктические районы северных стран, Африка, Латинская Америка, Антарктида, Приполярье, Сибирь и Дальний Восток). Такая ситуация, начала складываться уже в 19 веке, когда, в Европе, были выработаны все богатые месторождения.
Ко второй половине 20-го века, проблема, обеспечения мировой экономики ископаемыми ресурсами, уже чётко обозначилась и политика, всех развитых и развивающихся стран, всё больше, нацеливается на захват и обладание новых ресурсов. Почти все, военные конфликты и войны, на стыке 20-го и 21-го века, возникали из-за желания контролировать источники ресурсов.
И, если, голод на сырьё экономик стран мира, не будет удовлетворён, то в середине нового столетия, могут начаться крупномасштабные войны, которые затем перерастут в мировую войну с целью передела территорий, обладающих запасами. В эту категорию территорий неизбежно попадает Россия, так, как она располагает всеми видами ресурсов.
Но, имеется ещё один источник ресурсов, запасы которого огромны, почти неисчерпаемы, это – Мировой Океан.
Ещё, с 60-х годов прошлого столетия, взгляды передовых исследователей мира, в том числе, и отечественных, были обращены, в сторону запасов Мирового Океана. И автор, ещё в детстве, воодушевлённый их успехами, в исследовании подводного мира, увлёкся идеей подводного освоения богатств Мирового Океана и пронес это через всю свою жизнь.
Но, тем не менее, не смотря на энтузиазм всех исследователей мира, дальше исследовательских аппаратов, дело не продвинулось и, в настоящее время, минеральные запасы добываются, в основном, лишь с глубин до 100-300 метров, при помощи специально оборудованных судов и платформ, плавучих и стационарных. Такая добыча, сильно повышает конечную цену добытых продуктов и, потому, более или менее, рентабельной, на настоящее время, остаётся, в основном, только добыча углеводородов.
Предвидя это, автор уже в 1983 году, занимаясь разработкой высокомеханизированных полуавтоматических систем, для ремонта нефтегазовых скважин, стал задумываться, над созданием систем, для подводного бурения, ремонта и эксплуатации нефтегазовых скважин, а также, разработкой систем, обеспечения подводных промыслов и транспортировки продукции. В дальнейших разработках, ему сильно помогли знания и идеи, накопленные в юношестве.
Разработки, автоматических буровых и ремонтных комплексов, для наземной и подводной эксплуатации, с разной интенсивностью, велись автором, вплоть, до настоящего времени. В течение, всего этого времени, автор пристально, следил за мировым уровнем техники и, каждый раз, убеждался, что его разработки опережают конкурентов, на 10...15 лет, вперёд.
Всю свою жизнь, накапливая знания и опыт, из многих отраслей, автор, создал великое множество своих разработок, которые также, могут быть применимы, во многих отраслях, приобрёл знания и, сделал открытия, неизвестные из совремённого уровня. Ещё 10 лет назад, такие идеи в России, да и во всём мире, считались фантастикой, и, потому, были неприменимы.
В течение, последних 5-и лет, ситуация изменилась:
Техногенные аварии, наносящие огромный ущерб, кризисные явления мировой экономики, начинают склонять чашу весов выгоды, в пользу подводных промыслов.
Важным фактором, в пользу подводных промыслов, являются успехи норвежцев, достигнутые, за последние 15 лет, в подводной эксплуатации морских скважин в Северном и Норвежских морях, при помощи подводных добывающих комплексов. Наблюдая, за успехами норвежцев, автор начал, с 2008 года, вплотную, работать над подводными автоматическими буровыми комплексами (ПАБК) и прочими системами для освоения подводных богатств Мирового Океана.
Основой, для разработки подводных автоматических буровых комплексов, должны стать высокомобильные наземные автоматические буровые комплексы (НАБК), марки «ШАЙД», сочетающие в себе, надёжность, высокую унификацию, мобильность и компактность, и при всём этом, простые и дешёвые в изготовлении. Они могут, транспортироваться любыми видами транспорта, высокопроизводительны и гибки в применении.
Наземные автоматические буровые комплексы, являются переходными разработками, к внедрению подводных автоматических буровых комплексов, для подводного бурения нефтегазовых скважин.
Вслед, за подводными автоматическими буровыми комплексами, должны последовать, подводные нефтегазовые промыслы, с системами подводного и надводного обеспечения.
В дальнейшем этот опыт может быть использован для перехода к освоению прочих несметных богатств Мирового Океана при помощи подводных промыслов и поселений.
Цель концепции
Настоящая концепция, формулирует идеологию построения автоматических буровых комплексов, на десятилетия вперёд. Она, обозначает цели, в направлении которых, должны двигаться разработчики и производители буровой техники.
Для успешной конкуренции, на рынке буровой техники, в совремённых условиях, необходимо, верно понимать, тенденции развития буровой техники и условия формирования, требований потребителей.
Поэтому, разработчик и производитель, должны, в отличие от потребителя, быть в курсе, самых последних достижений, в технике и технологиях бурения, а также условий, в которых, эти техника и технология, применяются и, будут, применяться в будущем.
Кроме этого, разработчик и производитель, должны предвидеть, как, в будущем измениться, техника, технологии и условия бурения.
Технологии бурения
Давно применяющиеся технологии
1. Роторное бурение.
2. Бурение вращением, забойного инструмента турбинными двигателями.
3. Бурение элекробуром.
4. Бурение шнеками.
5. Бурение одиночных скважин.
6. Кустовое бурение.
7. Направленное бурение.
8. Бурение на глинистых растворах.
9. Бурение на воде.
10. Бурение на растворах с утяжелителями.
11. Бурение на нефтяных и водонефтяных эмульсиях.
12. Гидромониторное бурение струями жидкости высоким (10...20 МПа) давлением, создаваемым буровым насосом.
13. Бурение шельфовых месторождений с морских платформ.
14. Глубоководное бурение с морских буровых судов.
Недавно появившиеся технологии
1. Бурение вращением забойного инструмента, через бурильную колонну, верхним приводом.
2. Бурение вращением забойного инструмента винтовыми двигателями.
3. Бурение обсадной колонной.
4. Бурение колтюбингом.
5. Бурение при малом весе бурильной колонны, с подачей усилием вниз, для создания оптимальной нагрузки на долото.
6. Радиальное бурение.
7. Зарезка боковых стволов в скважине.
8. Изоляция зоны аномального поглощения, расширяющейся металлической оболочкой.
9. Горизонтальное бурение.
10. Бурение скважин с наклонным устьем.
11. Одновременное бурение 2-х скважин с параллельными стволами.
12. Бурение на депрессии.
13. Бурение воздухом.
14. Бурение пенами.
15. Применение широкого спектра растворов (на нефтяных водонефтяных эмульсиях, ПАВ, химические добавки, регулирующие модуль сдвига и т.д.).
16. Регенерация утяжелителя.
17. Утилизация отходов бурения закачкой в поглощающий пласт.
18. Применение скважинного трактора.
Новые технологии, неизвестные из совремённого уровня техники.
1. Ведение процесса бурения, без непосредственного участия человека.
2. Бурение уплотняемых пород, без удаления породы из скважины и бурение с удалением породы из скважины, с одним радиальным или аксиальным долотом.
3. Веерное бурение наклонных скважин с наклонным устьем.
4. Безмачтовое бурение.
5. Бурение горизонтальных каналов большой протяжённости, при помощи скважинного тягача.
6. Бурение обсадной колонной, оснащённой аксиальным долотом, оставляемым на забое.
7. Бурение с вращением забойным аксиальным двигателем.
8. Бурение с дистанционно-управляемым отклонителем и навигационным блоком.
9. Бурение твёрдых и сверхтвёрдых пород, с помощью забойной аксиальной ударно-вращательной установки.
10. Гидромониторное бурение струями жидкости свервысоким (100...500 МПа) давлением, создаваемым мультипликатором давления.
11. Бурение с одновременным наращиванием бурильной и обсадной колонн, по технологии «две бурильных трубы – две обсадных». Позволит, в условиях вечной мерзлоты, производить надёжную теплоизоляцию, с целью предотвращения оттаивания стенок скважины. Того же эффекта, можно добиться, с применением концентрической колонны, из специальных бурильных и обсадных труб колонны.
12. Очистка раствора от шлама, при помощи радильно-усового сепаратора.
13. Подготовка отходов бурения, к закачке в пласт и приготовление буровых растворов, при помощи автоматического диспергатора.
14. Бурение шельфовых и глубоководных месторождений, со дна морей и океанов.
Обзор рынка буровой техники
Рынок
Основные отечественные игроки на рынке производителей:
- «УралМаш», «ЛУКОЙЛ-Калининградморнефть», 40% рынка буровых установок, грузовой ряд от 125 до 350 тонн;
- «ВЗБТ», «УралВагонЗавод», «Бежецкий завод», Механический завод «Калязинский», 20% рынка, грузовой ряд от 125 до 200 тонн;
- «Кунгурский машзавод», «ИдельНефтеМаш», «ИНДАСТРИАЛпоинт», «АзНефтеХимМаш», «Елабужский АвтоЗавол», «Промышленное Нефтегазовое Объединение», 20% рынка, грузовой ряд от 30 до 160 тонн;
Прочие производители, 20% рынка, грузовой ряд от 60 до 200 тонн. В числе прочих – SATVIA GmbH, Drillmec SpA, Crown Industries Inc, «Генерация», ещё множество других и с десяток китайских производителей.
Также, буровые и ремонтные установки, на отечественном рынке, предлагают несколько десятков посредников, реализующих не только отечественную технику, но и зарубежную, причём, в качестве посредников, по реализации импортной техники, зачастую, выступают и отечественные производители.
Услуги по модернизации, предлагают, как крупные, так и множество мелких производителей. Модернизация, как правило, носит характер замены изношенных узлов и агрегатов новоделом, изредка, производится замена, на, имеющие несколько лучшие показатели (чаще незначительные), узлы, отечественного или импортного производства.
Дооснащение производится, в основном, верхними приводами, укрытиями и устройствами обогрева, средствами дистанционного управления.
Существенного влияния, на производительность и качество бурения, расширение технологических возможностей, модернизация, не оказывает.
Рыночные возможности
На сегодня, на российских нефтегазовых месторождениях, в эксплуатации, находятся 1200...1600 установок для бурения, грузоподъёмностью от 125 до 250 тонн, и примерно столько же, установок и агрегатов для ремонта скважин, грузоподъёмностью от 30 до 100 тонн.
80% из них, эксплуатируются свыше 10 лет, т.е. находятся в предаварийном состоянии. Для обновления парка, требуется ежегодное приобретение новых, в количестве 10%, от числа находящихся в эксплуатации. Это примерно 120...160 установок для бурения и 150...200 установок для ремонта.
Потенциальная же, потребность рынка, оценивается в 30...50 установок для бурения и 50...70 установок и агрегатов для ремонта.
А также, в добавление к буровым и ремонтным установкам, имеется потенциальная потребность 80...100 буровых установок грузоподъёмностью 30...100 тонн для геолого-поисковых работ, изыскательских работ, для строительства, для прокладки коммуникаций и т.д.
Таким образом, потенциальный рынок буровых комплексов приобретает следующий вид:
Сектор буровых комплексов грузоподъёмностью 500 тонн
– прогнозируемая потребность ........ комплексов в год (объём продаж ........ миллиардов руб./год);
Сектор буровых комплексов грузоподъёмностью 270 тонн
– прогнозируемая потребность ....... комплексов в год (объём продаж ........ миллиардов руб./год);
Сектор ремонтно-буровых комплексов грузоподъёмностью 100 тонн
– прогнозируемая потребность ....... комплексов в год (объём продаж...... ...миллиардов руб./год);
Сектор специальных буровых комплексов грузоподъёмностью 100 тонн
– прогнозируемая потребность......комплексов в год (объём продаж ....... .миллиардов руб./год);
Общий потенциально достижимый объём продаж ........
Оптимистичный прогноз
- При положительной динамике преодоления кризиса и при ужесточении требований к эксплуатации буровой техники, со стороны надзорных органов, а также, под давлением новых требований в технологии бурения, требующих замены морально устаревшего оборудования, годовой потребительский спрос рынка на ближайшие 5 лет составит ....... буровых и ..... ремонтных установок (комплексов) нового поколения.
- Возможно, быстрое возрастание (подстёгивание) спроса, из-за существенного превосходства в эксплуатации, по технико-экономическим показателям, комплексов нового поколения, над морально устаревшими традиционными установками.
- Постоянно растущие расходы на бурение, вызываемые освоением месторождений в отдалённых и труднодоступных районах, растущие требования к производительности, усложнение технологий бурения, а также, возрастание числа техногенных катастроф, связанных с буровой техникой и человеческим фактором, создают благоприятные условия, для продвижения на рынке автоматических и полуавтоматических буровых комплексов.
В настоящее время, подобные комплексы, не производит в мире никто. Возможен ажиотажный спрос.
- Годовой объём рынка при высоких ценах составит ........ млрд. руб. для буровых и ...... млрд. руб. для ремонтных установок (комплексов), всего вместе взятых: ..... млрд. руб.
Пессимистичный прогноз
- При продолжении, нарастания кризисных явлении в экономике, вызывающих, желание потребителей экономить на капитальных вложениях, а также, при отсутствии, достойной замены действующему предложению, в виде установок нового поколения, сулящего ощутимые выгоды потребителю, даже, при ужесточении требований к эксплуатации буровой техники и при низкой цене, годовой потребительский спрос рынка, на ближайшие 5 лет, составит не более .... буровых и ...... ремонтных установок морально устаревшего типа.
- Годовой объём рынка, при низких ценах, составит ..... млрд. руб. для буровых и ....... млрд. руб. для ремонтных установок, всего, вместе взятых: ....... млрд. руб.
Совремённый уровень буровой техники
Уровень отечественных производителей
Исследования, по отечественным разработчикам и производителям, показали, их отставание от мирового уровня на 10-15 лет, поэтому, рассматривать их, в качестве конкурентов не стоит, за исключением установки «ЕРМАК» производства Eurasia Drilling Company, г. Калининград, грузоподъёмностью 500 тонн, которая, является очень слабым конкурентом и рассматривалась, благодаря, оригинальному опорно-шагающему аппарату.
Широко рекламируемая, установка «Екатерина», производства УРАЛМАШ, г. Екатеринбург, конкуренции не составляет и с предложением на рынке, комплексов «ШАЙД», спрос на неё, прекратится, как и на продукцию, других отечественных и зарубежных производителей.
Уровень зарубежных производителей
Из зарубежных конкурентов, наибольших успехов, достигли:
Траверсные подъёмники
• ATLAS COPCO установка «PREDATOR» - Швеция,
• DEITSWELL установка RCR-200 - Франция,
Телескопические консольные подъёмники
• DRILLMEC установки сери НН– Италия,
Реечные консольные подъёмники
• ABILITI DRILLNG установка ADRL-2 - Норвегия,
• American Augers установка VR-500 – США,
Талевые наклонного устья подъёмники
• Precission Drilling установка RIGS-CHOA - Канада,
• Oilwell-Dreco (NOV) установка Dreco 2000M – Канада.
Эти производители, и их продукция, лидируют на мировом рынке, по техническому уровню разработок и объёмам продаж.
Недостатки конкурирующих.
Все зарубежные имеют очень высокую для отечественных потребителей цену: от 400 млн. руб. до 1,5 млрд. руб.
Наиболее близкие, к комплексам «ШАЙД», по принципу действия подъёмного модуля, т.е. в качестве силового механизма, применяются гидроцилиндры и траверсная система – ATLAS COPCO «PREDATOR» Швеция и DEITSWELL RCR-200 Франция (имеется ещё ряд других, но они несколько отстают).
Имеют след недоработки:
1. Слабые решения, по обеспечению требуемой жёсткости в системе траверсного механизма.
2. Слабые решения, по установке подъёмного механизма на буровое основание.
3. Плохо решена, проводка коммуникаций (РВД, шланги, кабеля) по подъёмному механизму.
4. Уплотнения гидроцилиндров, превосходят отечественные по ресурсу и надёжности в несколько раз, но уступают, универсальным уплотнениям «ШАЙД», более чем, в 100 раз, а также, уступают по технологичности.
5. Требуется, постоянное, обслуживание узлов и механизмов.
6. Грузоподъёмность ограничена, ATLAS COPCO «PREDATOR» Швеция, в 90 тонн, DEITSWELL RCR-200 Франция, в 200 тонн.
Наиболее близкие, к разработкам ШАЙД, по сборным комплексам, по принципу транспортировки (в смонтированном виде) к новому месту бурения – Precission Drilling RIGS-CHOA Канада, Oilwell-Dreco (NOV) Dreco 2000M Канада, Eurasia Drilling Company «ЕРМАК» Калининград.
Их недостатки:
1. Значительные (несколько часов), затраты времени, на подготовку и на перевозку сопутствующего оборудования.
2. Низкая проходимость (преодоление препятствий, пересечённая местность, заболоченность, снег).
3. Малая скорость передвижения, в особенности, Eurasia Drilling Company «ЕРМАК» Калининград (скорость 0,022 км/час), в 500 раз ниже, чем скорость передвижения, в смонтированном виде, комплекса ШАЙД-С-БК- ГТТ5000-300 ( скорость 10 км/час)..
Общие для всех конкурентов, (ATLAS COPCO «PREDATOR» Швеция, DEITSWELL RCR-200 Франция, ABILITI DRILLNG ADRL-2 Норвегия, DRILLMEC MR-8000 Италия, American Augers VR-500 США), недоработки:
1. Все комплексы, требуют работы операторов, для непосредственного управления.
2. Манипуляторы громоздкие, плохо согласующиеся, с работой подъёмного модуля.
3. У всех комплексов, остаются неустранённые элементы физического труда, при выполнении основных работ.
4. Монтаж-демонтаж всех комплексов, занимает много (не менее 2-х суток) времени и требует больших затрат ручного труда.
5. Все комплексы, требуют, при монтаже-демонтаже, применения грузоподъёмной техники.
6. Для всех комплексов, требуются, тщательно подготовленные площадки и специальные материалоёмкие аппарели.
7. Все комплексы, оснащены массивными буровыми основаниями.
8. Все комплексы, имеют, те или иные, негабаритные конструкции.
9. Все комплексы, имеют в своём составе, большегрузные блоки и модули, сильно ограничивающие проходимость, в условиях бездорожья.
10. Все комплексы, имеют ограничения, при транспортировке по дорогам общего назначения.
11. Все комплексы, имеют ограничения, в использовании, по климатическим и погодным условиям.
12. Не предусмотрено, бурение скважин с наклонным устьем (за исключением Precission Drilling RIGS-CHOA Канада, Oilwell-Dreco (NOV) Dreco 2000M Канада).
13. Не предусмотрено, бурение параллельных стволов, за исключением Oilwell – Dreco (NOV) Dreco 2000M Канада.
14. Общая для всех, несовершенность, передачи и трансформации механической энергии.
15. На фоне, высококачесвенных комплектующих, слабая проработка гидросистемы.
16. Применение дизельных установок, уступающих, по характеристикам газотурбинным.
17. Все комплексы, имеют открытую, сообщающуюся с внешней средой, систему очистки бурового раствора.
18. Ни один из комплексов, не может быть, приспособлен для работы под водой в ближайшие 10-20 лет.
Преимущества зарубежных.
1. Преимущества, в системе инвестирования. Система инвестирования, за рубежом, гибкая, нацеленная на немедленное внедрение новшеств.
2. Тщательное, высокого качества, исполнение изделий на зарубежных предприятиях.
3. Развитая система сервисных услуг.
Совремённые факторы, влияющие на развитие буровой техники.
Главные факторы:
• Выработка всех, удобных для разработки, месторождений мира.
• Развитие добычи, высоковязких и сланцевых углеводородов.
• Постоянно растущее, мировое потребление, углеводородов.
Из этих главных факторов проистекают основные факторы:
• Разработка, все более, глубоких месторождений, от 2000 м до 8000 м.
• Из-за выработки, всех удобных месторождений, приходится, вести разработку, во всё более, сложных геологических условиях (низкая отдача пласта, слабосцементированные породы, высокое поглощение пород, бурение в вечной мерзлоте, породы высокой твёрдости на больших глубинах, высокие горные и пластовые давления).
• Усложнение и многообразие технологий бурения.
• Повсеместное применение горизонтального бурения, в пластах, всё большей протяжённости. Длина, одного горизонтального ствола, от 1000 м, с нарастанием, до 10000 м и более.
• Растущие темпы разработки месторождений, диктуют постоянное наращивание производительности и энергетической мощи буровой техники.
• Техническая и технологическая сложность процессов, требуют высококвалифицированного персонала, нехватка в котором, выражается трудностями и медленным освоением, сложной техники и технологий, существенными затратами, на оплату труда.
• Бурение в труднодоступных и удалённых районах, тундра, глубокий снег, болота, обширные водные преграды, разбитые дороги и, вообще, отсутствие дорог, расстояния в тысячи километров.
• Широкая география буровых работ, обуславливает, разные климатические и погодные условия эксплуатации, сухой и жаркий климат, с температурой до +50 °С, арктический климат, с температурой до – 50 °С, влажные тропический и субтропический климат, пылевые бури в условиях степей и пустынь, осеннее ненастье зон с умеренным климатом, районы с устойчивыми сильными ветрами, с буранами, с частыми вихрями, смерчами и торнадо, штормовые зоны, ураганы.
• Возрастание экологических требований, в связи, с участившимися техногенными катастрофами и авариями.
• Постоянно растущие затраты, на бурение и эксплуатацию, делают разработку, некоторых месторождений маловыгодной.
• Всё большее, смещение в сторону, освоения шельфовых месторождений.
• Военная и террористическая безопасность, объектов нефтегазовых месторождений.
Влияние совремённых факторов.
Все удобные для разработки, месторождения в мире, уже, почти, выработаны.
В доступных месторождениях углеводородов, остались трудноизвлекаемые и неизвлекаемые, на настоящий момент, запасы. Месторождения, с легкоизвлекаемыми запасами, расположены в удалённых и труднодоступных местах.
Это, диктует применение, всё более, новых технологий бурения, более мощной и производительной буровой техники, быстрой и оперативной доставки техники, топлива, материалов и людских ресурсов.
Разработка глубоких месторождений и бурение горизонтальных стволов, требуют буровой техники, все более, высокой грузоподъёмности.
Например, для бурения вертикальной скважины, в 3000...5000 м, требуется, буровая установка, минимум, в 180...200 тонн. Создать мобильную установку, в традиционном вышко-лебёдочном исполнении, весьма проблематично, т.к. при массе установки, в 60...80 тонн, поместить её, даже на мощное, многоосное шасси, довольно сложно.
Установка получается, очень больших, транспортных габаритов:
ширина (свыше 3 м) – из-за лебёдки,
высота (свыше 4,5) м и длина (свыше 25 м) – из-за мачты.
Большие габариты и масса, также, низкая скорость (60...70 км/час), вызывают ограничения, при транспортировке своим ходом, по дорогам общего пользования.
Большая нагрузка на оси, неповоротливость, из-за больших габаритов ,делают транспортировку, в условиях бездорожья, практически невозможной.
К тому же, такая буровая установка, допускает транспортировку железнодорожным транспортом, только, со снятой мачтой.
А транспортировка авиацией, вообще, может выполняться, только, отдельными узлами.
Суда же, для транспортировки «мобильных буровых комплексов», достигающих, вместе с циркуляционной системой, массы 300...500 тонн, должны иметь, для транспортировки только одного комплекса, водоизмещение минимум в 1000 тонн, а при размещении на палубе, такого груза, для обеспечении остойчивости судна, необходимо, намного большее водоизмещение.
И это проблемы, которые возникают уже только при бурении в 3000...5000 метров!
При бурении, на глубины до 8000 м и горизонтальном стволе свыше 1000 м, нужна грузоподъёмность, 500 тонн и выше.
К примеру, на установке «ЯСТРЕБ», проект Сахалин-1, была пробурена скважина, общей протяжённостью 11134 метра, глубиной забоя 2600 метров и отходом по горизонтали 10088 метров.
А это, при традиционном подходе конструирования, могут быть, только стационарные или кустовые установки, о мобильных установках, здесь, речи быть не может.
Количество транспортных единиц, в таком комплексе, составляет от 10 до 26 штук. И это, без учёта вахтового городка, который, в удалённых районах, в условиях всесезонного бездорожья, включает в себя, ещё и базу производственного обслуживания.
Т.е. количество транспортных единиц, увеличивается в несколько раз и общий вес комплекса, может достигать свыше 1000 тонн. Вес, некоторых блоков и модулей, традиционных буровых установок и комплексов, достигает нескольких десятков тонн, что создаёт трудности, при перевозке в условиях бездорожья средней полосы.
В условиях же, Сибири и Крайнего Севера, перевозка к месту бурения, таких установок, становится крайне проблематичной. Зачастую, при транспортировке, необходимо преодолевать, в тёплое время года, тундровые болота, озёра и реки, в зимнее же время года, им на смену, приходит глубокий (до 2 метров) снег и, ограничение или отсутствие видимости, во время снегопада, метели, пурги и бурана.
Транспортировка по воздуху возможна, только, вертолётами Ми-26, которых, после «демократических» реформ, осталось в стране, единицы. Но взять они, могут грузы, массой, не более 18 тонн, более тяжёлые блоки и модули, перед транспортировкой, приходится разбирать, а затем, снова собирать на месте.
Поэтому, применение вертолётов, не всегда целесообразно.
Применение, средств на воздушной подушке, возможно лишь, на ровной местности, в условиях пересеченной местности и перемежающихся болот, холмов и оврагов, применение таких средств — невозможно.
В условиях пересечённой местности, с заболоченными низинами, водными преградами и крутыми склонами, возможна транспортировка, только, средствами, имеющих запас плавучести, способными преодолевать, заболоченные места и подъёмы.
Т.к. такие средства для транспортировки буровой техники отсутствуют, то возникает необходимость, строить дороги и переправы.
Строительство дорог и переправ, в условиях тундры и тайги, необычайно сложное и дорогостоящее дело. А, в виду, больших расстояний и малой загруженности, окупаемость дорог — ничтожна.
Условия Крайнего Севера и Арктики, ненастье и бездорожье умеренной полосы, далеко не единственные бедствия буровиков.
Конкуренция на мировом рынке, предполагает и широкую географию ведения буровых работ. А это значит, что для успешной конкуренции, буровая техника, должна надёжно работать в любых климатических и погодных условиях.
Примером непредусмотрительности, является продукция передовых мировых производителей.
Их гидравлика, с трудом работает, в условиях жаркого климата и, вообще, отказывает, в условиях российского заполярья. Вся логистика, рассчитана, на условия развитой транспортной сети, что, даже в условиях нашего ненастья, в умеренной широте, является большой проблемой, не говоря, о необъятных просторах и бездорожьи, Сибири, Крайнего Севера и Арктики.
Попросту говоря, вся зарубежная техника, отказывается работать в наших условиях, а её транспортировка, вообще, оборачивается головной болью, для логистов. По этим же причинам, сервисные услуги, зарубежных производителей, в российских условиях, резко подскакивают в цене, а иногда, их осуществление становится невыполнимым.
...
...
Монтаж традиционных установок, на месте бурения, занимает две недели, минимум – одну, причём, непременно, требуется применение спецтехники. Всё это и выше сказанное, сказывается на сроках и себестоимости строительства скважин, требует значительных трудовых ресурсов.
В традиционных, стационарных и мобильных буровых комплексах, применяется блочно-модульная компоновка.
На базе стационарных, получили развитие эшелонные установки, способные, целиком перемещаться, при помощи буксировки мощными тракторами, в пределах одного куста, по направляющим.
Предпринимаются попытки, перемещать эшелонные установки, при помощи шагающих гидравлических опор (установка «ЕРМАК»).
В последнее время, появились, так называемые, сборные (по классификации автора – унитарные) буровые установки, которые целиком монтируются на мощную раму и могут, с одного места бурения, к другому, транспортируюся, в целом виде, без разборки.
В качестве опорно-движущего механизма, в них используется колёсная база карьерных самосвалов и они могут передвигаться, по разрабатываемому месторождению, со скоростью до 6...8 км/час, на значительные (до 100 км и более) расстояния.
Но для них, требуется дорожное покрытие, шириной около 10...12 метров, с высокой (0,5...1 МПа) несущей способностью.
...
...
Ключевые моменты влияния факторов.
• Возрастающие требования по грузоподъёмности.
Разработка глубоких месторождений и бурение горизонтальных стволов, требуют, применения ремонтной техники, с грузоподъёмностью 80...200 тонн, буровой техники – грузоподъёмностью 180...500 тонн и выше.
• Тупиковая ситуация, с традиционными подходами в конструировании. Необходимы новые решения по вышко-лебёдочным системам и скорейший переход на гидравлические траверсные системы, а также на безвышечные системы.
• Сложность и многообразие транспортировки. Должна иметься возможность транспортировки любыми видами транспорта без разборки. Составные части (модули) комплекса должны иметь габариты и массу, обеспечивающие удобную транспортировку.
• Растущие требования по проходимости. Необходима транспортная техника, способная преодолевать водные преграды, заболоченные места, крутые подъёмы, глубокий снег.
• Сложность организации сервиса в условиях больших расстояний и бездорожья, при сложных погодных условиях. Сервис должен быть организован так, чтобы его осуществление ни при каких условия не вызывало трудностей.
• Разнообразие климатических и погодных условий. При жёсткой конкуренции с лучшими мировыми производителями необходимо предусматривать работу техники при любых условиях. Все системы должны быть оснащены термокондиционированием, противостоять морозу и жаре, надёжно противостоять пыли, влаге и грязи, не терять работоспособности при сильных ливнях, пыльных бурях, снежных метелях, не терять устойчивости при пурге и урагане.
...
...
Требования к буровой технике, проистекающие из анализа ключевых моментов влияния совремённых факторов.
...
...
Выводы:
• В будущем неизбежной потребностью всего человечества будет разработка богатств Мирового Океана, потому, что только он сможет удовлетворить все потребности человечества.
• Бурение со дна морей и океанов даёт возможность достигать больших глубин проникновения в земную кору, за счёт исключения веса той части колонны, которая необходима для преодоления толщи воды при бурении с поверхности моря. Т.к. земная кора под океанским дном тоньше материковой и имеет более высокий температурный градиент, то проведение геологоразведочных работ с морского дна создаёт новые возможности в открытии природных ресурсов, ранее недостижимых и неизвестных.
• Совремённая мировая буровая техника сильно отстаёт от требований, выдвигаемых временем, а отечественная – ещё в большей мере. Необходимо пересмотреть все концепции, касающиеся технологий, самой техники и способов её применения. В условиях вхождения Росси в ВТО, только с техникой и технологиями, уровнем выше мирового, возможно занять на мировом рынке достойное, лидирующее положение.
• В противном случае, отечественное машиностроение в течение нескольких лет будет подавлено зарубежными производителями, и экономика России неизбежно будет переходить под контроль зарубежного капитала. Вторая угроза, которая проистекает из первой, это экономический захват контроля над нашими ресурсами. Всё это влечёт угрозу безопасности нашего государства и может повлечь в последующем полную потерю независимости, что и является главной задачей мирового капитала на настоящий момент.
• Отрыв в технике и технологиях при разработках новых месторождений, только – он явится последним барьером России от притязаний мирового капитала. Именно этот отрыв даст толчок экономике других отраслей, повысит экономическую и военную мощь нашего Отечества.
Тенденции развития буровой техники
Построение заключений автора касательно тенденций развития буровой техники осуществлено на основе предвидений развития буровых технологий, опоры на собственные знания, неизвестные из совремённого уровня.
В связи с тем, что современные буровые комплексы становятся все сложнее и сложнее и с тем, что предстоит использовать их при подводной, подлёдной и глубоководной эксплуатации, необходимо менять подходы в их проектировании, технологиях и организации их производства. Так, как подводная среда по экстремальности схожа с космической, то и подходы должны быть также «космические». Т.е. реальность такова, что буровые комплексы по сложности и безопасности неизбежно приближаются к космическим системам. Разница лишь в том, что буровые комплексы, в отличие от космических, являются высокорентабельными в изготовлении и эксплуатации. В недалёком прошлом, несколько лет назад, для многих высококомпетентных специалистов ещё не было полной ясности, как далее будет развиваться буровая техника. С настоящего момента можно с уверенностью сказать, что путь развития буровой техники известен. Развитие буровой техники идёт в сторону высокомобильных автономных автоматических (безлюдных) буровых комплексов, оснащённых системами искусственного интеллекта. Появление буровых комплексов с системами искусственного интеллекта (СИИ) возможно к 2015...2020 годам, все технологии, необходимые для этого, человечество уже имеет, в том числе и выращивание связей между элементами искусственного мозга (ЭИМ). Работа буровых комплексов будет возможна в любых, самых экстремальных условиях, даже на дне Марианской впадины.
...
...
Табл. 1. Критический анализ традиционных МБК
Перечень критериев оценки. Анализ существующих МБК Оценка Рекомендации по новым МБК
Эксплуатационные критерии.
1. Маневренность Низка по причине большого радиуса поворота из-за длиннобазового многоосного шасси большой грузоподъемности, а также больших габаритов. Неуд. Необходимо шасси с радиусом поворота не более 15 м. с управляемыми передними и задними колесами. Дорожный просвет – 0,5...0,6 метра. Радиус поворота – 10...12 метров. Наличие бесступенчатого регулирования.
2. Проходимость Недостаточна, т.к. большинство шасси перегружено громоздким и зачастую (из-за сложностей с компоновкой) несбалансированным относительно центра тяжести оборудованием. К тому же, из-за ограничения по высоте в транспортном положении, в виду громоздкости мачты, из соображений экономии высоты выбираются низкие шасси с малым диаметром колес, с недостаточным просветом. А также, большинство шасси имеют только передние управляемые колеса, из-за чего на поворотах создается дополнительное сопротивление по вязкому грунту. Неуд. Для удовлетворительной проходимости нужно многоосное полноприводное шасси с управляемыми передними и задними колесами. Дорожный просвет – не менее 0,5 метра.
3. Скорость передвижения Недостаточна, т.к. применяются, в основном, шасси повышенной проходимости и большой грузоподъемности, которые спроектированы на небольшую максимальную скорость. К тому же, на дорогах общего пользования, по соображениям безопасности, ПДД накладывают ограничения на транспортные средства, имеющие превышения по высоте, ширине, длине, радиусу поворота, по высоте центра тяжести. И на внутрипромысловых дорогах и в условиях бездорожья, те же причины, а также ограничения проходимости, вынуждают к снижению скорости. Неуд. До 80...85 км/час по шоссе, габариты не более 3,0х4.5х16м.
4. Габариты Велики. Постоянно растущие требования потребителей диктуют запредельные размеры мачт, конструкция которых давно себя исчерпала, а также, громоздкость прочего оборудования создает сложность при компоновке МБУ. Неуд. Шасси должно быть спроектировано под конкретную модель МБУ, с учетом определенной конструкции мачты, с учетом компоновки принятых узлов и агрегатов, габариты не более 3,0х4.5х16м.
5. Масса Велика, по причинам, указанным в п.2.1.4. Неуд. Нужно отказаться от применения громоздких и маломощных приводов, узлов и агрегатов, от малозначащих и нерациональных элементов конструкций. Масса модуля должна быть не более 18 тонн.
6. Грузоподъемность Ограничена пунктами с 2.1.1 по 2.1.5, а также ненадежностью конструкции мачты по причине большого количества элементов отказов, а также несовершенной схеме нагружения. При увеличении грузоподъёмности возникает «эффект слона», т. е. прямая геометрическая зависимость массы от грузоподъемности. Неуд. Запас грузоподъемности должен быть достаточен для ликвидации осложнений при бурении глубоких скважин.
7. Скороподъемность Мала, по причине несовершенного ступенчатого редуктора лебедки, неполного использования мощности привода, что снижает производительность. Неуд. Средняя скорость подъема колонны труб должна составлять 2-3 м/сек. Малая скорость подъема существенно удлиняет цикл работ по бурению.
8. Полнота использования мощности привода Низка, из-за несовершенной, разветвленной многозвенной ступенчатой механической трансмиссии, которая имеет динамические провалы в кинематике, а также из-за наличия не регулируемых, плохо соответствующих по параметрам гидроприводов, из-за наличия ненадёжных и имеющих низкий к.п.д. пневмоприводов. Неуд. Привод должен быть единообразным и иметь бесступенчатое регулирование для обеспечения максимально возможной для заданного груза скорости подъема, также для более эффективного использования мощности с учетом наличия различных механизмов и агрегатов.
9. Безопасность На пределе. Много опасных моментов при монтаже-демонтаже:
-нахождение людей вблизи установки в момент монтажа-демонтажа;
-переноска и установка вручную металлических элементов вспомогательных конструкций и оборудования;
Опасные моменты возникают и при производстве основных работ:
-нахождение людей в близи устья скважины под грузом;
-нахождение людей в близи открытых движущихся и вращающихся частей механизмов;
-нахождение людей в близи сосудов высокого давления;
-загазованность при газо-нефтепроявлениях скважин;
-такелажные работы;
-плохо защищенные от механических повреждений элементы эл.оборудования;
-работа на высоте. Неуд. Любые устройства, включая и устройства шасси должны быть исполнены во взрывобезопасном и электробезопасном исполнении.
Все процессы должны быть максимально возможно механизированы и автоматизированы, чтобы исключить присутствие человека в опасных зонах.
Должна быть эффективна защита от шума работающего двигателя и достаточное глушение шума выхлопных газов.
Освещение должно выполняться галлогеновыми либо криптоновыми светильниками. Они наиболее надежны и экономичны, имеются во взрывозащищенном исполнении.
10. Надежность (безотказность) Не достаточна. Трансмиссия- громоздкая, многозвенная, разветвленная, механическая, имеющая слабые места из-за технологического несовершенства изготовления. К тому же, многозвенность обуславливает множество элементов отказа.
Лебедка - громоздкая, устаревшей конструкции. Фрикционный тормоз, ступенчатый механический редуктор, электро-пневматическое управление. Отказ может быть:
-по электрооборудованию;
-по пневмосистеме;
-по редуктору;
-по тормозу .
Мачта – громоздкая, фермовой, конструкции вековой давности, имеет множество элементов отказа и потому даже при незначительном превышении допустимой нагрузки велика вероятность разрушения, что требует больших коэфф-тов запаса прочности.
• Из-за громоздкости мачты, при ее приведении в вертикальное состояние, возникают большие нагрузки в механизме подъема.
• Нет синхронизации в механизме подъема мачты.
• При выдвижении верхней секции возникают значительные нагрузки (рывки) из-за нестабильных размеров поперечного сечения мачты, и для снижения вероятности заклинивания приходится принимать увеличенные зазоры между телескопическими секциями, что увеличивает взаимное искривление осей секций, вызывает неравномерные напряжения в конструкции и существенно снижает ее несущую способность.
• Имеется вероятность повреждения гидроцилиндра выдвижения верхней секции талевым блоком.
• Ненадежно срабатывание упоров, фиксирующих положение верхней секции.
• В момент нагружения наклонной мачты весом поднимаемой или спускаемой колонны труб возникает качание вершины мачты, а неравномерное натяжение оттяжек вызывает кручение мачты. В результате таких качаний и кручений возникают неравномерные циклические нагрузки в силовой конструкции и появляются усталостные напряжения. К тому же, качание мачты вызывает рывки на анкеры оттяжек, вынуждает поперечные колебания находящейся в подвешенном состоянии колонны труб, посредством которой прилагаются нежелательные нагрузки на устьевое оборудование, что может вызвать поломку этого оборудования.
Гидропривод – громоздкий, маломощный, нерегулируемый.
Насосы, в основном, аксиальные и шестеренчатые, с малой удельной мощностью.
Гидродвигатели – аксиальные, с недостаточным крутящим моментом, требуют применения редукторов, нерегулируемые.
Гидроцилиндры – слабое место, это манжетные уплотнения штоков и поршней. В виду несовершенной конструкции уплотнений, материалов со слабыми физическими свойствами, из которых изготовлены эти уплотнения, химическая стойкость и стойкость на износ исключительно малы, ограничены рабочие давления, велики требования к поверхностям, с которыми уплотнения сопрягаются, высоки требования к чистоте и химическому составу рабочей жидкости.
Управление гидроприводом осуществляется путем дросселирования между напорной и холостой ветвью гидросистемы, что вызывает непроизводительные потери и нежелательные нагрузки на гидросистему (скачки давления, вибрацию).
Пневмопривод – наряду с мягкостью (упругостью) и быстродействием имеет малую удельную мощность, низкий к.п.д., высокий уровень шума. Велика вероятность утечек воздуха через малейшие неровности. В зимнее время часты отказы от примерзания клапанов, кранов управления, золотников.
Итак, наличие нескольких видов приводов (механического, гидравлического, пневматического, электропневматического, электрического) на одной МБУ резко снижает надежность, в виду того, что каждый из них имеет свою систему управления и регулирования. Неуд. Двигательная установка должна быть сдвоенной, т.е. состоять из двух двигателей. Это уменьшит вероятность полного отказа привода и позволит шире варьировать требуемую мощность.
Нужно отказаться от ненадежных и устаревших устройств и механизмов.
Привод должен быть единым, с бесступенчатым регулированием. Таким условиям лучше всего отвечает гидропривод. Пластинчатые гидронасосы и гидродвигатели обладают длительным ресурсом, устойчиво работают в любых климатических условиях, надежны и удобны в работе, просты в изготовлении и ремонте, не требуют постоянного обслуживания и дешевы в эксплуатации.
Ресурс работы и надежность гидроцилиндров можно увеличить за счет изменения конструкции уплотнения в десятки, а то и в сотни раз.
Имеется, также, возможность создания беспротечного гидроцилиндра.
11. Доступность обслуживания и ремонта Из-за неприспособленности шасси, громоздкости узлов и агрегатов, наличия нескольких видов приводов и исполнительных механизмов, наличия разновидных коммуникаций. Компоновка всего этого хозяйства на МБУ становится хаотичной, и поэтому, даже без учета доступности обслуживания и ремонта, обслуживающему персоналу приходится делать ненужную работу по демонтажу-монтажу узлов и агрегатов, которые исправны, но препятствуют доступу к другим узлам и агрегатам. Неуд. Применение новых устройств, механизмов и агрегатов позволит сделать более рациональную компоновку, намного упростится ремонт, а обслуживание, в некоторых случаях, вообще не понадобится.
12. Степень автоматизации и механизации -велика доля ручного труда при монтаже-демонтаже МБУ;
-требуется внимание и личное мастерство персонала при установке МБУ;
-велика доля ручного труда при подготовительных работах, на устье скважины при основных работах, требуется работа верхового;
-требуется мастерство и опыт для управления агрегатами и механизмами при основных работах;
Налицо лишь частичная механизация и отсутствие автоматизации. Неуд. Возможна полная автоматизация всех процессов, за исключением управления в транспортном положении. При наличии бортового компьютера и достаточно полной телеметрии всех параметров процессов требуется лишь свести воедино около пяти десятков операций и составить несколько программ.
Ввод данных по технологическому заданию может производиться через пульт управления посредством диска, по радиосвязи или по сотовой связи. Внедрение полной автоматизации сулит большие выгоды для потребителей. Это:
-сокращение численности персонала:
-исключение человеческого фактора при производстве работ;
-существенное снижение угрозы здоровью и жизни человека;
-снижение затрат на доставку и санитарно-бытовое обеспечение персонала;
-ритмичная, четко планируемая работа производства;
-сокращение циклов работ.
При таких выгодах потребитель будет готов заплатить любую цену.
На первом этапе, в процессе освоения новых моделей МБУ, достаточно частичной автоматизации, при которой персонал будет освобожден от опасного и тяжелого труда, а функции персонала сведутся к обслуживанию и дистанционному управлению МБК.
13. Полнота телеметрического контроля параметров Полное отсутствие какой-либо телеметрии отечественного производства.
На всех установках, как зарубежных, так и отечественного производства лидирует Халибуртон и Шлюмбергер. Неуд. Необходимо полное телеметрирование всех параметров всех процессов. Полнота информации о ходе процессов существенно влияет на качество и время бурения, на стоимость скважины. При неполном объеме телеметрии затруднена автоматизация. В настоящее время есть множество производителей, готовых в любое время поставить всевозможные виды телеметрической продукции. Нужно лишь выбрать то, что подходит для поставленных целей.
14. Простота управления агрегатами и оборудованием При отсутствии телеметрии, элементов автоматизации, отсутствии обратной связи на органах управления, разнообразии этих органов (причем некоторые из них требуют физической силы) о какой-либо простоте говорить не приходится. Выполнение этих функций требует навыков, большого опыта и редкого мастерства. Неуд. Простота управления достигается простотой управляемых устройств и четкой взаимосвязью всех звеньев управления, в результате комплексного подхода в процессе проектирования.
При частичной автоматизации управление будет заключаться лишь в подаче команды с пульта управления на выполнение той или иной операции, либо включении - выключении тех или иных устройств.
При полной автоматизации понадобится только наблюдение за правильной работой МБК, а при соответствующей доработке надобность в наблюдении за управлением МБК отпадет.
15. Продолжительность монтажа Длительна. Монтаж-демонтаж сложен. Большое количество операций, в строгой последовательности, без элементов автоматики, при большой доле ручного труда требуют больших затрат времени. Требуется частая приостановка операций для оценки обстановки и принятия решений. Много лишней работы по установке малозначащих элементов вспомогательных конструкций Неуд. При большом количестве звеньев, которые нужно составить в одно целое, каждое звено должно быть спроектировано таким образом, чтобы внешние признаки были такими же, как и у других звеньев. Это значительно упростит монтаж МБК, т.к. наличие однотипных операций будет способствовать выработке навыков и наработке автоматизма в действиях персонала, что положительно скажется на скорости монтажа. Сложное звено, не поддающееся унификации внешних признаков в силу своей сложности (таковым и является МБУ), должно быть спроектировано таким образом, чтобы монтаж не требовал логических и физических усилий. Монтаж должен быть, как можно полно автоматизирован и не должен занимать более 30 – 50 минут. По предложенной конструкции МБУ монтаж выполняется в полуавтоматическом режиме, путем трансформации, под управлением оператора с пульта.
16. Трудоемкость работ Трудоемкость работ на всех этапах эксплуатации высока. Начиная с обслуживания и ремонта, монтажа, вспомогательных работ и кончая основными работами, везде доля ручного труда велика и велики затраты времени. Отсутствует комплексный подход в решении механизации и автоматизации процессов, в упрощении конструкции МБУ, без ущерба требованиям по удобству и производительности. Неуд. Существенного снижения трудоемкости при эксплуатации можно добиться только все той же автоматизацией. В предложенной конструкции МБУ и концепции всего МБК предусмотрена полная автоматизация всех процессов.
17. Универсальность применения Узкоспециальное применение в узком интервале грузоподъемности. Применение в других интервалах грузоподъемности резко снижает эффективность. Затраты времени и труда, материальных ресурсов стают несоизмеримо велики по сравнению с результатами такого применения. Мал запас грузоподъемности, что вынуждает перед началом работ тщательно взвешивать возможность применения той или иной МБУ. Применение их разбито на основные группы:
-разведочное бурение;
-эксплуатационное бурение;
-забуривание вторых стволов;
-освоение скважин;
-подземный и капитальный ремонт скважин.
По каждой группе своя грузоподъемность и оснащение. Неуд. МБК должен позволять бурение любых скважин, при любых технологиях.
Применение МБУ должно быть целесообразно не только для бурения, но и для освоения и ремонта скважин, а также при применении в других отраслях.
18. Диапазон технологических возможностей Так же, как и по п.2.1.17, по технологическим признакам МБУ разбиты на те же группы в силу своей грузоподъемности и оснащения.
Существующие МБК не могут работать в широком диапазоне глубин. Не могут быстро менять способы бурения в зависимости от смены геологической обстановки по причине ограниченной специализацией грузоподъёмности. А геологическая обстановка в скважине меняется неоднократно и тем в большей степени, чем больше глубина скважины. В зависимости от геологических факторов может понадобиться бурение:
-тяжелыми растворами
-легкими растворами;
-с дифференцированным давлением;
-на депрессии;
-сжатым воздухом;
-пенами;
-роторное;
-забойным двигателем;
-гидромониторное;
-виброударное;
Возможны разные виды осложнений, которые требуют оперативного вмешательства, а для этого нужно отражение всех параметров бурения в реальном времени. Неуд. Прямая зависимость от универсальности, оснащенности, продвинутости МБК. Имеется ряд решений, которые позволят существенно расширить технологические возможности МБК.
19. Требования к монтажной площадке Требования высокие.
Производится выравнивание площадки по горизонтали, подсыпка. Для снижения удельной нагрузки на грунт устанавливается аппарель под силовые опоры. На грунтах с малой несущей способностью изымается слой грунта и укладывается слой гравия или щебня с последующим уплотнением, что сказывается на стоимости скважины. Неуд. Высокие требования к площадке под монтаж МБУ могут привести к значительным тратам на подготовку поверхности. МБУ должна иметь достаточную площадь опор, чтобы удельное давление на грунт при максимальных нагрузках не превышало 1,5...2,0 кгс/см;, длина хода аутригеров должна составлять не менее 1000 мм., чтобы позволять монтаж МБУ на уклонах 1:20 и при средней высоте профиля неровностей грунта – 0,5 метра.
Проектные критерии
Метаморфность конструкции (способность к изменению форм, разновидности, способность к модернизации, развитию) Фермовые конструкции плохо работают при одновременном кручении и изгибе. Из-за сварных соединений плохо переносят циклические нагрузки. Громоздкие пространственные размеры, большая трудоемкость и сложность изготовления сильно ограничивают возможности выбора форм. Сложность конструкции затрудняет выбор схем нагружения. Требуется тщательный выбор шасси по условиям грузоподъёмности. Неуд. Наличие большого количества форм расширяет возможность приспособления под любые условия.
Монотрубная силовая конструкция предполагает разнообразные формы мачт:
-одноколонная;
-двухколонная;
-трехколонная;
-четырехколонная;
-наклонная;
-прямая;
-П – образная;
-А – образная;
-пирамидальная;
-с талевой системой;
-траверсная;
-бесталевая гидравлическая;
-бесталевая механическая.
Наличие мощного вращающего оборудования позволит применять:
-бурение колонной труб через силовой вертлюг;
-бурение колонной труб через ведущую трубу механическим ключом – ротором;
-бурение забойным двигателем через жидкость;
-бурение забойным двигателем через воздух или пены.
Простота проектирования Велика трудоемкость проектирования. Большое количество элементов мачты требует много расчетов и прорисовок. Каждое новое изделие – это новые расчеты, прорисовки, перевыбор сортамента. Нет типовых компоновок МБУ, велика разнотипность узлов и агрегатов, большое количество разнообразных приводов, разных шасси. Неуд. Применение единого регулируемого гидропривода избавляет от проектирования большого количества разнотипных узлов и деталей, упрощает распределение мощности привода между различными исполнительными механизмами. Наличие новых устройств, механизмов и агрегатов с высокими и гибкими характеристиками, их малые габариты и масса даст широкие возможности в выборе компоновочных схем. Все новые устройства, механизмы и агрегаты отличаются от существующих простотой устройства, количество составных частей в них в десятки раз меньше, чем в существующих.
Объем документации Большое количество чертежей и много расчетов по мачте, то же по компоновке, по узлам и агрегатам, по приводам и т.д. Неуд. В силу простоты проектирования п.6.2.2. объем документации в несколько раз меньше, чем при проектировании существующих МБК.
Адаптация (способность к внедрению) Не смотря на привычное восприятие потребителей и изготовителей устоявшихся схем МБУ, даже незначительные изменения в них вызывают недоверие, т.к. не дают ощутимых преимуществ. Исчерпанные возможности существующих традиционных вышко-лебёдочных МБУ создают противоречия между потребителем, проектировщиком и изготовителем. Потребитель хочет новых качеств в привычной схеме МБУ, проектировщик, в угоду потребителю, ограниченный рамками устоявшейся схемы, меняет параметры и компоновку, изготовитель несет дополнительные издержки. В результате этого цена на МБУ возрастает, но потребитель ощутимых преимуществ не получает. А крайним в цепи между заказчиком и изготовителем оказывается проектировщик. Выход из этой ситуации один – создание МБУ с принципиально новыми качествами. Неуд. При кажущейся трудности психологического восприятия новых решений, простота конструкции, высокие характеристики, удобство эксплуатации позволят быстро убедить как изготовителя, так и потребителя в преимуществе новых МБК.
Унифицируемость (выделение рационального количества однотипных форм) На начальном этапе внедрения существующей схемы МБУ, т.е. полвека назад, когда требования к количеству выполняемых функций были меньшими, было меньше интервалов грузоподъемности, количества разнотипных узлов и агрегатов – МБУ хорошо поддавались унификации. Было выделено несколько групп узлов, агрегатов, приводов, шасси и мачт, которые хорошо сочетались по грузоподъемности и выполняемым функциям. В настоящее время этот баланс нарушен, с одной стороны, все возрастающими требованиями, и с другой, исчерпанными возможностями старой схемы МБУ. Неуд. Единый регулируемый гидропривод изначально подразумевает унификацию. Устройства, механизмы и агрегаты с высокими, гибкими характеристиками позволяют выделить три – четыре типоразмера, способных перекрыть широкий диапазон потребностей.
Несколько типоразмеров труб при новой силовой конструкции дадут возможность, применяя различные формы мачт, отвечать любым функциональным надобностям.
Патентуемость Любое патентование по существующим схемам МБУ даёт ничтожный результат. За прошедшие полвека в сушествующую схему было внесено столько малозначащих изменений, что любое, даже хоть сколько-нибудь значащее изменение, существенного улучшения качеств не принесет, т.к. без особых трудностей может быть обойдено конкурирующей стороной и потому патентование теряет всякий смысл. Неуд. Запатентовать – не значит получить преимущество.
Не имеющий чистоты патент всегда можно оспорить в суде.
Патентная чистота подразумевает признаки, которые невозможно воспроизвести, не зная секрета. Каждый из новых устройств, механизмов и агрегатов, предлагаемых для МБК, имеет по несколько таких секретов, и потому они имеют неоспоримые преимущества в патентовании.
Заводские критерии
Материалоемкость Массивная многоэлементная конструкция мачты, большой расход электродов и прочих вспомогательных материалов и инструмента. Массивная лебедка. Массивная трансмиссия. Большое количество вспомогательных металлических конструкций. Неуд. В существующих видах продукции все возможности снижения материалоемкости исчерпаны. Снижения материалоемкости можно добиться кардинальным изменением свойств выпускаемой продукции, т.е. меньшие размеры при более высоких характеристиках. Таких изменений можно добиться только созданием принципиально новых видов продукции.
Именно это и предлагается в новом МБК:
-компактный привод;
-компактный подъёмник;
-компактные устройства, механизмы и агрегаты.
В новом МБК отсутствуют малофункциональные элементы, характерные для МБУ, выпускаемых в настоящее время.
Технологичность Единичное производство или серии небольшими партиями. Огромное количество деталей и узлов, как покупных, так и приобретаемых.
Сложная индивидуальная ручная сборка. Постоянные изменения в компоновке, в конструкции, в комплектации. Чрезвычайно большая номенклатура деталей и узлов требует большого разнообразия инструмента и оснастки. Наличие на МБУ разных по принципу и устройству узлов и агрегатов (механических, гидравлических, пневматических, электротехнических) требует большого количества специалистов широкого профиля. Неуд. Добиться технологичности продукции, созданной по «второму закону папуаса» сложно.
Именно такой продукцией являются существующие МБУ. Большое количество деталей, различных по размерам, форме, по составу материалов сильно усложняет подготовку производства. Технологичность продукции закладывается не на стадии проектирования, а еще на уровне идеи, создания новой продукции.
Как правило, изделия, более эффективные в плане функционирования, более эффективны в технологичности изготовления.
Предложенный МБК прост и дешев в изготовлении.
Контроль качества Контроль качества очень затруднен и сложен по тем же причинам, что и в п. 2.3.2.. Неуд. Существующие МБК требуют значительных затрат на контроль качества. Причины сложностей же, что и в предыдущем пункте.
Предложенный МБК, в силу простоты составных частей, в сотни раз упростит контроль качества.
Цикл изготовления Необходима длительная подготовка производства из-за большого кол-ва узлов, агрегатов и устройств разного принципа действия и способов изготовления, при разветвленной ручной сборке и изготовлении большого кол-ва деталей, при частом изменении параметров, при большом кол-ве покупных изделий. Все это – большие затраты времени и труда. И потому, даже при сетевом планировании, цикл длителен, а при сбое сетевого графика возможно катастрофическое, в несколько раз, удлинение цикла. Неуд. Простота конструкции, малое количество составных элементов, простой формы детали, доступные материалы, малая трудоемкость, дадут возможность сократить цикл изготовления МБК в несколько раз, по сравнению с существующими.
Номенклатура деталей и узлов Неоправданно велика по причине устаревших узлов и агрегатов, многообразия приводов, множества элементов как силовых, так и вспомогательных конструкций, имеющих большое, неподдающееся осмыслению, кол-во размеров, параметров и характеристик. Неуд. При способности предложенного МБК к унификации и в силу простоты конструкции, номенклатуру узлов и деталей удастся снизить в десятки раз.
Перенастраиваемость при изменении параметров Перестраиваемость усложняется теми же причинами, что и в предыдущих пунктах. Неуд. При всем предполагаемом разнообразии форм (метаморфности) предлагаемого МБК, простота составных элементов и способность к унификации, позволят без особых потрясений перейти на производство новых МБК, а также быстро и дешево осваивать их новые модификации.
Трудоемкость Велика. В силу единичности изделий, большого кол-ва и разнообразия узлов и деталей, большого кол-ва ручных операций на сборке, слабой технологической оснащенности. Неуд. По сравнению с существующими МБК, трудоемкость вновь предложенных МБК будет в десятки раз меньше.
Себестоимость Высока, по причине низкой производительности, из-за единичного производства, широкой номенклатуры узлов и деталей, большой доли ручного труда, сложной сборки, высокой материалоемкости, из-за дороговизны покупных изделий. Неуд. В силу выше изложенных факторов, себестоимость новых видов МБК (без учета стоимости шасси) будет ниже в несколько раз, по сравнению с выпускаемыми в настоящее время.
Проблемы
Проблемы отрасли буровых установок в России.
В условиях растущего мирового потребления нефтепродуктов, несмотря на мировой кризис, и продолжения кризисных явлений в отечественной экономике, перед Россией стоит задача по наращиванию темпов добычи углеводородного сырья и ввода новых месторождений.
В связи с этим необходимо обновлять изношенный до предела парк техники для бурения и ремонта скважин, заменяя его новой, соответствующей совремённым требованиям, техникой. Отечественное машиностроение, разваленное реформами, эту задачу выполнить не может из-за отсталости производства и отставания по уровню разработок.
На импортную технику у слабой экономики России нет средств. К тому же, импортная техника дорогостояща и не подходит к отечественным условиям.
В бурении и ремонте скважин, по разным оценкам, занято около 300...600 тыс. человек (около 100...200 тыс. – непосредственно в бурении и ремонте, остальные – логистика и управление). Это наиболее социально активная часть российского народа, т.е. самые смышлёные, физически здоровые, трудолюбивые и добросовестные люди, которых так не хватает другим отраслям промышленности.
Последнее десятилетие интенсивно развивается, в связи с новыми технологиями, добыча сланцевых углеводородов, которые в мире распространены почти повсеместно. Но, новые технологии тормозятся устаревшей техникой.
Все производители, как отечественные, так и зарубежные пользуются устаревшими концепциями, которые в основном схожи и потому, вся продукция в основном тоже схожа, разница лишь в шасси, системах управления, сервисе и качестве изготовления. Причем, эта разница явно в пользу зарубежных производителей и, если бы они имели такие же дешёвые ресурсы, как отечественные производители, то давно бы заполнили своей продукцией российский рынок. Спасает лишь то, что отечественных производителей и их продукцию защищают барьеры и преференции, которых с 27.08.2012 уже нет, в связи со вступлением России в ВТО.
За рубежом (наиболее передовые – Норвегия, Швеция, Германия, Франция, Италия, США, Канада) активно ведутся НИОКР в поисках новых решений и концепций (реечные, с толкающей цепью, с тянущей цепью, траверсные канатные и траверсные цепные, консольные гидравлические или электрические подъёмники), что уже принесло определённые успехи, но коренного перелома это не дало.
По механизации работ на устье и подаче-удалинии труб последние 20 лет среди иностранных производителей наиболее продвинулась National Oilwell Varco (NOV). Её продукцию в том или ином количестве используют в своих буровых комплексах почти все передовые разработчики.
По талевым же подъёмникам (вышко-лебёдочным) отечественного производства, ситуация за последние 30 лет никоим образом не изменилась и предпосылок к переменам не предвидится. Вузовская наука предлагает разработки на уровне «кружка юных техников», как, впрочем, и промышленные разработки. Причина кроется в подготовке специалистов, которые в образовании получили старую школу, что является бедой как опытных специалистов, так и получающих совремённое образование, так как сама школа в ВУЗах долгие годы (десятилетия) не меняется. Та же ситуация за рубежом, разница – лишь в дисциплинированности специалистов!
Практически отсутствуют подобные разработки и по линии инноваций и инвестиций (конкурсы, технопарки). Инвесторы, которые ринулись на рынок инноваций спасать свои дешевеющие капиталы – довольно разношёрстная толпа, но нацеленная на один поведенческий шаблон - IT. Наряду со здравомыслящими финансистами сплошь и радом – либо пуганые вороны, которые пустого куста боятся, либо некомпетентные профаны (специалисты с узким кругозором), копирующие действия других, либо откровенные мошенники, ловящие рыбу в мутной воде! В Росси до сих пор нет единого реестра добросовестных инвесторов, нет чётко работающей и бесплатной государственной экспертизы инновационных проектов, нет внятного закона об инвестициях и инновациях, отсутствует надлежащее стимулирование эффективных разработчиков и производителей. Полная «м...дернизация»!
Проблемы потребителей.
В настоящее время в нефтегазовой отрасли эксплуатируются в массе морально устаревшие установки и комплексы вышко-лебёдочного типа, маломеханизированные, трудно поддающиеся автоматизации и роботизации, обладающие большой массой и габаритами, имеющими низкую грузоподъёмность на единицу собственной массы (удельная грузоподъёмность ;20 кН/тн).
Модернизация этих установок и комплексов дорогостояща и мало результативна.
Мобильные установки на шасси представляют, в подавляющем большинстве, ряд из грузоподъёмностей 100, 125, 160, 200, и очень редко 250 тонн.
Мобильные установки грузоподъёмностью 160, 200, 250 тонн в основном иностранного производства. Иностранная техника плохо подходит для наших условий, капризна в эксплуатации, требует частого и дорогостоящего сервисного обслуживания, которое создаёт у потребителей иллюзию надёжности.
В итоге потребитель несёт неоправданно высокие издержки и поэтому, отечественные установки в эксплуатации оказываются экономически эффективнее иностранных.
Мобильные установки грузоподъёмностью свыше 160 тонн отечественного производства (УРАЛМАШ, ВЗБТ) представляют собой блочно-модульные установки, т.е. являются «условно мобильными», т.к. транспортировка блоков и модулей требует специальной погрузочной техники и специального транспорта по причине больших габаритов и массы. К тому же погрузка-разгрузка и монтаж-демонтаж поглощают большую долю ручного труда и занимают значительное время (от 2-х суток до 1,5...2 недели).
Значительную группу установок грузоподъёмностью от 200 тонн и выше представляют стационарные и кустовые буровые установки.
В работе всё больше применение находят буровые комплексы, включающие в себя системы СПО (системы спуско-подъёмных операций) и системы ЦРА (системы циркуляции рабочего агента), которые, в свою очередь, состоят из модулей и блоков. Системы СПО состоят, в основном, из установки вышечно-лебёдочного типа, энергетического блока и вспомогательных сооружений. Почти все они оснащаются верхними приводами, механизмами свинчивания труб и прочими средствами механизации, что, однако, не исключает применения ручного труда при СПО в значительном количестве, а процесс бурения требует постоянного управления на устье.
Системы ЦРА предназначены для приготовления и поддержания качества рабочего агента (бурового раствора, воздуха и пен), состоят из качающего, бустерного и компрессорного оборудования, оборудования по дегазации, очистке и приготовлению рабочего агента, оборудования дренажа скважины, которые также не избавлены от ручного труда и требуют в процессе работы постоянного участия персонала. Также системы ЦРА в последнее время оснащаются оборудованием для высокоэкологичного способа утилизации отходов путём закачки в поглощающий пласт.
Всё это комплектуется из изделий разных производителей, отечественных и зарубежных и плохо интегрируется между собой.
Используемые буровые комплексы имеют множество недостатков, создающих проблемы.
Проблемы, связанные с персоналом:
1. Большое влияние человеческого фактора на безаварийность работы. Зачастую именно он является причинной аварий и техногенных катастроф, влекущих значительные финансовые убытки и непоправимый экологический ущерб.
2. Необходимость качественной профессиональной подготовки персонала.
3. В отдалённых, труднодоступных районах необходимо организовать доставку персонала, питание и отдых на месте работы.
4. Нередки несчастные случаи, связанные с производством (единичные, групповые, смертельные).
Проблемы, связанные с техникой:
1. Используемые буровые комплексы состоят из негабаритных, тяжелых модулей и блоков, что сильно затрудняет их транспортировку.
2. Требуется применение специальной техники при монтаже бурового комплекса и большие затраты ручного труда.
3. Большая длительность монтажа бурового комплекса (от 2 суток до двух недель).
4. Крайне низка проходимость при транспортировке своим ходом в условиях бездорожья из-за очень большой массы (вес вышчно-лебёдочного подъёмника только мобильных установок составляет около 100 тонн).
5. Большое количество разнообразных, громоздких приводов и передач (коробки, редукторы, валы, карданные, ремённые, цепные передачи, гидро- электро- и пневмоприводы), требующих постоянного внимания, обслуживания и часто выходящих из строя.
6. Сложность, а некоторых случаях невозможность интеграции с автоматизированными системами и новым оборудованием.
7. Невысокая точность проходки из-за слабой телеметрии, ошибки в проводке скважины составляют десятки метров, а в случаях большой протяжённости скважин - сотен метров. Ошибки в проводке скважины удорожают стоимость эксплуатации, промысла в целом, на 10...30%, что соответственно, влечёт санкции к исполнителю работ.
8. Слабо развитая система телеметрии не отражает в полной степени обстановки внутри скважины, взаимодействия внутрискважинного и наземного оборудования.
9. Невозможность управления в реальном времени процессом бурения с удалённого расстояния из-за отсутствия общей системы автоматизированного управления буровым комплексом (АСУ ТП).
10. Неудовлетворительная производительность из-за невозможности оказания дополнительного давления на забой, ограниченной грузоподъёмности, ограниченной производительности и гибкости системы очистки и приготовления рабочего агента, ограниченной производительности и гибкости нагнетающего оборудования, ограниченная мощность и гибкость приводов и энергетической установки.
11. Торможение применения новых технологий бурения из-за отставания техники. Зачастую потребитель вынужден нести дополнительные траты на модернизацию техники, чтобы внедрить новые технологии.
12. Неудовлетворительная надёжность и долговечность (частые отказы, срок эксплуатации не более 10...20 лет).
13. Неудовлетворительное сервисное обслуживание, большую часть ремонтов и обслуживания потребитель должен выполнять сам, содержа специальные службы.
14. Неудовлетворительная экологичность, влекущая санкции госорганов в процессе эксплуатации.
Проблемы производителей.
Отсутствие прорывных разработок, в связи с упором на вышко-лебёдочную систему, с ошибочным мнением, что только фермовая конструкция имеет наибольшую грузоподъёмность и жёсткость, что только талевая система с лебёдкой имеет наивысшие удельную грузоподъёмность и скорость, что только механические приводы, имеют большую надёжность и к.п.д., что только дизель имеет лучшие комплексные характеристики. А основная причина – в ошибочности того, что выбор, справедливый для одного времени, справедлив и для другого. Отставание от технического прогресса чревато отставанием от конкурентов.
Сложность, длительность проектирования и изготовления вызвана следующими причинами:
• Применяемая фермовая конструкция мачты имеет десятки групп различных элементов и большое количество сварочных швов. Тех затрат материалов, времени и труда, что уходит на проектирование и изготовление фермовой мачты, с лихвой хватило бы на целую автоматическую систему спуско-подъёмных операций на основе гидравлического траверсного подъёмника.
• Лебёдка представляет собой сложный и громоздкий узел, плохо поддающийся автоматизации.
• Применение различных приводов собственного изготовления и наличие мачты с чрезмерно большим количеством элементов в несколько раз увеличивает трудоёмкость и длительность проектирования и изготовления, увеличивает материалоёмкость.
• Немаловажная причина ограниченного выбора конструкторов – слабая оснащённость производства и отсталость технологий и, вытекающее отсюда, низкое качество разработок.
• Поршневые двигатели, в частности, дизели – громоздки и массивны, имеют меньшую удельную мощность по сравнению с газотурбинными установками, уступают им по всем характеристикам.
Несмотря на то, что появились новые, гидравлические модели буровых систем, тем не менее, проблема не решается, т. к. их уровень недостаточно высок для тех задач, которые возникают перед потребителями. Конструкция существующих буровых систем препятствует автоматизации процессов и применению новых технологий.
Слабые технические решения сплошь и рядом влекут увеличение сроков проектирования и изготовления, увеличенную материалоёмкость, сложность технологии, что сказывается на увеличении себестоимости, низкой рентабельности. Эти же причины влекут высокую стоимость буровых комплексов и их низкую конкурентоспособность.
Отсутствует единая школа применительно всех типов буровых систем. Необходима новая школа и новая концепция буровых систем, которая соответствует совремённым требованиям и технологиям. Новая школа может быть создана только в рамках заново созданной отрасли. Нужна новая классификация буровых систем.
Выводы
У буровых комплексов, построенных на традиционной вышко-лебёдочной системе, нет никаких перспектив на дальнейшее развитие и применение в новых условиях.
В конструкцию мачты и прочих силовых элементов, в трансмиссию и приводы, в систему управления и сбора информации заложены изначально отсталые решения, влекущие низкую технологичность, выражающуюся в большой трудоёмкости и материалоёмкости, длительности цикла проектирования и изготовления, нестабильности качества в силу человеческого фактора. Выпускаемая в настоящее время продукция имеет крайне низкие потребительские свойства и не может иметь высокой рентабельности в силу невозможности повышения цены.
Производимые в настоящее время существующие МБК безнадежно отстали от современных требований по всем показателям. Попытки переломить ситуацию предпринимаются всеми производителями подобной продукции.
Успешным окажется тот, кто раньше начнет производство принципиально новых видов изделий.
При появлении у конкурирующих производителей принципиально новых МБУ производство существующих моделей приведет к краху.
Такую проблему можно решить, только кардинально, обладая сильными техническими находками и комплексными техническими решениями.
Вышко-лебёдочную систему можно реанимировать и заставить её эффективно работать ещё 5-10 лет, сделать её высокорентабельной – решения для этого есть.
Заключение.
• В новых, предлагаемых МБК заложен большой потенциал для последующего развития. Создание автоматических МБК даст колоссальный отрыв от конкурентов, а новые возможности оборудования обеспечат прорыв в технологиях бурения на десятки лет.
• Производство новых МБК не потребует почти никакой перестройки производства. Даже при быстро возрастающем спросе на такую продукцию, затраты на расширение производства быстро возместятся.
Предлагаемое решение
Применение комплексов «ШАЙД» полностью решит все проблемы потребителей, стоящие на текущий момент и даже опередит все их пожелания. Комплексы «ШАЙД» совершенно новый продукт. Опережение мирового технического уровня – 20...30 лет.
Комплексы «ШАЙД» является моделями 6-го поколения буровой техники, полностью роботизированным (1-е поколение – деревянные вышки с ручным приводом, 2-е поколение – разборные вышки с механическим приводом, 3-е поколение – эшелонные комплексы со средствами механизации, 4-е поколение – мобильные буровые комплексы на собственном шасси, 5-е поколение – полуавтоматические комплексы с верхним приводом и примитивными манипуляторами, 6-е поколение – роботизированный мобильный буровой комплекс и, далее, будет следовать уже 7-е поколение – безвышечный буровой комплекс-робот).
...
...
Отличительные особенности комплексов от конкурирующих:
1. Полная автоматизация выполняемых работ (роботизация). Оснащёние развитой телекоммуникационной системой, интегрированной с АСУ ТП. Способность в реальном времени, одновременно с процессом проходки:
• вести исследования пород и вскрываемых пластов,
• производить анализ обстановки внутри скважины и анализ работы наземного оборудования,
• проводить мониторинг технического состояния узлов и агрегатов всего комплекса.
2. Комплексы оснащаются «черными ящиками».
3. Способность к управлению с удалённого (несколько тысяч километров) расстояния, например с офиса центральной инженерно-технологической службы (провайзерской).
4. Приспособленность для работ в любых широтах, в любом климате, при любых погодных условиях:
• +50 и –50 °С,
• солёная вода, дождь, грязь,
• пыльная буря, снежная буря,
• шторм, ураганный ветер до 50 м/сек.
5. Имеют оригинальные климат системы:
• утепления,
• обогрева-охлаждения,
• систему предпусковой подготовки.
6. Высокая степень защиты экологии (исключение какого-либо отрицательного воздействия на окружающую среду):
• Система циркуляции полностью герметична и исключён контакт рабочего агента с окружающей средой, за счёт применения принципиально новых средств очистки рабочего агента и достаточного объёма герметичных ёмкостей.
• Комплект уникального устьевого оборудования исключает утечки при выполнении операций на устье скважины и препятствует загрязнению около устьевого пространства.
• Энергетические установки малошумны и имеют низкую вредность выхлопа.
• Все коммуникации, по которым могут транспортироваться вредные для окружающей среды вещества, выполнены в надёжной защите и оснащены оригинальными быстро стыкуемыми соединениями, исключающими в момент стыковки-расстыковки малейшую утечку.
7. Комплексы «ШАЙД» могут быть оснащены системой обезвреживания отходов бурения либо системой закачки отходов в поглощающий пласт (опции).
8. Разработан уникальный, компактный, быстро устанавливаемый блок автоматического противовыбросового оборудования, устанавливающийся «в четверть оборота», приспособленный для работ по всем известным технологиям, а также по новым, неизвестным из совремённого уровня техники, в частности, по технологии «две стандартных бурильных трубы – две стандартных обсадных».
9. Полная безопасность (исключение человеческого фактора и высокая надёжность конструкции).
10. Способность работать во взрывоопасной, загазованной среде. Газотурбиные установки защищены на входе пламягасящими сетками и на выходе – вихревыми искрогасителями. Все электрические кабели, как силовые, так и низковольтные (малого тока) имеют надёжную защиту и оснащены оригинальными быстро стыкуемыми соединениями, исключающими искрение и контакт с окружающей средой, короткое замыкание и образование дуги в присутствии солёной воды при стыковке-расстыковке.
11. Применение в энергетических установках вместо дизельных двигателей более надёжных и экономичных, с более гибкими характеристиками, газотурбинных двигателей ГТД-1250, могущих без применения фильтров работать в условиях сильной запылённости, позволяющих получить при меньшей массе большую мощность, при возможности использования любых видов топлива (керосина, дизтоплива, бензина, газоконденсата, газа) – получать менее вредные выхлопы.
12. Применение для передачи механической энергии системы единого гидропривода ШАЙД-СЕГ, увеличивающей:
• гибкость управления всеми механизмами комплекса,
• гибкость передачи и трансформации энергии,
• максимально эффективное использование мощности «по потребности».
ШАЙД-СЕГ обладает высокой живучестью (способностью работать в случае отказов какой-либо части элементов системы) за счёт дублирующих ветвей СЕГ. Стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации СЕГ ниже, чем применяющихся в настоящее время систем гидравлики, за счёт более простого устройства и меньшего количества составляющих частей.
Гидропривод ШАЙД-СЕГ прекрасно интегрируется с системой АСУ ТП.
13. Все движущиеся соединения деталей и узлов (за исключением приобретаемых изделий) надёжно защищены от абразивного износа, имеют сверхтвёрдые покрытия, металлофторопластовые опоры, не требуют смазки и способны к работе в агрессивной среде.
14. Выполнение всего известного набора совремённых способов и технологий, применяемых при бурении, строительстве и ремонте скважин.
15. Имеют уникальные системы спуско-подъёмных операций, с чётко согласованным действием всех механизмов и устройств, полностью исключающих присутствие человека вблизи устья скважины.
16. Способность бурить скважины, как с вертикальным, так и наклонным (до 45°) устьем.
17. Способность бурить скважины двумя параллельными стволами (геотермические скважины, термические способы добычи).
18. Имеют уникальное высокопроизводительное оборудование для подготовки и поддержания качества рабочего агента (раствор, воздух, пены), автоматизируемое и гибкое в управлении.
19. Оснащённость уникальными внутрискважинными оборудованием и инструментом, обладающими высокими характеристиками, обеспечивающими точную навигацию проводки ствола скважины, управляемыми через надёжно работающую телеметрию.
20. Комплексы имеют в 3...5 раз меньшую массу в сравнении с лучшими мировыми образцами, предназначенными для выполнения каких-либо аналогичных работ.
21. Не требуют при транспортировке, монтаже-демонтаже применения грузоподъёмной техники.
22. Все модули комплексов не превышают по габаритам 2600х3500х10000 мм и по массе 18000 кг.
23. Технологические модули – трансформируемые (в развёрнутом виде имеют площади и объём в два раза большие, чем в транспортном виде).
24. Допускают транспортировку модулей любым видом транспорта:
• автомобильным,
• железнодорожным,
• судоходным,
• транспортной авиацией, включая Ми-26 (при внешней подвеске).
25. Допускают транспортировку модулей своим ходом (на модулевозах) без каких-либо ограничений по любым видам дорог.
26. Имеют высокую проходимость, способены преодолевать водные преграды вплавь.
27. Имеют запас хода с одной заправки 5000-8000 км (в зависимости от дорожных условий).
28. Способность, при повторном следовании по маршруту, к беспилотной транспортировке в режиме автопилотирования с использованием системы «ГЛОНАС» или «ДЖИ-ПИ-ЭС».
29. Единственные комплексы в мире, которые приспосабливаются для работы в подводном (глубоководном и сверхглубоководном) положении (на глубинах от 100 и до 12 00 м).
Внедрение комплексов «ШАЙД» на рынок бурового оборудования окажет на экономику России ощутимое положительное влияние.
Кооперация в проекте многих производителей подстегнёт разработку и производство новых продуктов, связанных:
• с автоматизированными системами управления и средствами телемеханики (телекоммуникациями),
• с программными обеспечениями и электронными системами, со средствами навигации и связи,
• с двигательными и энергетическими установками,
• с автомобильным и другими видами транспорта,
• с технологиями и техникой для бурения.
Разработки, применённые в проекте «ШАЙД» имеют двойное назначение и могут быть применимы в оборонных целях. Дальнейшее развитие комплексов «ШАЙД» в виде подводных (глубоководных) буровых комплексов позволит в короткие сроки начать экономически высокоэффективную добычу полезных ископаемых на дне морей и океанов и станет первой фазой заселения Мирового океана людьми. Комплексы «ШАЙД» будут основой создания новой суперотрасли, которая превзойдёт по масштабам (вместе взятые) атомную, космическую и энергетическую отрасли, суперотрасли, которая обеспечит России экономическое, военное могущество и процветание на многие десятилетия, а то и столетия.
Уникальные технические решения, во множестве положенные в основу проекта «ШАЙД», позволят с лихвой компенсировать инвестиционные просчёты и просчёты в организации производства.
Примечание: В настоящее время и последующие 20...30 лет подобных проектов никто в мире предоставить не в состоянии.
Классификация буровых комплексов марки «ШАЙД»
Буровые комплексы марки «ШАЙД» делятся на пять групп:
1-я группа. По транспортировке.
2-я группа. По назначению.
3-я группа. По среде применения.
4-я группа. По системе СПО.
5-я группа. По грузоподъёмности.
По транспортировке делятся на три типа:
1. Р – разборные, транспортируются модулями своим ходом и на модулевозах, а также любыми видами транспорта. В обозначении не указывается.
2. С – сборные, транспортируются модулями только на модулевозах или на любом виде транспорта. Так же, могут передвигаться сами, как единое целое в смонтированном (собранном) виде. Могут транспортироваться по территории района бурения на новое место со средней скоростью около 10...12 км/час.
3. У – унитарные, предназначенные для транспортировки в пределах месторождении (месторождений) на место бурения только в собранном виде из различных по размеру частей. От производителя (поставщика) к месторождению (месторождениям) комплексы транспортируются по частям любым видом транспорта.
По назначению – на три типа:
1. РК – ремонтные комплексы.
2. РБК – ремонтно-буровые комплексы.
3. БК – буровые комплексы
По среде применения на пять типов:
1. Н – Наземный. В обозначении не указывается.
2. ПЛ – Плавающий.
3. ПЗ – Полузатопляемый.
4. ПВ – Подводные (глубины 20м до 750 м), приспособленные для применения в водной среде, т.е. в подводном положении.
5. ГВ – Глубоководный (глубины от 1000 м до 12000 м)
По системе СПО на восемь типов:
1. ВЛ – мачтовые лебёдочные (вышко-лебёдочные)односекционные. В своём составе систему спуско-подъёмных операций ШАЙД-ССПО-ВЛ...-... на основе вышко-лебёдочного подъёмника, изначально предназначен для применения в наземной среде. Вышко-лебёдочные системы марки «ШАЙД» имеют ряд существенных отличий от традиционных, компактнее по габаритам в 2,5 раза по массе легче в 2 раза, дешевле на 30 % и по всем эксплуатационным характеристикам превосходят традиционные на 30...50 %. Комплексы на основе вышко-лебёдочных подъёмников должны предшествовать гидравлическим траверсным, по причине более привычного восприятия выщко-лебёдочных комплексов потребителями.
2. ВЛТ – мачтовые лебёдочные (вышко-лебёдочные) телескопические.
3. ГТ – гидравлические телескопические.
4. ГТТ – гидравлические телескопические траверсные. Содержат в своём составе систему спуско-подъёмных операций ШАЙД-ССПО-ГТТ...-... на основе гидравлического траверсного канатного подъёмника, который также предназначен для применения в наземной среде. Гидравлические траверсные системы марки «ШАЙД» превосходят вышко-лебёдочные системы марки «ШАЙД» на 20%, а превосходство над конкурируюшими системами передовых мировых производителей по всем показателям составляет 30% и более. Комплексы на основе гидравлических траверсных систем должны последовать за комплексами на основе вышко-лебёдочных систем, после того, как репутация марки «ШАЙД» завоюет признание потребителей.
5. ГТК – гидравлические телескопические консольные. Содержат в своём составе систему спуско-подъёмных операций ШАЙД-СПО-ГТК...-... на основе гидравлического телескопического консольного подъёмника, который предназначен для применения в наземной и в подводной среде. Гидравлические телескопические консольные системы марки «ШАЙД» превосходят вышко-лебёдочные системы марки «ШАЙД» в 3 раза, гидравлические траверсные системы марки «ШАЙД» – в 2 раза, а превосходство над конкурируюшими системами передовых мировых производителей по всем показателям составляет 5 раз и более. Комплексы на основе гидравлических телескопических консольных систем должны последовать за комплексами на основе гидравлических траверсных систем.
6. ГРК – гидравлические реечные консольные.
7. ГЦК – гидравлические цепные консольные.
8. Б – безвышечные (безмачтовые).
По грузоподъёмности на семь рядов грузоподъёмности:
1-й ряд – грузоподъёмность номиналом 100 тонн (усилие от забоя – 1 000 кН, усилие на забой – 100 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 60 тонн до 120 тонн. Назначение: Подземный и капитальный ремонт скважин глубиной от 2 000 до 4 000 м, бурение скважин глубиной до 2 500 м.
2-й ряд – грузоподъёмность номиналом 200 тонн (усилие от забоя – 2 000 кН, усилие на забой – 200 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 100 тонн до 240 тонн. Назначение: Подземный и капитальный ремонт скважин глубиной от 3 000 до 6 000 м, бурение скважин глубиной до 5 000 м.
3-й ряд – грузоподъёмность номиналом 300 тонн (усилие от забоя – 3 000 кН, усилие на забой – 300 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 200 тонн до 350 тонн, т.е. диапазон, в котором целесообразно применение этого номинала. Назначение: бурение скважин глубиной до 6 500, бурение горизонтальных каналов до 3 000 м, при глубине до 4 000 м.
4-й ряд – грузоподъёмность номиналом 500 тонн (усилие от забоя – 5 000 кН, усилие на забой – 300 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 300 тонн до 550 тонн, т.е. диапазон, в котором целесообразно применение этого номинала. Назначение: бурение скважин глубиной до 8500, бурение горизонтальных каналов до 5 000 м, при глубине до 2 000 м.
5-й ряд – грузоподъёмность номиналом 700 тонн (усилие от забоя – 7 000 кН, усилие на забой – 300 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 500 тонн до 800 тонн, т.е. диапазон, в котором целесообразно применение этого номинала. Назначение: бурение скважин глубиной до 10 000, бурение горизонтальных каналов до 8 000 м, при глубине до 2 000 м.
6-й ряд – грузоподъёмность номиналом 1000 тонн (усилие от забоя – 10 000 кН, усилие на забой – 300 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 700 тонн до 1200 тонн, т.е. диапазон, в котором целесообразно применение этого номинала. Назначение: бурение скважин глубиной до 10 000, бурение горизонтальных каналов до 10 000 м, при глубине до 2 000 м.
7-й ряд – грузоподъёмность номиналом 2000 тонн (усилие от забоя – 20 000 кН, усилие на забой – 300 кН), перекрывает весь ряд грузоподъёмности от 1000 тонн до 2200 тонн, т.е. диапазон, в котором целесообразно применение этого номинала. Назначение: бурение скважин глубиной до 10 000, бурение горизонтальных каналов свыше 15 000 м, при глубине до 4 000 м.
Табл.2. Классификация комплексов марки ШАЙД и перечень перспективных моделей
По транспорти-ровке
По назначению
По среде применения По системе СПО Ряд грузопод-ности Предлагаемые модели Кол-во моделей потен-ных Кол-во моделей реальных
Р - разборные\\ РК – ремонтные комплексы Н – Наземный ВЛ – мачтовые лебёдочные односекционные 100
ШАЙД-РК-ВЛ1000-100 1. 1.
200 ШАЙД-РК-ВЛ1750-200 2. 2.
ВЛТ – мачтовые лебёдочные телескопические 100 3.
200 4.
ГТ – гидравлические телескопические 100 5.
200 6.
ГТТ – гидравлические телескопические траверсные 100 ШАЙД-РК-ГТТ1000-100 7. 3.
200 ШАЙД-РК-ГТТ1800-200 8. 4.
ПЛ – Плавающий ВЛ – мачтовые лебёдочные односекционные 100 ШАЙД-РК-ПЛ-ВЛ1000-100 9. 5.
ВЛТ – мачтовые лебёдочные телескопические 100 10.
ГТ – гидравлические телескопические 100 11.
ГТТ – гидравлические телескопические траверсные 100 ШАЙД-РК-ПЛ-ГТТ1000-100 12. 6.
ПВ – Подводный
ВЛ – мачтовые лебёдочные односекционные 100 13.
ВЛТ – мачтовые лебёдочные телескопические 100 14.
ГТ – гидравлические телескопические 100 15.
ГТТ – гидравлические телескопические траверсные 100 ШАЙД-РК-ПВ-ГТТ1000-100 16. 7.
200 ШАЙД-РК-ПВ-ГТТ1800-200 17. 8.
300 ШАЙД-РК-ПВ-ГТТ2700-300 18. 9.
ВЛ – мачтовые лебёдочные односекционные 100 19.
ВЛТ – мачтовые лебёдочные телескопические 100 20.
ГТ – гидравлические телескопические 100 21.
ГВ – Глубоководный ГТТ – гидравлические телескопические траверсные 100 ШАЙД-РК-ГТТ1000-100 22. 10.
200 ШАЙД-РК-ГТТ1800-200 23. 11.
300 ШАЙД-РК-ГТТ2700-300 24. 12.
... ... ... ...
1000 321.
2000 322.
ГТТ – гидравлические телескопические траверсные 100 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ1000-100 323. 132.
200 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ1800-200 324. 133.
300 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ2700-300 325. 134.
500 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ5000-300 326. 135.
700 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ7000-300 327. 136.
1000 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ10000-300 328. 137.
2000 ШАЙД-С-БК-ГВ-ГТТ20000-300 329. 138.
Единый состав автоматических буровых комплексов марки «ШАЙД»
Единый состав автоматических буровых комплексов марки «ШАЙД» имеет стройный, единообразный и завершённый вид. Компановка комплексов представлена схемой: «СИСТЕМА-МОДУЛЬ-БЛОК-УЗЕЛ». Такая схема удобна в проектировании, легко читаема для разработчиков, производителей и потребителей. Эта схема хорошо описывается в регламентах и инструкциях, пригодна для стандартизации. Единый состав, единые схемы и системы позволяют добиться наивысшей унификации в комплексах марки «ШАЙД», делают возможным до 80% заимствование систем, модулей и блоков между различными моделями марки «ШАЙД, что в 2 и более раз сокращает сроки и затраты на проектирование и подготовку производства, удешевляет производство серийной продукции.
Комплексы всех моделей марки «ШАЙД» имеют системы:
1. СПО – система спуско-подъёмных операций;
2. ЦРА – система циркуляции рабочего агента;
3. СТЭ – система теплоэнергетическая;
4. СЗО – система забойного оборудования;
5. ЕСК – единая система коммуникаций;
6. СЕГ – система единого гидропривода;
7. АСУ – автоматическая система управления комплексом.
Могут в дальнейшем быть добавлены системы:
8. СНОП – система наведения и ориентации положения;
9. СНАП – система навигации и автопилотирования.
Именно такой состав автоматических буровых комплексов является оптимальным и именно такой состав сохранится на ближайшие 20...30 лет. Автору представляется, что подобный состав и строение будут иметь и другие системы, которые предстоит применять в освоении Мирового Океана. В проектировании подводных автоматических комплексов (ПАК) должен широко использоваться опыт строительства космических систем и в свою очередь, опыт строительства подводных автоматических буровых комплексов (ПАБК) в будущем может с успехом использоваться при строительстве космических систем.
Табл. 3. Состав-схема автоматических буровых комплексов марки «ШАЙД»
Система Модуль Блок Узлы и агрегаты Количество Основные параметры Назначение Примечания
Состав основных систем буровых комплексов марки «ШАЙД»
1. Система спуско-подъёмных операций вышко-лебёдочного типа
ШАЙД-СПО-ВЛ...-... *( Система спуско-подъёмных операций гидравлическая телескопическая траверсная ШАЙД-СПО-ГТТ...-...), состоит из: 1 шт. Усилие подачи вверх (2500 кН),
усилие подачи вниз (300 кН).
Габариты в плане: 25х15 м.
Масса 50 тонн. Предназначена для выполнения спуско-подъёмных операций без физического участия человека при бурении и ремонте скважин с управлением в автоматическом или ручном режиме. Минимальное число модулей с максимальной массой не более 18 тонн, транспортировка своим ходом, быстрый монтаж. Состоит из трансформируемых модулей.
1.1. Модуль подъёмный трансформируемый
ШАЙД-МПТ-ВЛ...-... *(ШАЙД-МПТ-ГТТ...-...) 1 шт. Габариты: 16000х3400х2600 мм.
Масса 29 тонн. Скорость хода по шоссе 90 км/час Объединение в быстромонтируемое, транспортируемое своим ходом, одно целое всех узлов и механизмов, участвующих в оказании усилий вверх и вниз, удержании и вращении колонны труб. Стыкуется с буровым основанием автоматически в процессе монтажа.
1.1.1. Шасси самоходное ШАЙД-ПВ30 или Камаз 1 шт. Грузоподъёмность 11 тонн.
Скорость хода по шоссе 90 км/час. Транспортировка своим ходом одним целым все составных частей модуля Не трансформируется.
1.1.2. Блок палубный трансформируемый 1 шт. Масса Объединение в одно целое устройств и механизмов, снабжающих модуль подъёмный, а также другие модули СПО, энергией.
1.1.2.1. Агрегат двигательный ГТД-1250 1 шт. Мощность 1250 квт. Масса 1400 кг. Выработка механической энергии на нужды системы СПО. Не трансформируется.
1.1.2.2. Бак топливный 1 шт. V – 6 м3 Содержание технологического запаса топлива на обеспечение сменной работы системы СПО. Не трансформируется.
1.1.2.3. Палубная площадка 1 шт. 15 м2 Размещение всех устройств и механизмов модуля. Не трансформируется.
1.1.2.4. Палубный трап 1 шт. В – 0,9 м, L – 6 м Обеспечение прохода персонала вдоль палубной площадки. Трансформируется с одновременно со всем модулем.
1.1.2.5. Лестница палубная 1 шт. В – 0,7 м, Н – 1,5 м Обеспечение прохода персонала с грунта на палубу. Трансформируется с палубным трапом.
1.1.2.6. Лестница бурового основания 1 шт. В – 0,9 м, Н – 3 м Обеспечение прохода персонала с палубы на площадку бурового основания. Трансформируется с одновременно со всем модулем.
1.1.2.7. Укрытие блока палубного 1 шт. Укрытие палубных устройств и механизмов от осадков и препятствие несанкционированного проникновения персонала в опасную зону. Открывается во время обслуживания палубных механизмов.
1.1.2.8. Механизм установки мачты 1 шт. Грузоподъёмность – 15 тонн Приведение мачты из транспортного положения в рабочее и установка на буровое основание. Работает во время трансформации всего модуля.
1.1.3. Блок насосный СЕГ 1 шт Объединение устройств участвующих в преобразовании механической энергии двигательной установки в гидравлическую. Размещается рядом с ГТУ на палубной площадке, входит в состав СЕГ.
1.1.3.1. Насос аксиально-поршневой регулируемый 4 шт 480 кВт; 48 МПа; 180 кг. Преобразование механической энергии в гидравлическую.
1.1.3.2. Устройство автоматического регулирования мощности по потребности 1 шт Регулирование мощности двигательной установки, давления и производительности в соответствии с потребностями каждого из механизмов системы СПО.
1.1.3.3. Компенсатор пульсации 1 шт 60 МПа Сглаживание пульсации на выходе из насосного блока.
1.1.4. Блок кондиционирования рабочего агента СЕГ 1 шт 50 л/сек Приведение параметров рабочего агента (масла)в соответствие с показателями, гарантирующими безотказную работу гидравлических устройств в согласно заявленного ресурса.
1.1.4.1. Теплообменник (радиатор) 1 шт. 250 кВт; 50 л/сек. Охлаждение рабочего агента.
1.1.4.2. Сепаратор 1 шт. 50 л/сек, тонкость 25 мкм. Очистка масла от посторонних включений в плотных инерционных полях.
1.1.4.3. Блок фильтров тонкой очистки 1 шт. 10 л/сек,тонкость 5 мкм. Очистка рабочего агента прохождением через фильтрующую оболочку.
1.1.4.4. Автоматический стравливатель воздуха 1 шт. 50 МПа Стравливание из гидросистемы воздуха под давлением в местах скапливания.
1.1.4.5. Сепаратор влаги 1 шт. 50 МПа Отделение в плотных инерционных полях влаги от рабочего агента. ...
1.1.4.6. Отстойник влаги 1 шт. 10 л Отделение под собственным весом влаги от рабочего агента и накопление её для последующего удаления ...
1.1.4.7. Автоматический удалитель влаги 50 МПа Удаление влаги из отстойника под давлением. Размещается в отстойнике.
1.1.4.8. Бак маслянный 1 шт. 1 м; Обеспечивает необходимый запас рабочего агента. Размещается на палубе.
1.1.5. Блок автоматического управления исполнительными механизмами СЕГ 1 шт. Обеспечивает управление исполнительными механизмами по командам АСУ ТП Находится на исполнительном механизме.
1.1.5.1. Микропроцессор 1 шт. Обрабатывает команды АСУ ТП и передаёт сигналы на управляющее электрическое устройство.
1.1.5.2. Управляющее электрическое устройство 1 шт. Принимает сигналы с управляющего электрического устройства и управляет золотниками и кранами управляющего гидравлического устройства.
1.1.5.3. Управляющее гидравлическое устройство 1 шт. Управляет исполнительным механизмом.
1.1.6. Подъёмник вышко-лебёдочный *(Подъёмник гидравлический телескопический траверсный) 1 шт. Предназначен для создания усилий вверх и вниз вдоль оси устья скважины, для удержания на весу колонны труб.
...
Технический уровень комплексов «ШАЙД»
Опережение мирового уровня в целом – 20...30 лет.
В производстве комплексов «ШАЙД» широкое применение будут иметь элементы безлюдных технологий, в частности, при изготовлении крупных конструкций сварка будет выполняться при помощи автоматических сварочных манипуляторов. Применение безлюдных технологий позволит снизить себестоимость и повысить качество продукции. Это будет достигаться за счёт исключения человеческого фактора.
Технологические усовершенствования изготовления комплексов «ШАЙД» (ноу-хау)
1. Сварка - автоматическая, в обычных режимах для конструкций такого рода, с применением автоматических сварочных манипуляторов.
2. Для устранения деформаций от сварки, обработка внутренних поверхностей гильз силовых гидроцилиндров проводится после приварки направляющих под ролики траверсы и термической обработки, снимающей внутренние напряжения.
3. Замена хонингования специальной обработкой резанием (с помощью специального инструмента заменяет черновую, чистовую, финишную обработки и хонингование).
4. Электрохимическая обработка сверхтвёрдых покрытий.
5. Электрохимическая финишная обработка поверхностей легкодеформирующихся деталей и сложных профилей сечения.
6. Ультразвуковое выглаживание зеркала гильз и штоков гидроцилиндров.
7. Резка жидкостями при сверхвысоких (100...1000 МПа) давлениях.
8. Изготовление уплотнений гидроцилиндра штамповкой и на термопластавтоматах.
9. Изготовление гильз из композиционного материала методом навивки и роликовой сварки.
10. Изготовление многоканавочных канатных шкивов из сортамента сваркой с последующей мех. обработкой.
11. Термообработка поверхностей широкополосным излучением (10 Мвт/см2) при помощи лучевого концентратора и Горна Рурсков.
12. Нанесение защитных покрытий напылением.
13. Нанесение сверхпрочных покрытий электро-искровым методом. Нанесение на оси фторопластовых опор сверхпрочных покрытий позволит в процессе эксплуатации полностью отказаться от смазки.
14. Изготовление высокоточных заготовок под токарную обработку методом горячего профильного цилиндрического вальцевания, что позволит получить детали повышенной прочности и снизит материалоёмкость, многократно сократит цикл изготовления.
15. Внутренние поверхности трубопроводов, подвергающихся абразивному износу, гуммируются, радиусы угловых переходов (колен) рассчитываются на предмет центростремительных ускорений.
16. Внутренняя поверхность ёмкостей циркуляционной системы гуммируется.
17. Все системы комплекса, заполненные замерзающими жидкостями и растворами, предназначенные для эксплуатации в холодных и арктических условиях, имеют утепление вспененным полимером.
18. Закрытые для обслуживания полости ответственных конструкций заполняются наполнителем, препятствующим коррозии.
Табл. 4. Основные объекты интеллектуальной собственности (ИС),
решающие проблемы автоматизации процессов бурения.
(Незапатентованные, имеющие защиту в депозитариях на специализированных сайтах по защите интеллектуальной собственности.
Каждый из объектов содержит несколько «ноу-хау»).
№ п/п Объект ИС Решённые проблемы Примечания
Общего назначения
1. Система стабилизации положения блоков и модулей.
Автоматически выравнивает в процессе монтажа модули по горизонтали и по высоте относительно друг друга. Применимо в других отраслях.
2. Концентричная колонна из бурильных и обсадных труб (для технологии «специальная обсадная и специальная бурильная труба – вместе»). Трубы оснащены специальными замками, обеспечивающими концентричность бурильной трубы в обсадной, предотвращающими осевое смещение бурильной трубы относительно обсадной в процессе подачи их из магазина на устье, не препятствующими раздельному заворачиванию бурильной и обсадной труб, не препятствующими отдельному вращению буровой и обсадной колонн, не препятствующими выемке буровой колонны из обсадной. Бурение коаксиальной колонной применимо при разбуривании вечной мерзлоты, слабо сцементированных пород, при прохождении участков скважин с высоким поглощением рабочего агента.
3. Резьбовое безмуфтовое соединение мгновенной стыковки труб для обсадных колонн и магистральных трубопроводов. Позволяет производить мгновенную герметичную стыковку труб. Для сокращения времени на соединение труб между собой и в случаях невозможности или трудности сварки.
Применимо в других отраслях.
4. Механизм установки и крепления обсадных колонн в устье. Позволят быстро производить фиксацию устья колонны в обвязке скважины с надёжной герметизацией от заколонного пространства. Для сокращения времени и автоматизации установки обвязки скважины
5. Модулевоз-монтажник. Специальное транспортное средство, предназначенное для транспортировки унифицированных модулей комплексов «ШАЙД» и монтажа их на месте без применения грузоподъёмных механизмов, а также для транспортировки труб в кассетах и без. Для сокращения времени и автоматизации монтажа комплекса на месте бурения. Применим в других отраслях как контейнеровоз и штабелевоз.
6. Система охлаждения и утилизации тепла. Система транспортировки и обмена теплом между различными механизмами и устройствами комплекса, а также для сброса в окружающую среду. Предназначена для теплового кондиционирования без дополнительных затрат энергии.
7. Способ теплоизолирующего крепления наружной колонны в условиях вечной мерзлоты. Предотвращение оттаивания мерзлоты, окружающей скважину, в процессе бурения и при последующей эксплуатации скважины. Предназначен для работ в онах вечной мерзлоты и ледников.
8. Конструкция несмазываемых подшипниковых опор. Обеспечение долговременной безотказной и устойчивой работы различных устройств комплекса при любых неблагоприятных условиях Применимо в других отраслях.
9. Силовой волновой шток. Обеспечивает точное линейное позиционирование при любых скоростях и усилиях. Хорошая совместимость с автоматизированными системами управления, также с аналоговым и масштабным ручным управлением. Применимо в других отраслях.
10. Волной высокомоментный вращатель точного позиционирования. Обеспечивает точное угловое позиционирование при любых скоростях и усилиях. Хорошая совместимость с автоматизированными системами управления, также с аналоговым и масштабным ручным управлением. Применимо в других отраслях.
Система единого гидропривода
11. Механизм автоматического стравливания воздуха (автостравливатель). Предназначен для установки в различных местах гидросистемы для удаления скоплений воздуха. Применимо в других отраслях.
12. Механизм автоматического слива жидкости (автослив) Предназначен дл автоматического слива воды из отстойника масляного или топливного баков. Применимо в других отраслях.
13. Быстростыкуемое соединение. Предназначено для предотвращения утечек при автоматической стыковке элементов гидросистемы под давлением и для предотвращения попадания посторонних предметов и веществ в гидросистему. Применимо в других отраслях.
14. Система предпусковой подготовки. Предотвращение порывов в гидросистеме в момент пуска исполнительных механизмов из-за загустевания жидкости гидросистемы, а также для ликвидации ледяных пробок. Применимо в других отраслях.
15. Агрегат очистки жидкости. Поддержание параметров чистоты жидкости гидросистемы, обеспечивающих длительную и безаварийную работу гидравлических узлов и механизмов . Применимо в других отраслях
16. Гидронасос аксиально кольцевой регулируемый Преобразование и трансформация механической энергии газотурбинных двигателей в гидравлическую с гибким управлением PV-параметров Применимо в других отраслях.
17. Гидравлический волновой генератор (фазогенератор). Формирование фазовых импульсов гидросистеме, обеспечивающих управление и работу волновых гидравлическихустройств. Применимо в других отраслях.
18. Гидравлический волновой вращающий двигатель. Обеспечивает точное угловое позиционирование при любых скоростях и усилиях. Хорошая совместимость с автоматизированными системами управления, также с аналоговым и масштабным ручным управлением. Применимо в других отраслях.
19. Гидравлический волновой линейный двигатель. Обеспечивает точное линейное позиционирование при любых скоростях и усилиях. Хорошая совместимость с автоматизированными системами управления, также с аналоговым и масштабным ручным управлением. Применимо в других отраслях.
20. Дифференциал давления. Предназначен для поддержания на заданном участке в заданном значении, независимо от колебаний расхода и давления на питающем участке. Применимо в других отраслях.
21. Дифференциал потоков. Распределяет мощность между потоками. Применимо в других отраслях.
22. Мультипликатор Трансформирует (редуцирует) мощность. Применимо в других отраслях.
23. Синхронизатор. Синхронизирует мощность в двух потоках. Применимо в других отраслях.
24. Теплообменник Бойля. Обеспечивает теплообмен между встречными потоками с высоким, 85-95%, к.п.д., технологичен в изготовлении, бысторомонтируем. Применимо в других отраслях.
Подъёмный модуль
25. Силовая конструкция траверсной секции и секции гидроцилиндров. Обеспечивает заданную жёсткость при осевой нагрузке и при кручении.
26. Механизм установки коммуникаций траверсной секции. Обеспечивает полную изоляцию в момент стыковки- расстыковки.
27. Уплотнения поршня и штока. Обеспечивают герметичность пары «поршень-цилиндр», компенсируют отклонения формы , дефекты поверхности и износ в пределах 2-5% от диаметра. Применимо в других отраслях.
28. Быстросменяемый поршень гидроцилиндра. Предназначен для быстрой (5-10 минут) замены при неудовлетворительной работе уплотнений. Применимо в других отраслях.
29. Конструкция блоков канатных шкивов. Обеспечивает минимально возможную материалоёмкость, минимальную трудоёмкость изготовления и сборки.
30. Устройство крепления и выравнивания нагрузки струн канатов. Предназначено для устранения разности нагрузок на струнах траверсы.
31. Направляющие механизмы траверсы и суппорта. Препятствуют вращению и смещению узлов от оси траверсы при поступательном движении.
32. Ключ-спайдер верхнего привода. Предназначен для удержания трубы от осевого смещения при подъёме колонны и проворачивания во время свинчивания-развинчивания с патрубком верхнего привода.
33. Компенсатор давления в механизме смазки грязевой трубы верхнего привода. Предназначен для выравнивания давления в механизме смазки грязевой трубы и давления рабочего агента в грязевой трубе, а также для автоматической подпитки механизма смазки.
34. Суппорт верхнего привода. Предназначен для точного перемещения с точно заданной скоростью и нагрузкой и оказания точно заданной нагрузки вдоль оси колонн. А также для привинчивания отвинчивания трубы (труб) и вращения с заданным моментом колонны (колонн) при бурении и прочих работах.
35. Механизм верхнего привода для бурения коаксиальной колонной. Предназначен для выполнения тех же задач, что предыдущем пункте, только ещё и с применением коаксиальной колонны.
36. Механизм проводки коммуникаций траверсного блока. Обеспечивает надёжную фиксацию положения кабелей и шлангов относительно траверсной системы при перемещениях суппорта.
37. Механизм установки подъёмного блока комплекса ШАЙД-РБК-ГТТ1000-200, ШАЙД-БК-ГТТ1800-300, ШАЙД-БК-ГТТ2700-300. Обеспечивает монтаж-демонтаж подъёмного блока на буровое основание, а также для задания и поддержания вертикальности или заданного угла наклона траверсной системы в боке с буровым основанием и комплектом противовыбросового оборудования.
38. Механизм установки подъёмного блока комплекса ШАЙД-РБК-ВЛ1000-200, ШАЙД-БК-ВЛ1750-300, ШАЙД-БК-ВЛ2500-300. Обеспечивает монтаж-демонтаж подъёмного блока на буровое основание, а также для задания и поддержания вертикальности или заданного угла наклона траверсной системы в боке с буровым основанием и комплектом противовыбросового оборудования.
39. Механизм установки монтажного блока комплекса ШАЙД-У-БК-ГТТ5000-300. Предназначен для самомонтажа и фиксации модулей комплекса ШАЙД-У-БК-ГТТ5000-300.
40. Манипулятор для ШАЙД-У-БК-ГТТ5000-300. Предназначен для подачи-удаления труб, забойного инструмента и оснастки на устье скважины и обратно при бурении комплексом ШАЙД-У-БК-ГТТ5000-300.
Буровое основание комплексов ШАЙД-РБК-ГТТ1000-200, ШАЙД-БК-ГТТ1800-300, ШАЙД-БК-ГТТ2700-300, ШАЙД-РБК-ВЛ1000-200, ШАЙД-БК-ВЛ1750-300, ШАЙД-БК-ВЛ2500-300
41. Силовая конструкция бурового основания. Обеспечивает заданную грузоподъёмность при минимальной массе, компактность при транспортировке, доступность к комплекту противовыбросового оборудования.
42. Механизм установки бурового основания. Обеспечивает установку бурового основания в точно заданном положении.
43. Механизм установки и замены противовыбросового оборудования. Обеспечивает монтаж-демонтаж на устье комплекта противовыбросового оборудования без применения ручного труда, а также подачу-удаление с магазана.
44. Блок автоматической стыковки коммуникаций. Обеспечивает единовременную стыковку различных коммуникаций при монтаже модулей. Применимо в других отраслях.
45. Универсальный ключ автоматический (диапазон охвата челюстей 60...610 мм). Предназначен для закрепления и раскрепления труб во всём диапазоне диаметров, применяемых при бурении скважины одним ключом на все диаметры.
46. Манипулятор универсальный. Предназначен для подачи-удаления труб, забойного инструмента и оснастки на устье скважины и обратно при бурении комплексами ШАЙД-АРБК-1000, ШАЙД-МАБК-2700. Применимо в других отраслях.
Комплект противовыбросового оборудования
47. Превентор универсальный самоадаптирующийся. Предназначен для гереметизации затрубного пространства во время спуско-подъёмных операций, при бурении и прочих операциях на устье. Рассчитан на долговременную работу при давлениях до 20 МПа, при кратковременном давлении – до 35 МПа. Обеспечивает надёжный охват труб в диапазоне 60-610 мм и беспрепятственное прохождение замков труб в обоих направлениях. Рассчитан на самосрабатывание при скачкообразном росте давления в скважине. В обычном режиме – управление гидравлическое.
48. Превентор 6-шиберный створчатый. Предназначен для замены нескольких традиционных превенторов с целью снижения высоты комплекта противовыбросового оборудования. Запирание – посредством гидродвигателей или вручную.
49. Силовой спайдер-превентор (необходим для технологии «две стандартных бурильных трубы – две стандартных обсадных»). Выполняет роль превентора и спайдера, т.е. герметизирует заколонное пространство трубы и удерживает её от осевого перемещения и проворачивания.
50. Быстроустанавливаемые герметичные соединения устьевого оборудования.
Используется вместо фланцевого соединения и резьбы «Бурдо», обеспечивает мгновенное и надёжное герметичное соединение. Применимо в других отраслях.
51. Устьевый породоприёмник.
Применяется при забуривании нефтегазовых скважин под кондуктор, а также при бурении скважин под воду, с целью обеспечения удаления породы без загрязнения околоустьевого пространства. Применимо в других отраслях.
Магазин труб
52. Комплект кассетный Упрощает доставку труб на буровую, обеспечивает их сохранность, обеспечивает в процессе бурения очерёдность и точность подачи труб на устье. Применимо в других отраслях.
53. Транспортёр труб Обеспечивает подачу кассет с трубами в заданную точку и, при безкассетном хранении труб на буровой, обеспечивает подачу трубы в точку захвата манипулятором.
Магазин оснастки и инструмента
54. Барабан Обеспечивает хранение заданного количества скважинного инструмента и оснастки, подачи в заданное место приёма манипулятором. Применимо в других отраслях.
55. Гнездовые захваты Обеспечивают надёжное удержание при хранении и точное положение скважинного инструмента и оснастки в точке приёма-выдачи. Применимо в других отраслях.
Система ЦРА
56. Модуль трансформируемый. При транспортировке занимает компактное положение с заданными габаритами, в развёрнутом виде имеет в два аза большие площадь и объём. Применимо в других отраслях.
57. Механизм трансформации модуля Обеспечивает одновременное выдвижение объёмов, разворачивание площадок, лестниц и укрытий, установку оборудования в заданное положение.
58. Радиальный усовый сепаратор. Обеспечивает гибкую и производительную обработку (0...90 л/сек) рабочего агента на предмет удаления частиц (размерами от 0,015 мм) выбуренной породы из бурового раствора с минимальными потерями химреагентов , инертных материалов и утяжелителя. Применимо в других отраслях.
59. Автонаводящися блок автоматической стыковки коммуникаций. Обеспечивает гарантированное самонаведение быстростыкуемых соединений относительно друг другу в пространстве на площади в 1 метр и расстоянии в 1,5 метра. Применимо в других отраслях.
60. Механизм межмодульного выравнивания. Обеспечивает силовое выравнивание модулей в линию и надёжную фиксацию относительно друг друга.
61. Трансформируемый 2-хшнековый транспортёр. Обеспечивает стабильное и устойчивое перемещение вязких и сыпучих компонентов в вертикальной наклонной и горизонтальной плоскостях. Выдвигается в положение разгрузки телескопически. Применимо в других отраслях.
62. Автоматический диспергатор. Обеспечивает измельчение (до размеров наночастиц) твёрдых частиц в эмульсиях и вязких растворах посредством встречных потоков при больших скоростях и давлениях за счёт комплексного воздействия встречных столкновений, кавитации, пьезоэлектрических и электрохимических процессов. Автоматически подстраивается при колебаниях расхода и давления, автоматически выходит из режима образования пробок при попадании крупных частиц. Применимо в других отраслях.
63. Регулируемый аксиально-кольцевой буровой насос. Предназначен для замены громоздких и малопроизводительных поршневого и плунжерного насосов. Обеспечивает высокую ( 0...90 л/сек) производительность с гибким управлением и в десятки раз больший ресурс работы без смены уплотнительных элементов, имеет в несколько раз меньшую массу и габариты. Применимо в других отраслях.
64. Шнековый фильтр-насос. Предназначен для создания разряжения в зоне выхода из скважины на устье выбуренной породы при бурении воздухом и пенами, а также для очистки воздуха, сбрасываемого в окружающуюсреду. Применимо в других отраслях.
Патентный поиск проведён, патентование не проводилось, заявок не подавалось.
За счёт превосходства в технологиях возможно снижение издержек в 2 раза. А комплексное применение передовых технологий и продуманных конструкторских решений, позволит получать продукцию в 3...4 раза меньшей себестоимости, чем продукция конкурентов аналогичного назначения.
Перечень новых устройств, механизмов и агрегатов.
...
...
Обозначение для буровых комплексов марки «ШАЙД»
Все автоматические буровые комплексы марки «ШАЙД» имеют следующее обозначение:
Автоматический ремонтно-буровой комплекс марки ШАЙД, вышколебёдочный, с односекционной мачтой, транспортируемый модулями, наземный, усилие на подъём 100 тонн, усилие на забой 10 тонн.
...
...
Обозначение систем:
...
...
Обозначение модулей системы СПО.
Обозначение модуля подъёмного:
...
...
Обозначение модулей системы ЦРА.
...
...
Послесловие
- Настоящая концепция разработана с опережением сложившегося мирового уровня буровой техники и технологий.
- Следовать традиционным требованиям потребителей не имеет смысла, т. к. они формируются под влиянием применяемого уровня техники и технологий, а применяемый – имеет отставание от мирового уровня и ориентироваться на такие требования, это значит разрабатывать продукцию прошлого времени.
- Чтобы успешно конкурировать с передовыми мировыми разработчиками и производителями, необходимо идти на несколько шагов вперёд и решать проблемы потребителей, с которыми они столкнутся уже завтра.
- Настоящая концепция предлагает решения с учётом новейших тенденций в буровой технике и технологиях, выявленных автором.
Мои убеждения:
- Кризис – не стихийное бедствие, на форс-мажор, это стиль жизни:
для одних – кризиса нет,
для других кризис – временное явление,
для третьих – кризис постоянно!
- Если можешь выполнить ответственную работу сам – делай её лично, если хочешь погубить дело – поручи его кому-либо!
- Делать как все, значит – плохо, надо делать – лучше всех!
- Сделать фантастику былью и делать сегодня то, на что другие не посмеют замахнуться завтра!
- Конкуренция – не марафонский кросс, конкуренция – это гонка в бесконечность! Тот, кто экономит силы – будет вечно плестись в хвосте!
Автор: Шайдуров А.С.
АБК Автоматические буровые комплексы марки ШАЙД
© Copyright: Александр Шайдуров, 2017
Свидетельство о публикации №217111102302
Свидетельство о публикации №217111102302
Рецензии