История развития буровой техники в России

Для восстановления и развития нефтяной промышленности в послереволюционный период было приобретено несколько зарубежных станков, состоящих из двухскоростной лебедки, ротора, насоса, вертлюга, талевого механизма и электрического привода с редуктором. Эти станки явились прототипом первых отечественных буровых установок, производство которых было организовано в 1921—1923 гг. на заводах в Сормове и Коломне, а затем на Бакинском заводе им. лейт. Шмидта. В состав этих установок, рассчитанных для бурения скважин глубиной до 1200 м, входили:

· двухскоростная лебедка на деревянной станине, снабженная валами на подшипниках скольжения, цепными колесами с необработанными зубьями для роликовых цепей шагом 103,2 мм, кулачковыми муфтами для управления и двухленточным тормозом с деревянными колодками;

· ротор, приводимый от лебедки открытой цепной передачей;

· талевый механизм с чугунными шкивами на подшипниках скольжения, кованым однорогим крюком и вертлюгом с шариковыми подшипниками в опорах ствола;

· буровой насос - прямодействующий либо вращательный, двух-поршневой, двустороннего действия;

· вышка высотой 28 - 37 м и основание, изготовленные из дерева.

Начало 30-х годов характеризуется качественно новым развитием отечественной буровой техники. В эти годы на заводе им. лейт. Шмидта было освоено производство четырехскоростных буровых лебедок Л1-4М, снабженных подшипниками качения в опорах валов и асбокаучуковыми колодками в ленточном тормозе. Для суммирования мощности двух электродвигателей в приводе лебедки был установлен трехвальный редуктор с шевронными зубчатыми колесами. На этом же заводе были разработаны роторы и вертлюги новых конструкций. Ротор закрытого типа с прямозубой конической передачей имел в основной опоре стола роликовый конический подшипник, а во вспомогательной опоре - шариковый. В вертлюге шарикоподшипники опоры ствола были заменены роликовыми коническими в основной опоре и роликовыми цилиндрическими в радиальной. Подшипники опор стола ротора и ствола вертлюга изготовляли также на заводе им. лейт. Шмидта.

Завод «Бакинский рабочий» начал выпускать кронблоки и талевые блоки грузоподъемностью 130 т со стальными шкивами на подшипниках качения. Из-за отсутствия подшипников тяжелых серий шкивы устанавливались на отдельные валики с двумя опорными подшипниками. Кронблоки двухэтажной конструкции были заменены более легкими и компактными с одноэтажным расположением шкивов. На заводах им. лейт. Шмидта и «Красный молот» начали изготовлять буровые насосы с эксцентриковым либо кривошипным коренным валом.

К середине 30-х годов была создана установка для бурения скважин глубиной до 3000 м, отдельные агрегаты которой выпускали заводы им. лейт. Шмидта, «Бакинский рабочий» и «Красный молот». Наряду с этим проводилась большая работа по модернизации узлов и агрегатов установок для бурения скважин глубиной до 1200 м. В этот же период появились металлические буровые вышки Г. Н. Бержеца. В 1937 г. Б. А. Рагинский предложил оригинальную конструкцию металлической вышки, ноги и пояса которой изготовляли из отработанных бурильных труб, а диагонали с винтовыми стяжками - из стального проката круглого сечения. Вышки монтировали с помощью шагающих стрел конструкции А. А. Асан-Нури либо подъемника Я. М. Кершенбаума.

Возросшие к этому времени объемы бурения скважин глубиной до 1200 м обусловили острую нехватку легких буровых установок. Для бурения скважин глубиной до 500 м в 1938 г. была создана установка РА-400, которая монтировалась на двух гусеничных тележках. На одной тележке размещались тракторный двигатель мощностью 48 кВт, двухскоростная трехвальная лебедка с одношкивным ленточным тормозом и ротор. На второй тележке располагались такой же двигатель и два насоса НБ-650/15 или НГ-4 мощностью 25 - 30 кВт. Установка РА-400 имела мачтовую вышку высотой 20 м и грузоподъемностью 40 т. Вышка с основанием и передними скользящими подкосами транспортировалась в горизонтальном положении, а на точке бурения поднималась в вертикальное положение с помощью буровой лебедки. Серийное изготовление установок РА-400 было начато в 1938 г.

Азинмашем была разработана буровая установка ПТ1-800 грузоподъемностью 35 т для бурения скважин глубиной до 800м, изготовление которой было освоено на заводах им. Ленина и им. Монтина в Баку. В ПТ1-800 использовались одношкивная лебедка ЛТ2М, насосный блок установки РА-400, ротор Р460-ШЗ с индивидуальным приводом, состоящим из трехскоростной двухвальной зубчатой коробки передач и двигателя М-17 мощностью 48 кВт.

В 1939 г. в Нефтемашпроекте (Москва) была разработана буровая установка ПРА-800 с групповым приводом. Она изготовлялась Подольским заводом им. С. Орджоникидзе и состояла из двухзальной лебедки с двухленточным тормозом и шестискоростной коробки передач, приводимой от двух двигателей М-17, спаренных клиноременной передачей. Ротор имел карданный привод от коробки передач лебедки. Насосы НГ-4 приводились посредством двухшкивной трансмиссии. В последующем насосный блок был снабжен индивидуальным приводом от двух дополнительных двигателей М-17.

В это же время Азинмашем была разработана установка ПРА-1200, в групповом приводе которой использовались два карбюраторных двигателя КИН мощностью по 96 кВт, спаренные клиноременной передачей. Установка ПРА-1200 выпускалась на заводе им. лейт. Шмидта и состояла из силового блока, насосной трансмиссии, двухвальной лебедки с карданной передачей для ротора Р460-ШЗ, установленных на общей раме. Насосный блок из двух насосов НГ-4 монтировался на отдельной раме.

Несмотря на удовлетворительную кинематическую схему и удачные конструктивные решения, установки РА-400, ПТ1-800, ПРА-800 и ПРА-1200 не получили признания буровиков вследствие их недостаточной мощности.

Следующий этап развития техники бурения наступил в послевоенный период. В 1945 г. изготовление буровых установок было поручено Уралмашу — одному из крупнейших и хорошо оснащенных заводов тяжелого машиностроения. Первоначально Уралмаш принял к производству лебедки Л1-4М, насосы НГ-8Х16 и другие агрегаты, разработанные в довоенный период для буровой установки грузоподъемностью 130 т. Кроме установок с электрическим приводом Уралмаш начал изготовлять установки с дизельным приводом на базе силовых агрегатов САЛ (для лебедки и ротора) и САН (для насосов), снабженных дизелями В2-300 мощностью 220 кВт.

Первые два комплекта буровой установки грузоподъемностью 130 т были изготовлены к 28-й годовщине Великой Октябрьской социалистической революции. В этих установках были применены кронблоки я талевые блоки с одноосным расположением шкивов и трехрогий крюк пластинчатой конструкции. В дальнейшем Уралмаш совместно с заводами им. лейт. Шмидта, «Бакинский рабочий» и «Красный молот» выпускал ежегодно до 300 комплектов буровых установок.

Одновременно с развертыванием серийного производства Уралмаш совместно с отраслевыми научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями проводил большую работу по обобщению отечественного и зарубежного опыта проектирования и эксплуатации буровых установок.

В 1946—1949 гг. был разработан и изготовлен опытный образец буровой установки Уралмаш 1 с цепной лебедкой. Вскоре были созданы установки Уралмаш 2 с зубчатыми передачами в коробке перемены передач лебедки и ротора, с гидравлическим управлением главной фрикционной муфтой и тормозом лебедки, явившиеся прототипом буровых установок Уралмаш 3Д и Уралмаш 4Э. Из наиболее важных разработок того периода, используемых и в настоящее время, следует выделить групповой привод на базе дизелей типа В2, радиальные шинно-пневматические муфты, систему пневматического управления тормозом лебедки. Буровой насос У8-3, разработанный Уралмашем в 1952 г., имел мощность 260 кВт и развивал давление до 15 МПа.

На основе отработанных машин в 50-х годах Уралмаш перешел к серийному изготовлению буровых установок с дизельным приводом на базе комплекта бурового оборудования Уралмаш 5Д и Уралмаш 3Д и с электрическим приводом на базе бурового оборудования Уралмаш 6Э и Уралмаш 4Э. На этом завершился первый этап работ Уралмашзавода по созданию буровых установок с номинальной нагрузкой на крюке 1300 и 2000 кН для бурения скважин глубиной соответственно до 3000 и 5000 м.

Важный итог этой большой работы — сложившийся и выросший коллектив квалифицированных конструкторов и исследователей, накопивший большой опыт и знания, способный создавать буровые машины и оборудование на уровне мировых достижений.

Следует также отметить новое направление в проектировании буровых установок, начало которому было положено созданием установки БУ-40, разработанной Очерским заводом совместно с Гипронефтемашем (ныне ВНИИНефтемаш). В отличие от других установок БУ-40 была запроектирована и изготовлена комплектной и имела в составе все основные и вспомогательные машины и агрегаты, в том числе основание, вышку, оборудование для приготовления и очистки промывочного раствора, емкости для хранения топлива и масел, котельно-отопительную систему, сборно-разборные укрытия. Впервые была применена вышка трехсекционной конструкции с открытой передней гранью.

После промышленных испытаний БУ-40 была передана заводу «Баррикады», по чертежам которого она изготовлялась также в Румынии. На Кунгурском заводе выпускали установку БА-40, смонтированную на двух гусеничных тележках. Установки БУ-40 и БА-40 позволили бурить скважины глубиной до 800 м, не задалживая для этого более мощные установки Уралмаша.

С 1959 г. завод «Баррикады» начал поставку комплектных буровых установок БУ75Бр с электрическим и дизельным приводами, а Уралмаш примерно в этот же период — буровых установок в комплекте с А-образными вышками, основаниями, оборудованием для механизации и частичной автоматизации спускоподъемных операций. В 70-х годах начато производство буровых установок универсальной монтажеспособности (БУ2500ДГУ, БУ4000ДГУ, БУ4000ЭУ и др.).

Заметное развитие за рассматриваемый период получили конструкции буровых сооружений и методы монтажа и транспортировки буровых установок. Вышка БМВБ-41-20 Таллинского и Щигровского заводов благодаря рациональной конструктивной схеме и оптимальным площадям сечения ее несущих элементов оказалась легче ранее применявшихся конструкции. Азинмашем в 1951—1962 гг. была разработана металлическая вышка В1-300-53 грузоподъемностью 300 т и высотой 53 м. Широкое распространение получили вышки мачтового типа, отличающиеся экономичностью по расходу металла, а также легкостью монтажа и транспортировки.

В 1951 г. б. Гипронефтемашем был разработан крупноблочный способ перевозки буровых установок при помощи «хребтовых» лафетов, представляющих собой две гусеничные тележки с пневмогидравлическими домкратами, соединенные мощной балкой. В дальнейшем «хребтовые» лафеты были заменены отдельными гусеничными тяжеловозами. Индустриальные методы строительства буровых позволили резко сократить сроки ввода скважин в эксплуатацию и имели большое значение при освоении нефтяных месторождений Татарии, Башкирии, Куйбышевской и Волгоградской областей.

Вторая половина 50-х годов характеризовалась началом работ по созданию регулируемого привода буровых установок. Для БУ75БрД в 1959 г. было начато серийное изготовление дизель-гидравлических агрегатов САТ-4 на базе дизеля 1Д12Б мощностью 310 кВт и комплексного турботрансформатора ТТК-1. Одновременно была изготовлена опытная дизель-электрическая буровая установка Уралмаш 11ДЭ с приводом от постоянного тока. В этой установке подача буровых насосов изменялась регулированием числа ходов, а двигатели лебедки при спуске колонны труб использовались в качестве тормозной машины.

В силовых трансмиссиях появились цепные передачи, с приводными роликовыми цепями повышенной прочности, разработанными ВНИИНефтемашем. Талевые механизмы были оснащены канатами прогрессивных конструкций, позволившими значительно сократить расход канатов в бурении и простои буровых установок в ожидании их замены. Надежность и долговечность ленточных тормозов буровых лебедок существенно возросли за счет применения фрикционных накладок из ретинакса. На смену буровым насосам У8-3 начали поступать У8-4 мощностью 330 кВт.

Важными направлениями совершенствования буровых установок явились разработка и внедрение средств механизации и автоматизации тяжелых и трудоемких процессов. К ним относятся встроенные в ротор пневматические клинья для захвата и удержания труб, напольный автоматический ключ для свинчивания и развинчивания труб, регулятор подачи долота, гидродинамические тормоза и др.

В результате систематизации теоретических основ проектирования буровых установок и обобщения требований бурения в 60-х годах была разработана нормаль Н900-66, регламентирующая тип и основные параметры буровых установок. Впоследствии на основе этой нормали был утвержден действующий ГОСТ 16293—82, распространяющийся на комплектные буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения нефтяных и газовых скважин. Нормаль Н900-66 и последующие государственные стандарты на буровые машины, и оборудование способствовали дальнейшему повышению технического уровня буровых установок. Передовые инженерные и конструкторские решения, не имеющие аналогов в мировой практике, реализованы в установках БУ3000ЭУК, БУ3000ЭУК-1 (с эшелонным расположением лебедочного и насосного блоков и допускаемой нагрузкой на крюке 1700 кН), БУ3000ЭУК-1М (с допускаемой нагрузкой на крюке 2000 кН), при использовании которых получены рекордные скорости проходки скважин при разработке нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири.

Крупным достижением отечественной науки и техники явилось создание буровой установки Уралмаш 15000, посредством которой достигнута рекордная глубина бурения разведочной скважины на Кольском полуострове.

Почти 20 лет назад при создании буровой установки «Ленинградец БА-25» впервые была поставлена сложнейшая задача автоматизации основных процессов проходки скважин. Смелая идея конструкторов, воплощенная в металле, намного опережала время — патент на изобретение был зарегистрирован во многих странах, производящих буровое оборудование. Конструктивные принципы этой установки легли в основу буровой установки Уралмаш 4000А для бурения скважин глубиной 4000 м.

Успешно эксплуатируется опытно-промышленная буровая установка с двухцилиндровым гидроподъемником, созданная куйбышевскими нефтяниками и являющаяся прототипом разработанной Уралмашем буровой установки Уралмаш 4000ЭГУ. На основе объемного гидропривода создана буровая установка Уралмаш 4000НГ с непрерывным процессом спускоподъемных операций. В кратчайшие сроки освоено производство буровых машин и подводного устьевого оборудования для плавучих установок, предназначенных для проходки нефтяных и газовых скважин глубиной до 6000 м при толще воды до 200 м.

Основные изменения в технике бурения за послевоенные годы характеризуются следующими показателями:

· допускаемая нагрузка на крюке подъемных механизмов буровых установок возросла с 1300 до 4000 кН;

· глубина бурения увеличена с 3000 до 15000 м;

· мощность привода буровых установок возросла с 450 до 4000 кВт;

· мощность буровых насосов возросла с 220 до 950 кВт;

· давление буровых насосов возросло с 10 до 40 МПа.

Буровые машины и оборудование изготовляются Уралмашзаводом, Волгоградским заводом буровой техники, а также заводами Баку (роторы, вертлюги, талевые механизмы, вышки, буровые основания, циркуляционные системы); грозненским заводом «Красный молот» (буровые насосы, цементировочные агрегаты, колонные головки и др.); Хадыженским заводом (циркуляционные системы); Пермским заводом горношахтного машиностроения (пневмоколесные тяжеловозы Т-60, гусеничные поворотные тяжеловозы ТГП-70); Ижевским механическим заводом (ключи АКБ-ЗМ) и др.

В развитии нефтегазодобывающей промышленности Советского Союза большое значение имело турбинное бурение. Первые конструкции турбобуров были разработаны в 1923—1925 гг. и применялись на нефтяных промыслах Азербайджана и Грозного. В 1934 г. была создана качественно новая конструкция турбобура без редуцирующих устройств и с большим числом ступеней турбины. Дальнейшее совершенствование турбобуров способствовало широкому распространению турбинного бурения в нашей стране. К концу 50-х годов опытное бурение советскими турбобурами было осуществлено на месторождениях во Франции, ФРГ, США, Италии, а несколько позже в Мексике.

В улучшении показателей бурения важную роль играли совершенствование породоразрушающего инструмента, повышение прочности бурильных и обсадных труб, создание оборудования для приготовления и очистки промывочного раствора, противовыбросового оборудования скважин, забойных винтовых двигателей и др.

Отечественные буровые установки приобретаются многими зарубежными странами и успешно конкурируют с буровыми установками известных капиталистических фирм.