Vrtání ropy a zemního plynu je složitý průmyslový proces, který se opírá o širokou škálu specializovaných zařízení, od samotné povrchové plošiny až po vrtné nástroje, které těží uhlovodíky. Pochopení funkcí každé součásti je pro inženýry zabývající se těžbou ropy a vrtů zásadní. Tento článek poskytuje komplexní přehled vrtných zařízení, hlavních systémů vrtných souprav, běžných vrtných nástrojů a různých klasifikací vrtných souprav používaných na souši a na moři.
Co je vrtání?
Vrtání je proces vytváření vrtu (vrtu) na zemském povrchu pro přístup k podzemním zásobám ropy nebo zemního plynu. Toho je dosaženo pomocí specializované struktury nazývané vrtná souprava, která otáčí vrtákem, aby pronikl do hornin a vrstev půdy. Vrták je připojen k plošině dlouhou kovovou trubkou známou jako vrtná trubka, která také cirkuluje vrtnou kapalinu, aby vynášela kamenné odřezky zpět na povrch.
Co je to ropná vrtná souprava?
Ropná vrtná plošina je velká stavba vybavená zařízeními pro těžbu a zpracování ropy a plynu z hloubky pod zemským povrchem, často umístěná v oceánech nebo velkých vodních plochách (příbřežní plošiny). Skládá se z plošiny postavené na pilířích nebo plovácích, zařízení a personálu. Ve vysoké věži zvané derrick je umístěno vrtné zařízení a do země je vložena dlouhá kovová trubka (vrtná šňůra), která těží uhlovodíky z podpovrchových nádrží.
Hlavní systémy v rámci vrtacího zařízení
Pochopení klíčových systémů vrtné soupravy je základem pro pochopení její celkové funkce.
- Zvedací systém a tažné zařízení:Zodpovídá za zvedání a spouštění vrtací kolony a dalších nástrojů do vrtu. Tažné zařízení se skládá z velké cívky navinuté s vrtací šňůrou a sady brzd pro ovládání rychlosti a pohybu.
- Rotační systém:Poskytuje rotační pohyb vrtací koloně a vrtáku ve spodní části otvoru. Tento systém obvykle zahrnuje otočný stůl nebo horní pohon, který dodává potřebný krouticí moment, stejně jako kelly nebo horní hnací systém pro přenos rotace z vrtné soupravy na vrtací kolonu.
- Cirkulační systém:Nezbytné pro čerpání vrtné kapaliny (bahna) po vrtné koloně a zpět na povrch. Zahrnuje kalová čerpadla, která dopravují kapalinu z bahna do vrtné kolony, a nádrže na bahno, které uchovávají a upravují kapalinu před jejím čerpáním dolů. Průtok kapaliny řídí různé ventily a potrubí.
- Systém napájení:Poskytuje energii potřebnou k provozu všech součástí soupravy. Obvykle zahrnuje dieselové motory nebo elektromotory, které pohánějí tahače, kalová čerpadla a další zařízení. Generátory dodávají elektřinu pro osvětlení, vytápění a další elektrické systémy na plošině.
- Safety & Well Control System (Prevence výbuchu):Zabraňuje nekontrolovanému úniku ropy nebo plynu z vrtu. Tento systém zahrnuje zamezovače výbuchu (BOP)-velké ventily instalované na ústí vrtu, které utěsní vrt v případě kopnutí nebo výbuchu-a také alarmy, senzory a nouzová vypínací zařízení.
Běžné vrtací nástroje a komponenty
Níže je uveden seznam běžných vrtacích a výrobních nástrojů používaných při provozech vrtů, z nichž každý plní specifickou funkci:
| Nástroj/součást | Funkce |
|---|---|
| Uzda | Podporuje a rozkládá hmotnost leštěné tyče, čímž snižuje namáhání povrchového vybavení. |
| Leštěná tyčová svorka | Zajišťuje leštěnou tyč, aby se zabránilo pohybu během provozu. |
| Vodicí tyč | Udržuje leštěnou tyč a přísavku zarovnanou pro hladký a efektivní provoz. |
| Leštěný Rod | Dlouhá hladká tyč spojující povrchovou čerpací jednotku s čerpadlem ve spádové jámě, přenášející výkon. |
| Vycpávka | Těsní proti leštěné tyči, aby se zabránilo úniku studní na povrch. |
| Pojistný ventil | Uvolňuje přetlak z ucpávky a zabraňuje poškození zařízení. |
| Průtoková čára | Potrubí přepravující vyrobené tekutiny z ústí vrtu do výrobních zařízení. |
| Hadička Hlava | Součást namontovaná nad hlavou pouzdra, poskytující ochranné pouzdro pro hadici a utěsnění- prstence pouzdra. |
| Hlava pouzdra | Montuje se na horní část pláště vrtu, zajišťuje a utěsňuje plášť ve vrtu. |
| Leštěná tyčová spojka | Připojuje leštěnou tyč k výpletu přísavné tyče a přenáší povrchovou sílu na pumpu. |
| Povrchová trubka | Část potrubí instalovaná na povrchu k zajištění konstrukční podpory pro zařízení ústí vrtu. |
| Provázek hadičky | Trubkový řetězec používaný k dopravě ropy z nádrže na povrch. |
| Přísavka Rod | Dlouhá tyč se závitem, která přenáší čerpací pohyb z povrchu na hlubinné čerpadlo. |
| Hadice | Propojené trubky, které dopravují kapalinu z hlubinného čerpadla na povrch. |
| Hlavňová spojka | Konektor používaný ke spojení dvou sekcí trubek nebo přísavných tyčí. |
| Přísavná tyčová spojka | Tvarovka sloužící ke spojení dvou částí přísavných tyčí. |
| Cestovní ventil | Ventil uvnitř válce čerpadla, který se pohybuje nahoru a dolů, což umožňuje tekutině vstupovat během zdvihu nahoru a vystupovat během zdvihu dolů. |
| Pumpový sud | Válcová část čerpadla, kde se plunžr pohybuje nahoru a dolů a vytváří sání a zvedání tekutiny. |
| Kovový píst | Pevná tyč, která se pohybuje nahoru a dolů uvnitř válce čerpadla a vytváří sání a zvedání tekutiny na povrch. |
| Stojací ventil | Nachází se na dně válce pumpy a umožňuje tekutině proniknout do pumpy během zdvihu. |
| Sedací bradavka | Součást nainstalovaná ve větvi hadičky, která poskytuje opěrné sedlo pro stojatý ventil. |
| Perforovaná bradavka | Trubková struktura s vyvrtanými otvory, které umožňují pronikání tekutiny z okolní formace do struny. |
| Plynová kotva | Odděluje plyn od kapaliny v hadicovém řetězci, zabraňuje zablokování plynu a zlepšuje účinnost čerpadla. |
| Bahenní kotva | Odděluje bláto nebo pevné látky od kapaliny v potrubí, čímž zabraňuje ucpání potrubí a poškození čerpadla. |
| Bull Plug | Závitová zátka používaná k utěsnění konce hadičky nebo šňůry pláště. |
Pět hlavních typů pobřežních vrtných souprav
Pobřežní vrtné plošiny jsou navrženy pro různé hloubky vody a prostředí.
- Vnitrozemský člun (mělká voda)Pracuje ve velmi mělké vodě, obvykle méně než 20 stop. Trup člunu se po odtažení na místo usadí na mořském dně a poskytuje stabilní vrtnou platformu.
- Ponorná plošinaPoužívá se v hloubkách mezi 50 a 70 stopami, kde nemohou fungovat čluny. Sloupy nebo pilíře jsou ponořeny a zatíženy do určité výšky, s vrtacím zařízením nahoře pohánějícím ponořenou vrtnou jednotku.
- Zvedněte soupravu-Mobilní plošina, kterou lze odtáhnout na místo a poté „zvednout“ nohy dolů na mořské dno, aby se plošina zvedla nad vodu. Vhodné pro mělké vody do přibližně 400 stop. Mezi varianty patří konzolové a klíčové-sloty.
- Platforma Rig (pevné konstrukce) Pevná platforma:Vyrobeno z oceli nebo cementu, navržené jako trvalá konstrukce ukotvená k mořskému dnu. Může ubytovat velká zařízení a personál, podporuje směrové vrtání až do vzdálenosti pěti mil. Vhodné pro hloubky až 1 700 stop.Vyhovující věž:Vysoká, úzká ocel/betonová konstrukce, která se ohýbá vlnami a větrem, vhodná pro hloubky od 1 500 do 4 900 stop.
- Plovoucí soupravy (plovoucí nádoby)
- Polo-ponorné:Paluba se vznáší nad čarou ponoru, zatímco velká část hmoty je kvůli stabilitě ponořena. Vhodné pro hloubky až 12 000 stop. Zahrnuje varianty platformy Sea Star a Spar.
- Vrtací loď:Vrtné zařízení je namontováno přímo na palubě lodi, přičemž vrt je vrtán přes "měsíční bazén" (střední otvor v trupu). Udržuje polohu pomocí dynamického polohování.
Klasifikace vrtných souprav podle typu pohonu, prostředí a technologie
Podle typu disku:
| Typ | Typický model | Vlastnosti | Aplikace |
|---|---|---|---|
| Mechanický pohon | ZJ20 | Dieselový mechanický převod, jednoduchá konstrukce, nenáročná údržba | Mělké až středně hluboké-vrty, konvenční pobřežní pole |
| Elektrický pohon | ZJ70D | AC-DC-frekvenční měnič AC, vysoká automatizace, nízká spotřeba energie | Hluboké/ultra{0}}hluboké studny, složité útvary, nekonvenční zdroje |
| Hydraulický pohon | Hydraulická souprava NOV | Plně hydraulický systém, kompaktní, mobilní | Městské nebo ekologicky citlivé oblasti s prostorovými omezeními |
Podle provozního prostředí:
| Typ | Modelový příklad | Klíčová funkce | Aplikace |
|---|---|---|---|
| Onland (ultra-hluboké) | ZJ120/9000 | Maximální zatížení háku 9 000 kN, hloubka vrtání 12 000 m | Tarim Basin, Sichuan-Ultra-hluboké nádrže Chongqing |
| Arktida (polární) | HZJ40L | Nemrznoucí hydraulika odolná vůči nízkým-teplotám do -50 stupňů | Sibiř, oblasti polárního kruhu |
| Offshore (Zvednout-nahoru) | HYSY981 | Hloubka vody 3 000 m, hloubka vrtů 10 000 m | Jihočínské moře, hlubinná pole Východočínského moře |
| Offshore (polo{0}}ponorná) | Transocean Deepwater Horizon | Dvojitý jeřáb, silná odolnost proti vlnám | Ultra-hlubinné operace |
Podle technologické úrovně:
| Typ | Modelový příklad | Nejdůležitější technologie | Aplikace |
|---|---|---|---|
| Konvenční | Daqing 130 | Mechanický pohon, vysoký ruční provoz | Nízká{0}}komplexní ropná pole (postupně nahrazovaná) |
| Automatizované | Souprava Schlumberger PRIME™ | Integrovaná automatická-vrtačka, monitorování- v reálném čase, zvýšení účinnosti o 30 %. | Horizontální vrty, více{0}}laterální vrty, vysoce přesné{1}}prace |
| Inteligentní | NOV Cyberbase® | AI-optimalizované parametry vrtání, dálkové ovládání, predikce chyb | Digitální ropná pole, bezpilotní plošiny |
Speciální funkční soupravy:
| Typ | Modelový příklad | Vlastnosti | Aplikace |
|---|---|---|---|
| Vinuté hadičky Rig | Halliburton CTU 1500 | Průběžné potrubí, žádná výměna potrubí | No workover, tenký{0}}vrtání děr, lámání |
| Modulární souprava | National Oilwell Varco FastRig® | Modulární design, o 20 % nižší náklady, rychlá doprava | Odlehlé oblasti, projekty s rychlou{0}}reakcí |
Klíčové faktory výběru pro vrtací soupravy
Při výběru vrtné soupravy provozovatelé zvažují:
- Geologické podmínky:Hard rock vyžaduje zařízení s vysokým{0}}točivým momentem; hlubinná voda vyžaduje provedení odolné proti-vysokotlaké korozi-.
- Operační cíle:Průzkumné vrty upřednostňují flexibilitu; těžební vrty potřebují dlouhodobou-stabilitu.
- Požadavky na životní prostředí:Ekologicky citlivé oblasti upřednostňují elektrická zařízení s nízkou{0}}hlučností a nulovými{1}}emisemi.
Rozmanitost modelů vrtných souprav odráží širokou škálu technických požadavků a provozních scénářů při průzkumu a vývoji ropy a zemního plynu. Od tradičních mechanických souprav po inteligentní systémy-řízené umělou inteligencí, technologický vývoj neustále zlepšuje efektivitu a bezpečnost vrtání. Správný výběr-integrace geologických podmínek, provozního prostředí a ekonomických faktorů-je nezbytný pro maximalizaci návratnosti rozvoje zdrojů. Pro podrobnější informace prosím neváhejte kontaktovat tým Vigor pro podrobnější informace o produktu.
