Нефтяная вышка как сооружение¶

Нефтяная вышка — это высотное инженерное сооружение, предназначенное для спуска и подъёма в скважину бурового инструмента, обсадных и насосно-компрессорных труб, а также для удержания буровой колонны в процессе строительства скважины. Относится к классу грузоподъёмных металлоконструкций и является ключевым элементом буровой установки. Вышка обеспечивает вертикальное перемещение талевой системы, воспринимает нагрузки от веса колонны труб, собственного оборудования и ветрового давления, а также служит опорой для механизмов и площадок обслуживания.

¶Назначение и место в буровом комплексе

Нефтяная вышка не бурит скважину самостоятельно — вращение долота обеспечивают ротор или верхний привод, а подъём и спуск труб выполняет лебёдка с талевым блоком. Задача вышки — задать вертикальную ось, по которой движется крюк с колонной, и выдержать значительные статические и динамические нагрузки. Высота конструкции определяет длину свечи (секции из двух-трёх труб), которую можно поднимать за один рейс: чем выше вышка, тем реже приходится разбирать колонну и тем быстрее идёт проходка.

Типовая вышка опирается на фундамент или на основание буровой установки, имеет четырёхгранную (пирамидальную) либо А-образную форму и оснащается:

• подкронблочной площадкой с кронблоком (системой неподвижных шкивов);
• балконом верхнего рабочего с люлькой для верхового рабочего;
• маршевыми лестницами и площадками для обслуживания;
• оттяжками (вантами) для устойчивости;
• системами освещения, молниезащиты и сигнализации.

¶История развития

До конца XIX века скважины бурили ударно-канатным способом, и вместо металлических вышек использовали деревянные конструкции — так называемые «копры» и «башни». В Баку и Грозном во второй половине XIX века применялись деревянные четырёхногие вышки высотой до 20–25 метров, которые нередко сгорали при пожарах на промыслах.

Переход к вращательному бурению и рост глубин потребовали прочных металлических конструкций. В начале XX века распространились клёпаные стальные вышки, а с 1920–1930-х годов — сварные. В СССР были разработаны типовые серии вышек: ВМ (вышка металлическая), ВА (арочная), позднее — мачтовые и модульные конструкции. Во второй половине XX века появились вышки для сверхглубокого бурения, рассчитанные на колонны массой в сотни тонн, а также мобильные мачты для кустового и морского бурения.

¶Классификация

Вышки различают по нескольким признакам.

По конструкции:

По способу монтажа: стационарные, передвижные, самоподъёмные (для морских платформ). По назначению: эксплуатационные, буровые, ремонтные (для подземного и капитального ремонта скважин). По грузоподъёмности: лёгкие (до 100 т), средние (100–200 т), тяжёлые (свыше 200 т).

¶Устройство и характеристики

Основные параметры вышки — высота (обычно от 20 до 45 метров, у тяжёлых установок до 55–60 м), грузоподъёмность, размер основания (подроторного пространства) и ветровой район эксплуатации. Несущий каркас собирают из стальных уголков, труб или профилей, соединяемых болтами, сваркой либо комбинацией способов.

Ключевые узлы:

• кронблок — закреплён наверху, через его шкивы проходит талевый канат;
• талевый блок — подвижный элемент, связанный с крюком;
• подкронблочные и промежуточные площадки — для обслуживания;
• балкон верхового рабочего — место работы при свинчивании свечей;
• оттяжки — тросы, распределяющие ветровую нагрузку.

Нагрузки на вышку складываются из веса бурильной колонны, обсадных труб, талевой системы, а также усилий при ликвидации аварий и ветрового напора. Расчёт ведут по нормам с обязательным запасом прочности.

¶Монтаж и эксплуатация

Стационарные вышки собирают на месте из секций с помощью кранов и лебёдок, иногда методом наращивания снизу вверх. Мобильные мачты поднимают гидравликой или лебёдкой в вертикальное положение за несколько часов. Перед вводом в работу конструкцию проверяют на геометрию, затяжку соединений, состояние канатов и оттяжек, а также испытывают под нагрузкой.

В процессе эксплуатации вышку осматривают, контролируют износ элементов, коррозию, состояние сварных швов и фундамента. Верхолазные работы выполняют верховые рабочие с обязательной страховкой. После отработки скважины вышку либо демонтируют, либо передвигают на новую точку в пределах куста.

¶Значение и современные тенденции

Нефтяная вышка остаётся узнаваемым символом нефтедобычи, хотя её роль в облике промысла меняется. На кустовых площадках применяют наклонно-направленное бурение, при котором одна вышка обслуживает десятки скважин. На морских платформах используют компактные самоподъёмные и модульные мачты. Развиваются автоматизированные буровые комплексы, где часть операций выполняют роботизированные системы, а сама вышка проектируется под меньший объём ручных верхолазных работ.

В России вышки эксплуатируются в Западной Сибири, Волго-Уральском регионе, на шельфах и в других нефтегазовых провинциях; их производство и ремонт ведут специализированные машиностроительные предприятия.

Источники: техническая литература по буровым установкам и нефтепромысловому оборудованию, отраслевые нормативные документы, обзоры по истории нефтедобычи.