Буровые лебедки. Назначение, конструкция и классификация.

Скважину бурят при помощи буровой установки, представляющей собой комплекс агрегатов, механизмов и сооружений, расположенных на поверхности.

В комплект буровой установки входят: вышка для подвешивания талевой системы и размещения бурильных труб, оборудование для спуска и подъема инструмента,оборудование для подачи и вращения инструмента, насосы для прокачивания промывочной жидкости, силовой привод, механизмы для приготовления и очистки промывочной жидкости, механизмы для автоматизации и механизации спуско-подъемных операций, контрольно-измерительные приборы и вспомогательные устройства. В комплект буровой установки входят также металлические основания, на которых монтируется и перевозится оборудование.

Различные условия и цели бурения при наличии большого разнообразия глубин конструкций скважин не могут быть удовлетворены одним типоразмером буровой установки, поэтому ГОСТом предусматривается ряд буровых установок. Буровые установки классифицируются по допустимой нагрузке на крюке.

Стандартом предусматривается также ряд других параметров буровых установок, в том числе мощность привода основных механизмов, номинальные длины свечей, высотные отметки оснований и некоторые другие показатели.

Буровую установку для бурения конкретной скважины или группы скважин выбирают по допускаемой нагрузке на крюке, которую не должен превышать вес (в воздухе) наиболее тяжелой обсадной колонны.

БУРОВАЯ ВЫШКА И ОСНОВАНИЕ

Буровая вышка предназначена для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной колонны на весу во время бурения, а также для размещения в ней талевой системы, бурильных труб и части оборудования, необходимого для осуществления процесса бурения.

Буровые вышки различаются по грузоподъемности, высоте и конструкции. Для бурения скважин до 4000 м используют вышки высотой 41 м, скважин глубиной более 4000 м — вышки высотой 53 м и более (60-70 м).

По конструкции вышки подразделяются на два типа: башенные и мачтовые. Башенные вышки — это такие вышки, у которых нагрузка передается на четыре опоры. В вышках, мачтового типа нагрузка передается на одну или две опоры.

В отечественном бурении достаточно широко используют 41-метровые вышки башенного типа. Это четырехгранная усеченная пирамида, состоящая из 10 панелей высотой 4 м каждая. Нижнее основание вышки имеет размер 8×8 м, а верхнее 2×2 м.Ноги вышки в нижней части имеют опорные плиты, за эти плиты вышка с помощью болтов крепится к фундаменту. К верхним торцам ног привариваются специальные столики для установки и крепления подкронблочных балок, на которые устанавливается кронблок. В зависимости от длины используемых свечей вокруг вышки устанавливается балкон (полати). Во время спуско-подъемных операций на балконе работает верховой рабочий (помощник бурильщика). Он устанавливает поднимаемые из скважин свечи за палец либо подает их из-за пальца при спуске в скважину. При использовании 41-метровой вышки балкон устанавливают на высоте 22,5 м от пола, так как бурят с применением 24-25-м свечей.

Очень широко применяют вышки мачтового типа (А-образные вышки). Вышки А-образные секционные мачтового типа представляют собой А-образную металлическую конструкцию, состоящую из двух-, трех- или четырехгранных ног и двух подкосов. Вверху ноги соединяются между собой подкронблочной рамой, на которой монтируется кронблок. Внизу ноги вышки крепятся в опорах вышечного основания. Для предохранения от случайного падения свечей бурильных труб на вышке устанавливаются предохранительные пояса. Вышки А-образного типа по сравнению с вышками башенного типа имеют ряд преимуществ: на их изготовление тратится меньше — металла, они имеют меньшее число деталей, облегчается их монтаж и демонтаж, улучшаются условия работы по затаскиванию труб в буровую и выбросу их на мостки из буровой, а также обзорность в буровой.

Одновременно с монтажом буровой вышки ведут строительство привышечных сооружений. К привышечным относятся следующие сооружения.

1. Редукторный (агрегатный) сарай, предназначенный для укрытия двигателей и передаточных механизмов лебедки. Его пристраивают к фонарю вышки со стороны ее задней панели в направлении, противоположном мосткам. Размеры редукторного сарая определяются типом установки.

2. Насосный сарай для размещения и укрытия буровых насосов и силового оборудования. Насосный сарай строят или в виде пристройки сбоку фонаря вышки редукторного сарая, или в стороне от вышки. В первом случае размеры сарая 5×15 м, во втором — 9×14 м, высота сарая 4,5-5 м.

Стены и крышу редукторного и насосного сараев в зависимости от конкретных условий обшивают досками, гофрированным железом, камышитовыми щитами, резинотканями или полиэтиленовой пленкой.

Использование некоторых буровых установок требует совмещения редукторного и насосного сараев.

3. Приемный мост, предназначенный для укладки бурильных, обсадных и других труб и для перемещения по нему оборудования, инструмента, материалов и запасных частей. Приемные мосты бывают горизонтальные и наклонные. Высота установки приемных мостов регулируется высотой установки рамы буровой вышки, Ширина приемных мостов до 1,5-2 м, длина до 18 м.

4. Система устройств для очистки промывочного раствора от выбуренной по-роды, а также склады для химических реагентов и сыпучих материалов.

5. Ряд вспомогательных сооружений: при бурении на электроприводе — трансформаторные площадки, при бурении на ДВС — площадки, на которых находятся емкости для горюче-смазочных материалов, и т.п.

6. Соцкультобъекты: культбудка, столовая, вагоны-общежития и т. п.

Буровая лебедка: назначение и параметры, классификация, кинематика и динамика

Буровые лебедки — это основной механизм буровой установки, он предназначен для проведения следующих операций:

спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

удержания колонны на весу;

передачи вращения ротору;

свинчивания и развинчивания труб;

производства вспомогательных работ по подтаскиванию на буровую

инструмента, оборудования, труб и т.д.;

для подъема собранной вышки в вертикальное положение.

Шифр: У2-5-5;

где У — ; 2 — номер агрегата на буровой; 5 — число скоростей лебедки; 5 — номер модели.

У2-300; где 300 — номинальная грузоподъемность, тонн

ЛБУ-1100М1

где ЛБ — буровая лебедка; У — ; 1100 — мощность, создаваемая подъемным валом, кВт М1 — не применяется водяное охлаждение тормозов (М2-применяется, Д-для работы с дизельным приводом, Э -с электрическим приводом).

ЛБ-75-Бр — маркировка Волгоградских лебедок.

Скорость спуска колонн определяется их весом, длиной и технологическими условиями скважины. Наибольшая скорость спуска 3 м/с, наименьшая при спуске обсадных колонн 0,2 м/с. В процессе бурения подача бурового инструмента не должна превышать 1,5 м/мин.

Основные параметры:

1) мощность привода на барабане лебедки:

;

где вес крюка; вес подвешенного оборудования; скорость крюка; к.п.д. талевой системы.

2) крутящий момент на подъемном валу:

; ;

где натяжение ходового конца; к.п.д. барабана лебедки; коэффициент, учитывающий инерционные силы при спуске;

кратность полиспаста (число рабочих струн); максимальный диаметр навивки.

3) Максимальная скорость подъёма

Vx = Vкр * iТС

где Vкр – скорость подъёма крюка; iТС – кратность оснастки.

При iТС ≤ 10 , Vкр = 2 м/с

iТС ≥ 10, Vкр = 20/ iТС.

4) Диаметр барабана лебедки выбирают в зависимости от диаметра талевого каната Dб = (23 – 26) * dК

Кинематика подъёмного механизма

В первый период происходит разгон барабана лебедки, поэтому составляет ускорение движения крюка и V(от 0 до начально установившегося VНУ). Для снижения динамических нагрузок ускорение при разгоне должно быть минимально. При линейном нарастании;

А1-ускорение крюка при разгоне; t1-продолжительность разгона; H1-путь крюка во время разгона; γ- угол наклона кривой V.

2-й период установившееся движение, при котором двигатель и барабан лебедки вращаются с постоянной частотой

DT-диаметр навивки каната на барабан; ITP и ITC- передаточные числа трансмиссии и талевой системы.

Вследствие суммирования диаметра навивки талевого каната горизонтальный участок тахограмммы приобретает ступенчатый вид. В кинематических расчетах пользуясь средней установившейся V подъема:

Где VКУ- конечная установившаяся V подъема крюка. Исходя из средней установившейся V, для периода подъема имеем: А2=0; VCУ=const; HI=VСУ∙t2/

В 3-й период происходит торможение буровой лебедки при котором конечная установившаяся V подъема снижается до 0. A3=const; VКУ=A3∙t3; H3=A3∙t3/2.

где А3- замедление крюка при торможении; VКУ- V крюка в начале торможения.

БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ

Буровую лебедку применяют для спуска и подъема бурильной колонны, спуска обсадных колонн, удержания на весу неподвижной бурильной колонны или медленного ее опускания (подачи) в процессе бурения. Кроме того, в ряде случаев, буровая лебедка используется для передачи мощности от двигателя к ротору, свинчивания и развинчивания труб, подтаскивания грузов и других вспомогательных работ. Лебедка является одним из основных агрегатов буровой установки.

При подъеме крюка мощность подводится к лебедке от двигателей, а при спуске,наоборот, тормозные устройства должны преобразовывать всю освободившуюся энергию в теплоту.

Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены на подшипниках качения подъемные и трансмиссионные (один или два) валы, ленточный и гидравлический или электрический тормоза и пульт управления. Кроме того, на некоторых лебедках монтируются коробки перемены передач, позволяющие сократить число валов лебедки.

Буровые лебедки оборудуются двумя видами тормозов: ленточными и гидравлическими или электрическими. Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб на весу, регулирования скорости спуска и полного торможения в конце спуска, а также для подачи долота в процессе бурения, если бурят без автомата подачи. Буровые лебедки обычно снабжаются двухленточными тормозами с ручным и пневматическим управлением

Буровые лебедки. Назначение, конструкция и классификация.

Буровая лебедка является основным механизмом буровой установки и предназначена для производства следующих операций:

Ø спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

Ø удержания колонны труб на весу в процессе бурения или промывки скважины;

Ø передачи вращения ротору;

Ø свинчивания и развинчивания труб;

Ø производства вспомогательных работ по подтаскиванию в буровую инструмента, оборудования, труб и др.;

Ø для подъема собранной вышки в вертикальное положение.

Буровые лебедки различаются по мощности и другим техническим параметрам, а также по кинематическим и конструктивным признакам.

Мощность буровых лебедок,

регламентируемая для отечественных лебедок ГОСТ 16293—82, находится в пределах 200—2950 кВт в зависимости от глубин бурения.

По числу скоростей подъема

различают двух-, трех- четырех- и шестискоростные буровые лебедки. За рубежом применяются восьми- и десятискоростные буровые лебедки. Скорости подъема изменяются путем переключения передач между валами лебедки либо посредством отдельной коробки перемены передач.

В зависимости от используемого привода

различают буровые лебедки со ступенчатым, непрерывно-ступенчатым и бесступенчатым изменением скоростей подъема. Ступенчатое изменение скоростей подъема имеется в буровых лебедках с механическими передачами от тепловых двигателей и электрических двигателей переменного тока. При гидромеханических передачах лебедки с теми же двигателями имеют непрерывно-ступенчатое изменение скорости подъема. В случае использования привода от электродвигателей постоянного тока, скорости подъема лебедки изменяются бесступенчато по кривой постоянства мощности двигателя.

По схеме включения быстроходной передачи

различают буровые лебедки с независимой и зависимой «быстрой» скоростью. Как известно, при спуске бурильных и обсадных труб в соответствии с последовательностью выполняемых операций используются две скорости: тихая — для приподъема колонны труб с целью освобождения клиньев или элеватора и быстрая —для последующего подъема незагруженного элеватора за очередной свечой. Для ускорения спуска переключение указанных скоростей не должно много времени и поэтому осуществляется фрикционными муфтами с поста бурильщика. Буровые лебедки с независимой схемой скоростей позволяют поднимать незагруженный элеватор на быстрой скорости независимо от тихой скорости, используемой для приподъема. При зависимой схеме незагруженный элеватор поднимают на разных скоростях, равных либо пропорциональных скорости, используемой для приподъема колонны труб.

По числу валов

различают одно-, двух- и трехвальные буровые лебедки. Одно- и двухвальные лебедки снабжаются отдельной коробкой перемены передач. В трехвальных лебедках скорости подъема изменяются с помощью передач, установленных между валами самой лебедки. Для вспомогательных работ двух- и трехзальные буровые лебедки снабжаются фрикционной катушкой. В случае использования одновальной лебедки для этого подключают дополнительную вспомогательную лебедку.

Буровые лебедки различаются по числу скоростей, передаваемых ротору, и кинематической схеме передач,

установленных между лебедкой и ротором.

По способу управления подачей долота

различают буровые лебедки с ручным и автоматическим управлением, осуществляемым посредством регулятора подачи долота.

По конструкции буровые лебёдки делятся на две группы:

Двух или трёхвальные (У2-5-5 и У2-2-11).

Расшифровка обозначений:

§ У – завод Уралмаш; первая цифра – номер агрегата;

§ вторая цифра – число скоростей лебёдки (для У2-5 с учётом скоростей коробки скоростей, а для У2-2 с учётом только скоростей лебёдки без коробки скоростей);

§ третья цифра – номер модели в хронологической порядке проектирования.

Одновальные с коробкой переменных передач (ЛБУ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1700). Расшифровка обозначений: ЛБ – лебёдка буровая; У – завод Уралмаш; 750, 1100, 1700 – мощность на барабане в лошадиных силах.

Буровые лебёдки первой группы состоят из сварной рамы, на которой вмонтирован подшипник качения, подъёмный вал с барабаном для навивки талевого каната, промежуточные и трансмиссионные валы. Все валы кинематически связаны между собой цепными передачами, которые передают им крутящие моменты и используются для регулирования частоты вращения валов. На промежуточном валу, кроме звёздочек цепной передачи, в ряде случаев установлены специальные катушки для проведения работы по подтаскиванию грузов, навинчиванию и развинчиванию труб, при спуско-подъёмных операциях. Такие валы называются катушечными. В одно и двухвальных лебёдках катушки не устанавливаются, а для выполнения работ по подтаскиванию грузов и свинчиванию труб используют вспомогательные лебёдки и пневмораскрепители. Рама лебёдки закрыта предохранительными щитами.

Подъёмный вал лебёдки оборудуется двумя видами тормозов – ленточным с ручным и пневматическим управлением (расположенными на тормозных шкивах барабана лебёдки) и гидравлическим или электрическим (соединённым через муфту с подъёмным валом).

Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб навесу, регулирования скорости спуска и полного торможения, а также для подачи долота на забой при бурении скважин. Гидравлические или электрические тормоза нужны для замедления спуска колонны и облегчения работы на ленточном тормозе.

Для обеспечения равномерной подачи долота на забой все современные конструкции лебёдок оснащаются автоматами АПД или регуляторами РПД подачи долота, которые соединяются цепными передачами с подъёмным валом и во время бурения включаются с цепными кулачковыми муфтами. Лебёдки снабжены специальной трансмиссией для вращения ротора.

В лебёдках ЛБУ-1100, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, входящих в комплекты буровых установок соответственно БУ-5000, БУ-6500, БУ-8000 с электроприводом, трансмиссия ротора отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя.

Рис. 18. Буровая лебедка ЛБУ-750

Одновальная лебёдка ЛБ-750 состоит из: станины, на которой на двух кронштейнах в подшипниках смонтирован подъёмный вал барабана с тормозными шкивами, шинопневматическими фрикционными муфтами и кулачковой муфтой, а также звёздочками цепных передач. На станине также смонтирован пульт управления лебёдкой, промежуточный вал привода ротора и вспомогательный тормоз.

Рис. 19. Принципиальная схема трехвальной лебедки:

1

— главный барабан;
2
— механический тормоз (главный); 3 — фрикционная муфта мед­ленного вращения;
4 —
вертлюжок для подвода воды и воздуха;
5
— шпилевая катушка;
6 —
передача медленного вращения; 7 — трансмиссионный вал;
8
— передача привода ка­тушечного вала;
9
— муфта включения катушечного вала;
10 —
передача привода быст­рого вращения;
11 —
катушка для раскрепления замков;
12
— фрикционная муфта вклю­чения быстрого вращения;
13
— муфта включения вспомогательного тормоза; — вспомогательный тормоз;
15
— вертлюжок для подачи воздуха и отвода воды;
16 —
передача привода ротора;
17
— балансир механического тормоза;
18
— коленчатый вал тормоза;
19
— тормозная лента;
20 —
рычаг тормоза;
2.1 —
цилиндр пневматического тор­можения.

ТАЛЕВАЯ СИСТЕМА

Талевая (полиспастовая) система буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка и уменьшения нагрузки на ветви каната

Через канатные шкивы кронблока и талевого блока в определенном порядке пропускается стальной талевый канат, один конец которого крепится неподвижно. Другой конец, называемый ходовым (ведущим), крепится к барабану лебедки.

Кронблок представляет собой раму, на которой смонтированы оси и опоры со шкивами. Иногда рама выполняется за одно целое с верхней частью вышки.

Оснастка талевой системы. По мере углубления скважины вес груза, который приходится поднимать или спускать, беспрерывно увеличивается. Так как двигатель для лебедки подбирается исходя из условий подъема или спуска груза максимального веса, то совершенно очевидно, что в процессе бурения скважины он используется неэффективно. Полная мощность его используется только при достижении проектной глубины скважины и то лишь при подъеме первых свечей. Поэтому стремятся подобрать такой полиспастовый механизм, который потребовал бы меньшей мощности. Это достигается применением различных оснасток талевой системы: 2×3; 3×4; 5×6; 6×7.

Буровые крюки и крюкоблоки. Буровые крюки изготовляют в виде отдельных крюков или крюков, соединенных с талевым блоком (крюкоблоки). Они служат для подвешивания при помощи штропов с элеватором бурильной и обсадной колонн в процессе спуско-подъемных работ, в процессе бурения для подвешивания вертлюга с бурильной колонной, а также для подъема, спуска и подтаскивания грузов при буровых и монтажно-демонтажных работах.

По конструкции крюки бывают одно-, двух- и трехрогие. В настоящее время трехрогие крюки почти полностью вытеснили двурогие и однорогие крюки. Наличие трех рогов позволяет штропы, подвешенные на боковые рога крюков в начале бурения, не снимать до конца бурения скважины, в результате чего облегчается труд буровой бригады и сокращается время, затрачиваемое на вспомогательные операции.

По способу изготовления крюки бывают коваными, составными, пластинчатыми и литыми.

Конструктивные особенности и преимущества буровых лебедок серии ЭТ

• зубчатая трансмиссия позволяет получить на подъемном валу «тихую» и «быструю» скорости. «Быстрая» скорость — для подъема и спуска бу-рильной колонны и порожнего элеватора, «тихая» скорость предназначена для работы с обсадной колонной и ликвидации аварий.
• многофункциональный привод: электродвигатель привода лебедки обеспечивает не только подъем, но и регулируемый спуск бурильных и обсадных колонн и порожнего элева-тора до полной остановки и удержания в неподвижном состоянии; регулируемая подача долота на забой в режиме регулятора подачи долота; при отказах в сети основного электроснабжения двигатель способен произвести подъем бурильных труб, работая от дизельной электростанции мощностью 200 кВт.
• дисковой тормоз включает в себя 2 диска, 2 системы привода — рабочую и аварийную. Тормоз с приводом от рабочего цилиндра используется для фиксации в неподвижном состоянии. Износ колодок и дисков практически исключен.
• барабан: на барабане выполнена нарезка и предусмотрена защита реборд кольцевыми накладками из износостойкой стали.
• бесконтактные уплотнения: особая конструкция уплотнена не только исключает протекание масла наружу, но и проникновение пыли и влагт внутрь корпуса трансмиссии; в уплотнении отсутствуют изнашиваемые детали типа манжет.
• дистанционное управление создает комфортные условия труда. Все управление практически сводится к управлению рукояткой командоаппарата системы управления двигателем. Бурильщик может работать в положении «сидя».

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СПО

Для производства спуско-подъемных операций буровая бригада должна быть оснащена, во-первых, инструментами для захвата и подвешивания колонны труб (элеваторами, клиновыми захватами и т. п.) и, во-вторых, инструментом для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб (машинные ключи, круглые ключи и т. п.).

Инструмент для захвата и подвешивания колонны труб. В качестве такого инструмента применяют элеваторы, клинья и спайдеры (элеваторы с плашечными захватами). Устройства для захвата и подвешивания колонн различаются по размерам и грузоподъемности.

Инструменты для свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб.

В качестве такого инструмента применяют различные ключи. Одни из них предназначаются для свинчивания, а другие для крепления и открепления резьбовых соединений колонны, Обычно легкие круговые ключи для предварительного свинчивания рассчитаны на замки одного диаметра, а тяжелые машинные ключи для крепления и открепления резьбовых соединении на два, а иногда и более размеров бурильных труб и замков.

Механические ключи для свинчивания и крепления труб. С целью облегчения труда и ускорения процесса спуска и подъема широко применяют:

1. Стационарные автоматические ключи типа АКБ, полностью механизирующие все операции по свинчиванию и развинчиванию, включая крепление и раскрепление резьбовых соединений, а также вспомогательные операции (подвод-отвод ключа, захват и освобождение трубы), что позволяет ускорить эти работы на 8-10%. Выпускаются автоматические ключи универсальные, в том числе для свинчивания и крепления обсадных труб — АКБУ. Автоматические ключи должны оснащаться моментомером;

2. Подвесные пневматические ключи типа ПБК, механизирующие основные операции по свинчиванию бурильных труб. Применение ключей типа ПБК ускоряет эти работы на 3-5 %.

Основное направление автоматизации спуско-подъемных операции в настоящее время-оснащение буровых установок средствами механизации и управления спуско-подъемом в оптимальном режиме. Под оптимизацией спуско-подъемных операции понимают минимальные затраты на спуско-подъем с учетом ограничений по технологии проводки скважин.

На основе создания ряда механизмов для автоматизации и механизации отдельных операций спуско-подъемных работ в нашей стране создан автомат спуско-подъем а (АСП). Эта установка позволяет комплексно механизировать спуско-подъемные операции. Комплекс механизмов АСП обеспечивает:

1. совмещение во времени спуска и подъема колонны бурильных труб и ненагруженного элеватора с операциями свинчивания и развинчивания свечей, их установку на подсвечник и вынос к центру скважины;

2. механизацию свинчивания и развинчивания замковых соединений свечей;

3. автоматизацию захвата и освобождения колонны бурильных труб элеватором;

4. механизацию установки свечей на подсвечник и выноса их к центру скважины;

5. механизацию смазки резьбовых соединений свечей.

Совмещение операций достигается введением в комплект установки специальной талевой системы и механизмов для расстановки свечей. При наличии этих механизмов буровая лебедка лишь поднимает и опускает колонну труб и порожний элеватор, все операции с отвинченной свечой производятся механизмами для их расстановки. Это позволяет значительно сократить время на спуско-подъемные операции.

Строение буровой лебедки и принцип ее работы

БУРОВЫЕ НАСОСЫ

Буровые насосы предназначены для подачи под давлением бурового раствора в скважину. Для бурения применяются только горизонтальные, приводные, поршневые насосы. Используются двух- и трехцилиндровые буровые насосы.

Нагнетательный трубопровод предназначен для подачи бурового раствора от насоса к напорному буровому рукаву. Нагнетательный трубопровод состоит из горизонтального и вертикального (стояка) участков. На горизонтальном участке трубопровода монтируются патрубки для присоединения к насосам, патрубки для обвязки противовыбросового оборудования, магистральные и пусковые задвижки и патрубок для манометра. Горизонтальный участок трубопровода выполняется с уклоном в сторону насосов для обеспечения отекания бурового раствора через пусковую задвижку, которая устанавливается в самой низкой точке трубопровода.

Стояк — вертикальный участок трубопровода — в верхней части имеет горловину с фланцем для присоединения бурового шланга, а в нижней части — патрубок с задвижкой для присоединения промывочных агрегатов и патрубок для манометра.

В процессе эксплуатации буровых насосов в нагнетательном трубопроводе может создаться давление, превышающее допустимое. Это может привести к разрыву напорной линии и самого насоса и к травмированию обслуживающего персонала.

Для предупреждения аварий такого рода на каждом буровом насосе монтируется специальное устройство, в которое вставляется предохранитель — тарированная на определенное давление пластина. Это устройство соединяется со сливной трубой, через которую при разрыве предохранительной пластины буровой раствор отводится в приемную емкость.

СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Под силовым приводом понимается комплексное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии или энергии топлива в механическую и обеспечивающее управление преобразованной механической энергией.

Основные элементы силового привода — двигатель, передаточные устройства (механизмы) от него к исполнительному механизму и устройства системы управления.

Привод основных исполнительных механизмов буровой установки (лебедки, буровых насосов, ротора) называется главным приводом. В зависимости от вида двигателя и типа передачи он может быть электрическим, дизельным, дизель-гидравлическим, дизель-электрическим и газотурбинным. Наиболее широко применяются в современных буровых установках электрический, дизельный, дизель-гидравлический, дизель- электрический приводы.

Основные преимущества электрического привода переменного тока — его относительная простота в монтаже и эксплуатации, высокая надежность, экономичность. В то же время буровые установки с этим типом привода можно использовать лишь в электрифицированных районах.

Дизельный привод применяют в районах, не обеспеченных электроэнергией необходимой мощности. Основной недостаток ДВС — отсутствие реверса, поэтому необходимо специальное устройство для получения обратного хода. ДВС типа дизель допускают перегрузку не выше 20%.

Дизель-гидравлический привод состоит из ДВС и турбопередачи. Турбопередача — это промежуточный механизм, встроенный обычно между дизелем и трансмиссией. Применение турбопередачи обеспечивает: плавный подъем груза на крюке; работу двигателя, если нагрузка на крюке больше той, которую сможет преодолеть ДВС, в этом случае двигатель будет работать при пониженных, но вполне устойчивых частотах вращения; большую долговечность передачи.

Наибольшим преимуществом обладает привод от электродвигателей постоянного тока, в конструкции которого отсутствуют громоздкие коробки перемены передач, сложные соединительные части и т. п. Электрический привод постоянного тока имеет удобное управление, может плавно изменять режим работы лебедки или ротора в широком диапазоне.

Дизель-электрический привод состоит из приводного электродвигателя, связанного с исполнительным механизмом; генератора, питающего этот электродвигатель; дизеля, приводящего во вращение генератор, также необходимо дизельное топливо, доставка!

Метод разработки бурение, страница 31

Технологические причины: неправильное соотношение диа­метров УБТ и скважины; потеря устойчивости нижней части бу­рильной колонны; неправильный выбор числа, мест установки и конструкции приспособлений, центрирующих нижнюю часть бу­рильной колонны в скважине; применение режима бурения, па­раметры которого не соответствуют конструкции нижней части бурильной колонны и геологическим условиям залегания прохо­димых пород.

В результате искривления ствола скважины интенсивнее изна­шиваются бурильные трубы, замки, муфты; осложняются спуско-подъемные операции вследствие затяжек бурильной колонны; вероятны желобообразования и обвалы пород; расходуется допол­нительная мощность на вращение бурильной колонны; затрудня­ется спуск обсадных колонн в скважину; возрастает вероятность смятия обсадных труб в местах резких искривлений ствола; ос­ложняется цементирование обсадных колонн (вследствие прижа­тия колонны к одной стороне ствола скважины), равномерное за­полнение цементным раствором затрубного пространства; увели­чивается объем инклинометрических измерений и затрудняется их проведение.

Искривление скважины влияет на ее эксплуатацию.

1.11.БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ

Лебедка — основной механизм буровой установки. Она пред­назначена для проведения следующих операций:

спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

удержания колонны труб на весу в .процессе бурения или про­мывки скважины;

передачи вращения ротору;

свинчивания и развинчивания труб;

вспомогательных работ по подтаскиванию в буровую инстру­мента, оборудования, труб и др.;

подъема собранной вышки в вертикальное положение.

В буровую лебедку входит сварная рама, на которой разме­щены подъемный, трансмиссионный и промежуточный валы, ко­робка перемены передач (КПП), тормозная система, состоящая из основного (ленточного) и вспомогательного (регулирующего) тормозов, пульт управления. Все механизмы закрыты предохрани­тельными щитами.

Подъемный вал лебедки преобразовывает вращательное дви­жение силового привода в поступательное движение талевого ка­ната. На подъем нагруженного крюка затрачивается мощность, зависящая от силы тяжести поднимаемых труб, а опускается крюк под действием веса труб. Поэтому лебедки имеют механизмы для подвода мощности при подъеме и тормозные устройства. Для повышения скорости во время подъема крюка лебедки или их приводы выполняют многоскоростными. Переключение с высшей скорости на низшую и обратно осуществляется фрикци­онными оперативными муфтами, обеспечивающими плавное вклю­чение и минимальную затрату времени на эти операции. Мощ­ность, передаваемая на лебедку, характеризует основные эксплуа­тационно-технические ее свойства и является главным ее пара­метром.

Современные буровые лебедки отечественного производства выполняются в основном по двум компоновочным схемам:

лебедка со всеми узлами монтируется на одной общей раме и представляет собой один агрегат (например, У2-2-11, ЛБ-750);

лебедка, состоящая из двух отдельно транспортируемых агре­гатов (подъемный и коробка перемены передач), которые соеди­няются между собой при помощи стяжек (например, ЛБУ-1100, ЛБУ-1400).

У лебедки У2-5-5 подъемный агрегат соединен с КПП двумя мощными карданными валами со стороны, противоположной пульту бурильщика.

В последнее время выпускают буровые установки, в которых основная лебедка размещена ниже пола буровой, а для выполне­ния вспомогательных операций (раскрепление труб, подтаскива­ние мелких грузов и т. д.) используют вспомогательные лебедки. При этом конструкция основной лебедки упрощается и соответ­ственно снижается ее масса.

Узлы буровой лебедки

Станина

представляет собой металлическую сварную раму, па которой монтируются узлы лебедки. Станина предохраняет отдельные детали лебедки от повреждения и потери при транспор­тировке, а также сообщает лебедке жесткость и прочность.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ОЧИСТКИ И ОБРАБОТКИ БУРОВОГО РАСТВОРА

Приготовление буровых растворов может осуществляться в механических мешалках и гидравлических смесителях.

В настоящее время в отечественной практике для приготовления буровых растворов широко применяются порошкообразные материалы. Для приготовления буровых растворов из этих материалов используют следующее оборудование: блок приготовления раствора (БПР), выносной гидроэжекторный. смеситель, гидравлический диспергатор, емкости ЦС, механические и гидравлические перемешиватели, поршневой насос.

БПР представляет собой единый транспортабельный блок, на раме которого смонтированы две цилиндрические телескопические емкости, состоящие из общего нижнего основания, на котором установлены неподвижные части емкости, и верхней подвижной части. Обе части емкости соединены между собой уплотнением из резинотканевой материи.

В целом ряде случаев буровой раствор приготовляется при помощи механической мешалки (глиномешалки). В механических глиномешалках можно приготовить растворы из сырых глин, глинобрикетов и глинопорошков.

Более эффективны, чем глиномешалки, фрезерно-струйные мельницы. Фрезерно-струйная мельница представляет собой металлическую емкость, разделенную перегородкой на две части: приемный бункер и метательную камеру с лопастным ротором. Комовая глина загружается в бункер, куда подается вода. Лопастной ротор измельчает и выбрасывает глину вместе с водой на диспергирующую рифленую плиту, где происходит интенсивное диспергирование глины.

Очистка промывочной жидкости от обломков выбуренной породы (шлама). Буровой раствор, выходящий на поверхность из скважины, может быть вновь использован, но для этого он должен быть очищен от обломков выбуренной породы (шлама).

Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко и маслоотделители), сепараторы, центрифуги. В составе циркуляционной системы все эти механические устройства должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения бурового раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина — газовый сепаратор- блок грубой очистки от шлама (вибросита) -дегазатор-блок тонкой очистки от шлама (песко- и илоотделители, сепаратор)-блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга, гидроциклонный глиноотделитель)-буровые насосы — скважина.

Для очистки буровых растворов, как обязательная, принята трехступенчатая система.

Вибросита. Очистка бурового раствора от шлама с помощью вибрационных ситмеханический процесс, в котором частицы отделяются с помощью просеивающего устройства.

Гидроциклонные шламоотделители. Буровой раствор подается насосом в гидроциклон. Под влиянием центробежных сил более тяжелые частицы отбрасываются к периферии и по конусу гидроциклона спускаются вниз и сливаются наружу. Чистый буровой раствор концентрируется в центральной части гидроциклона и сливается в приемный резервуар.

МАЛАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ

К малой механизации относятся машинные ключи, элеваторы, доска отворота долота, крючки (для подвода и отвода труб).

Элеватор служит для захвата и удержания на весу колонны бурильных (обсадных) труб при спуско-подъемных операциях и других работах на буровой. Применяют элеваторы различных типов, отличающиеся размерами в зависимости от диаметра бурильных или обсадных труб, грузоподъемностью, конструктивным исполнением и материалом для их изготовления.

Элеватор при помощи штропов подвешивается к подъемному крюку.

Клинья для бурильных труб используют для подвешивания бурильного инструмента в столе ротору Они вкладываются в конусное отверстие между трубой и вкладышами ротора. Применение клиньев ускоряет работы по спуско-подъемным операциям. В последнее время широко используются автоматические клиновые захваты с пневматическим приводом — ПКР (в этом случае клинья в ротор вставляются не вручную, а при помощи специального привода, управление которым вынесено на пульт бурильщика).

Клинья для обсадных труб (элеваторы с плашечными захватами). Для спуска тяжелых обсадных колонн применяют клинья с неразъемным корпусом. Клинья устанавливают на специальных подкладках над устьем скважины. Клин состоит из массивного корпуса, воспринимающего вес обсадных труб.

Машинные ключи. Операция крепления и открепления резьбовых соединений бурильных и обсадных колонн осуществляется двумя машинными ключами, при этом один ключ (задерживающий) — неподвижный, а второй (завинчивающий) — подвижный.

Буровые лебедки серии ЭТ

Буровые лебедки серии ЭТ — оригинальная разработка, представляющая собой размерный ряд лебедок грузоподъемностью от 125 до 500т, обеспечивающих эффективную работу по проведению спуско-подъемных операций и бурению.

Лебедки серии ЭТ имеют единую кинематическую схему и конструкцию, оснащены электроприводом постоянного тока, работающим по схеме «тиристорный преобразователь-двигатель».

Лебедки просты по устройству, компактны и их масса меньше лебедок с цепной трансмиссией.

Уникальная конструкция лебедок серии ЭТ позволяет отказаться от традиционных конструктивных элементов: цепной передачи, шинно-пневматических муфт, электромагнитного или гидродинамического тормоза, ленточного тормоза и рукоятки управления тормозом.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ (КИП)

К КИП относятся: манометры (МБГ-1), гидравлический и электрический индикаторы веса (ГИВ-6 и МКН-1), датчик для измерения крутящего момента на роторе (ДКМ), уровнемер (УП-11М), тахометры (используются для определения частоты вращения силового привода), расходомеры (РГР-7), приборы для определения свойств промывочной жидкости.

Нагрузку на забой определяют как разницу между весом буровой колонны, когда инструмент чуть приподнят над забоем, и весом ее во время бурения. Вес буровой колонны измеряют индикатором веса по натяжению неподвижного конца талевого каната.

Разработаны и находят применение в практике гидравлические и электрические индикаторы веса.

Гидравлические индикаторы выпускают на пределы измерения 40-80 кН, 120-180 кН и 200-250 кН. Трансформаторы давления градуируют с канатами определенного диаметра. Основная приведенная погрешность составляет ±2,5%.

Гидравлические индикаторы веса просты по конструкции, несложны в эксплуатации, однако не позволяют производить дистанционные измерения и регистрацию параметров, часто нарушается герметичность измерительных систем.

Электрические индикаторы веса также измеряют вес бурового инструмента и давление на забой по нагрузке в «мертвом» конце талевого каната. В их состав входят датчик с преобразователем и вторичный прибор.

Предел измерения нагрузки электрическим индикатором веса — до 250 кН, погрешность измерения — 2,5%.

Крутящий момент на роторном столе контролируют по силе, передаваемой ротором подроторному основанию. Крутящий момент измеряют независимо от направления вращения ротора и натяжения цепной передачи. Крутящий момент роторного стола, приводящий во вращение колонну труб с инструментом, измеряют по изменению натяжения цепной передачи датчиком ДКМ, который устанавливают под ведущей вет-

вью цепи привода роторного стола. Один из важнейших параметров режима промывки скважины — расход бурового раствора. Для измерения расхода разработаны различные устройства. На практике наиболее широко применяют индукционный расходомер РГР-7, принцип действия которого основан на законе электромагнитной индукции.

Контроль за давлением бурового раствора имеет существенное значение. Изучение давления в нагнетательной системе буровой установки позволяет судить о работе насосов и всей циркуляционной системы, эффективности промывки скважины, сигнализирует о возможных осложнениях.

Для контроля давления бурового раствора на выкиде насоса используют механические и электрические манометры. Наиболее широкое применение нашел манометр буровой геликсный МБГ-1, принцип действия которого основан на преобразовании измеряемого давления в угол поворота бесконтактного сельсина-датчика с последующей дистанционной передачей показаний.

Для непрерывного измерения уровня бурового раствора в приемной емкости буровых насосов и выдачи светового и звукового сигналов аварии при отклонении уровня от установленного служит уровнемер УП-11М, состоящий из двух датчиков (поплавкового типа) уровня, переключателя, регистратора, сигнальной сирены. Прибором можно измерять уровень до 0,9 м, основная приведенная погрешность его измерения составляет ± 6%.

К наиболее важным параметрам, характеризующим буровой раствор, относится плотность. От плотности зависит давление на пласты, образующие стенки скважины, перенос энергии от насоса к забойному двигателю (турбобуру), размыв породы на забое и т. д.

Устройства для измерения, плотности жидкости — плотномеры по принципу действия делят на гравитационные (АВП-1), в которых взвешивается определенный объем жидкости; гидростатические, измеряющие давление столба жидкости постоянной высоты (к ним относятся и пьезометрические); поплавковые; радиоактивные (ПЖР-5), основанные на принципе поглощения радиоактивного излучения; резонансные (вибрационные), в которых используется частота собственных колебаний твердых тел в исследуемой среде. В гравитационных плотномерах чувствительный элемент представляет собой камеру постоянного объема, через которую непрерывно протекает контролируемая жидкость. Приращение массы чувствительного элемента пропорционально изменению плотности.

К основным характеристикам буровых растворов относят реологические показатели (параметры): предельные статическое и динамическое напряжения сдвига, эффективную и пластическую вязкость.

При нормальной температуре предельное статическое напряжение сдвига измеряют прибором СНС-2, который состоит из измерительной части и привода, смонтированного на прямоугольной плите.

Для измерения предельных статического и динамического напряжении сдвига и эффективной и пластической вязкости предназначены ротационные вискозиметры ВСН-2 и ВСН-3. ВСН-2 применяют для исследования свойств бурового раствора при повышенных температурах (до 200° С) и давлениях (до 15 МПа).

Ротационный вискозиметр ВСН-3 предназначен для измерения пластической вязкости, предельных динамического и статического напряжений сдвига буровых растворов при атмосферном давлении и температуре до 373о К. Прибор применяют кк в промысловых, так и в лабораторных условиях.

Для исследования буровых растворов при высоких температурах и давлениях применяют высокотемпературный реометр. Реометр позволяет определить предельное статическое напряжение сдвига в диапазоне от 60 до 200 Па. Максимальная температура нагрева исследуемого раствора 300° С, максимальное рабочее давление 15 МПа.

От интенсивности водоотдачи буровых растворов и, следовательно, от коркообразования зависят степень изменения объема склонных к набуханию горных пород и сужения ствола, образование осыпей, следствием чего могут быть затяжки и прихваты бурильного инструмента, снижение коллекторских свойств продуктивных пластов в приствольной зоне, приводящее к снижению их нефтеотдачи, качества цементирования скважин.

Разработаны различные методы и устройства для измерения водоотдачи в статическом и динамическом режимах. Все устройства включают емкость для бурового раствора и фильтр и позволяют создавать перепады давления на фильтрующем элементе.

Для измерения статической водоотдачи при нормальных условиях используют устройство ВМ-6. Прибор типа УИВ-2 предназначен для измерения статической водоотдачи буровых растворов при 250° С и перепадах давления до 5 МПа.

Существуют методы и устройства для установления общего содержания газа в буровом растворе и устройства для определения компонентного состава газа. К первой группе можно отнести метод, основанный на естественной дегазации жидкости при пятикратном разбавлении водой, и устройства ВГ-1, ВГ-2. ВГ-1 позволяет определить как содержание газа, так и водоотдачу бурового раствора.

Ко второй группе устройств относятся полуавтоматические приборы контроляпараметров растворов, автоматический детектор газа, автоматический прибор, установки для газометрических работ при бурении скважины.

Оборудование и агрегаты буровой установки

Спуско-подъемный комплекс буровой установки

Функциями спуско-подъемного комплекса являются:

· спуск, подъем и наращивание бурильных труб в процессе бурения и проведения вспомогательных работ;

· спуско-подъемные операции с аварийным и специальным инструментом;

· спуск обсадных труб.

· Спуско-подъемный комплекс буровой установки включает в себя буровую лебедку и талевую систему.

Рис. 26.3. Упрощенная схема размещения спуско-подъемного оборудования на буровой установке:

1 – крюк; 2 – талевый блок; 3 – талевый канат; 4 – кронблок; 5 – буровая вышка; 6

– лебедка; 7 – механизм крепления неподвижной ветви. А – ходовой конец каната; – неподвижный конец каната

Оборудование подъемного комплекса работает в режиме повторно-кратковременных меняющихся по величине нагрузок. Процесс подъема из скважины колонны, скомпонованной из свечей, состоит из циклов, содержащих повторяющиеся в строго определенной последовательности операции:

— захват колонны элеватором;

— подъем всей колонны на длину одной свечи при нагрузке на крюк, равной весу поднимаемой колонны в растворе и силам сопротивления при ее движении в скважине;

— установку колонны на стол ротора;

— освобождение от растягивающей нагрузки поднятой на поверхность свечи;

— раскрепление ключами, отвинчивание от колонны поднятой свечи и установки ее внутри буровой в специальном магазине или укладку на мостки около буровой;

спуск ненагруженного крюка и элеватора для захвата колонны, подвешенной на роторе;

— захват и подъем колонны на длину следующей свечи и т.д.

При спуске колонны эти операции выполняют в обратной последовательности, но с другой продолжительностью и нагрузками.

Буровые лебедки

Буровая лебедка является основным механизмом спуско-подъемного комплекса. С помощью буровой лебедки и талевого механизма поднимают, удерживают на весу бурильную колонну, обсадные трубы и другой инструмент при бурении и креплении скважин. При подъеме вращательное движение, сообщаемое лебедке от привода, с помощью талевого каната, преобразуется в поступательное движение талевого блока. При спуске тормозные устройства буровой лебедки ограничивают скорость спуска талевого блока, опускающегося под действием собственного веса и веса подвешенного к нему инструмента. Буровые лебедки используются также для передачи вращения ротору, свинчивания-развинчивания бурильных и обсадных труб, для подъема и подтаскивания различных грузов при бурении скважины, монтаже и ремонте установки.

По назначению лебедки бывают основные и вспомогательные.

Основные лебедки выполняют главную функцию – выполнение спуско-подъемных операций с бурильными и обсадными трубами. Вспомогательные лебедки могут выполнять также функции подтаскивания грузов, проведения монтажных работ и т.п.

Классифицируются лебедки по следующим параметрам:

¾ расчетная мощность на входном валу;

¾ грузоподъемность (при указанной оснастке талевой системы);

¾ число скоростей вращения подъемного вала;

¾ размеры подъемного вала.

Рис. 8.6. Лебедка ЛБУ37-1100-Д-1

Все узлы лебедки (рис. 8.4) устанавливаются на раме (1). Лебедка включает в себя коробку передач (7) с механизмом переключения скоростей (5). Справа и слева от коробки передач устанавливаются блоки быстроходной (11) и тихоходной (14) передач. В корпусах подшипников тихоходной ванны размещен промежуточный вал (4), на который установлена ведущая звездочка тихоходной передачи. На раме установлен механизм включения зубчатой муфты (6). Регулятор подачи долота (2) подсоединяется к промежуточному валу посредством зубчатой муфты и механизма включения (3). Подъемный вал (12) установлен на подшипниках, один из которых расположен в тихоходной ванне, а другой на отдельной опорной стойке. С левой стороны вала установлена звездочка «тихой» скорости и сдвоенная шинно-пневматическая муфта МШУ1070. С правой стороны установлена звездочка «быстрой» скорости, звездочка трансмиссии ротора и муфта МШУ1070. С правой стороны установлена обойма зубчатой муфты. Посредством зубчатой муфты и механизма включения (10) обеспечивается соединение электромагнитного тормоза (9) с подъемным валом (12). На раме лебедки в комплекте с подъемным валом установлены узлы ленточного тормоза (13). Для обеспечения необходимых блокировок при проведении СПО и регистрации подачи долота установлен командоаппарат с датчиком глубины (15). На раме лебедки произведена разводка воздухопровода (16) для пневматического управления лебедкой и смонтирован насосный агрегат (8) системы смазки.

Все вращающиеся и подвижные элементы лебедки закрыты ограждениями. Для осмотра и доступа к цепным передачам в ваннах предусмотрены смотровые «окна» и специальные люки.

Регулятор подачи долота (РПД) помимо функции подачи долота на забой в процессе бурения, может обеспечить подъем инструмента с забоя скважины в случае выхода из строя главного привода, а также подъем и опускание буровой вышки при монтаже-демонтаже буровой установки. При включенном РПД кинематика лебедки позволяет осуществить одновременную передачу на вращение ротора от главного привода. Кинематическая схема лебедки изображена ниже (рис. 8.5).

Рис. 8.5 Кинематическая схема лебедки ЛБУ37-1100Д-1:

1 – подъемный вал (барабан); 2 – шинно-пневматическая муфта МШ1070х200; 3 – привод командоаппарата и датчика подачи ; 4 – тормоз электромагнитный ТЭИ800-60; 5 – цепная трансмиссия быстрой скорости ; 6 – цепная трансмиссия тихой скорости; 7 – регулятор подачи долота ( РПДЭ); 8 – коробка передач; 9 – редуктор (Ц2Н-450-50-32-У2); 10 – тормоз колодочный ТКГ400У2, 11 – электродвигатель 4ПФ-2Б250

Краткие характеристики буровых лебедок представлены в таблице 8.2.

Условное обозначение лебедок: ЛБУ37-1100Д-1,

где ЛБУ – лебедка буровая Уралмашзавода; 37 – максимальное натяжение каната на барабане, тс; 1100 – расчетная мощность, развиваемая приводом, кВт; Д – дизельный привод; 1 – модификация лебедки.

Таблица 8.2

Технические характеристики лебедок

*высота без бака гидродинамического тормоза;

** привод дополнительный предназначен для подъема и опускания вышки, подъема бурильных труб и аварийных работ;

*** функция РПД, кроме указанных в дополнительном приводе регулирование подачи долота на забой.

Талевый механизм

Талевый механизм или талевая система – грузонесущая часть буровой установки – представляет собой полиспаст, состоящий из кронблока и талевого блока, огибаемых стальным канатом. Талевый блок снабжен крюком или автоматическим элеватором для подвешивания бурильной колонны и обсадных труб. Нагрузка подвешенного груза распределяется между рабочими струнами каната, число которых определяется числом шкивов талевого блока и кронблока. Талевая система позволяет уменьшить усилие в канате от веса поднимаемого груза. За счет этого пропорционально увеличивается длина каната, наматываемого на барабан при подъеме груза на заданную высоту.

Оснастка талевой системы буровых установок (рис. 8.6) характеризуется тем, что оба конца талевого каната сбегают с кронблока, один из которых крепится к барабану буровой лебедки и называется ходовым или тяговым, а второй (неподвижный) – к специальному устройству на металлическом основании вышечного блока. При наматывании каната на барабан талевый блок с крюкам, подтягивается к неподвижному кронблоку. При спуске талевого блока канат разматывается с барабана, вращающегося в обратном направлении под действием веса талевого блока, крюка и подвешенной колонны труб. Неподвижная струна талевого каната используется для установки специальных датчиков, измеряющих нагрузку на крюке.

Рабочие струны талевого каната располагаются между шкивами кронблока и талевого блока, и в отличие от ходовой и неподвижной, изменяют свою длину при подъеме и спуске крюка. Отношение числа рабочих струн каната к числу ходовых струн, идущих на лебедку, называют кратностью оснастки

. Буровые лебедки связаны с талевым блоком и кронблоком одной ходовой струной, и поэтому кратность оснастки талевой системы буровых установок равна числу рабочих струн каната. Так как второй конец талевого каната неподвижный и поэтому нерабочий, кратность оснастки талевой системы буровых установок независимо от числа шкивов талевого блока и кронблока является четным числом, равным удвоенному числу шкивов талевого блока.

В двухбарабанных лебедках, используемых для неглубокого разведочного бурения, оба конца каната являются ходовыми. В этом случае, соответственно числу ходовых струн, кратность оснастки в 2 раза меньше числа рабочих струн.

Рис. 8.6. Кинематическая схема подъемного комплекса 1 – двигатель; 2 – трансмиссия с коробкой передач; 3 – лебедка; 4 – кронблок; 5 – талевый блок; 6 – крюк

Талевые механизмы монтируются на вышке буровых установок и имеют следующие характерные особенности:

¾ талевый блок с крюком располагаются над устьем скважины в свободно подвешенном состоянии и перемещаются в вертикальном направлении строго по оси скважины;

¾ высота подъема крюка ограничивается высотой вышки и безопасностью спуско-подъемных операций;

¾ диаметры шкивов и габариты других грузонесущих органов выбирают с учетом поперечных размеров буровой вышки;

¾ в целях контроля действующих нагрузок и поддержания в процессе бурения заданной осевой нагрузки на долото талевые механизмы оборудуются датчиками

¾ контрольно-измерительными приборами;

¾ действующие нагрузки и скорости спуско-подъемных операций изменяются в широком диапазоне в зависимости от глубины скважины и длины колонны труб.

Технические характеристики оборудования талевых систем различных производителей представлены в таблицах 8.3, 8.6.

Таблица 8.3

Техническая характеристика кронблоков для установок ОАО «Уралмашзавод»

Кронблоки имеют следующие условные обозначения: УКБ 6-325,

где У – обозначение завода-изготовителя, Уралмашзавод; КБ – кронблок; 325 – допускаемая нагрузка на кронблок в тс

Таблица 8.4

Технические характеристики кронблоков для установок ВЗБТ

*схемы размещения шкивов

Таблица 8.5

Технические характеристики крюкоблоков производства ОАО «Уралмашзавод»

Крюкоблоки имеют следующие условные обозначения: УТБК 6-325,

где У – обозначение завода-изготовителя, «Уралмашзавод»; ТБК – крюкоблок; 325 – допускаемая нагрузка на кронблок в тс.

Талевые канаты

В соответствии ГОСТ 16853-88, талевые канаты для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения изготовляются в трех исполнениях, различающихся по типу используемых сердечников (рис. 8.71) – с металлическим сердечником (м. с); с органическим трехпрядным сердечником (о. с); с пластмассовым стержневым сердечником (и. с).

Талевые канаты изготавливаются диаметрами 25, 28, 32, 35, 38 мм в соответствии с ГОСТ 16853-88.

Рис. 8.7. Талевые канаты типа ЛК-РО с сердечниками:

а – металлическим; б – органическим трехпрядным; в – пластмассовым

Величина разрывного усилия каната находится в прямой зависимости от величины поднимаемого груза, принятой оснастки и от установленного органами технического надзора требуемого запаса прочности на талевый канат. Для определения разрывного усилия талевого каната следует руководствоваться паспортными данными буровой установки, в которых указывается номинальное натяжение талевого каната на барабане лебедки.

Так как выбор талевых канатов для действующих буровых установок в значительной мере предопределяется диаметрами механизмов навивки буровой установки, то для получения необходимого разрывного усилия талевого каната необходимо выбрать такую его конструкцию, которая обеспечивала бы полное использование поперечного сечения каната, а также максимальное временное сопротивление разрыву проволок талевого каната.

По допускаемому разбегу предела прочности и пластических свойств (числу перегибов и скручивании до разрушения) проволоки талевых канатов делятся на две марки – высшую В и первую I. Допускаемый разбег предела прочности проволок, взятых из каната, не должен превышать величин, указанных ниже.

Для максимального использования технического ресурса талевых канатов желательно их выбирать с пятикратным запасом прочности от суммарного разрывного усилия проволок.

Долговечность стальных канатов существенно зависит от материала и конструкции их сердечника, препятствующего смещению прядей и смятию каната под действием осевых и радиальных нагрузок. Канаты с органическим сердечником из растительных волокон (пенька, сизаль, манила) наиболее гибкие. Канаты с пластмассовыми и металлическими сердечниками обладают большей сопротивляемостью поперечному сжатию, благодаря чему лучше сохраняют свою форму при огибании шкивов и намотке на барабан. Лабораторные и промысловые испытания на буровых показали, что наработка талевых канатов с пластмассовым сердечником на 20 – 30 % превышает наработку однотипных канатов с пеньковым сердечником.

Для защиты от износа и атмосферной коррозии канат покрывают при свивке специальными смазками (технический вазелин, битум в сочетании с гудроном, полиамидные смазки и др.). Смазки для талевых канатов наряду с антикоррозионными и антифрикционными свойствами должны обладать достаточной прилипаемостью (адгезией) и температурной стойкостью.

Повышенные требования к адгезионным свойствам смазок обусловлены действием значительных центробежных сил, отбрасывающих смазку с поверхности каната при огибании шкивов и барабана. Физико-механические свойства смазки должны сохраняться при температурах от – 50 до + 50°С, характерных для северных и южных районов бурения. Смазку наносят тонким слоем внутрь прядей и на поверхность канатов в процессе их изготовления. Органические сердечники каната пропитываются противогнилостными и антикоррозионными составами.

Талевые канаты изготовляют путем двойной свивки проволок в круглые пряди, а последних – в однослойные шестипрядные канаты (тросы). Шестипрядная конструкция обладает рациональным соотношением диаметров прядей и сердечника, при котором обеспечивается выгодное сочетание прочности и гибкости каната.

По способу свивки канаты тросовой конструкции подразделяются на обыкновенные и нераскручивающиеся. В обыкновенных канатах проволоки сохраняют напряжения, порождаемые их упругой деформацией в процессе свивки прядей и каната. Нераскручивающиеся канаты свиваются из предварительно деформированных проволок и прядей. В результате предварительной деформации проволоки и пряди приобретают геометрические формы, соответствующие их положению в готовом канате. Вследствие этого уменьшаются свивочные напряжения, что способствует снижению момента упругой отдачи каната и повышению его гибкости и выносливости.

а б в г

Рис. 8.8. Канат двойной крестовой (а, б) и односторонней (в, г) свивки: и в – правой; б и г – левой

В результате сравнительных натурных испытаний установлено, что выносливость нераскручивающихся канатов на 25 – 30 % больше, чем канатов с обыкновенной свивкой, поэтому талевые канаты изготовляют нераскручивающимися. Способ свивки определяется по поведению проволок и

прядей в готовом канате. В обыкновенном канате при освобождении его концов от перевязок пряди самопроизвольно расплетаются и требуются значительные усилия для их обратной укладки. Пряди нераскручивающихся канатов не расплетаются и легко укладываются в свое первоначальное положение.

В зависимости от взаиморасположения проволок в прядях различают канаты с точечным (ТК) и линейным (ЛК) касанием (контактом) проволок. Канаты с линейным касанием проволок более долговечны. Испытания показывают, что их наработка в 1,5 – 2 раза превышает наработку канатов с точечным касанием. Талевые канаты относятся к типу ЛК-РО, отличающемуся тем, что в отдельных слоях пряди используются проволоки разного (Р) и одинакового (О) диаметров. Благодаря принятой конструкции прядей обеспечиваются достаточная гибкость и износостойкость талевого каната, необходимые для его эффективной работы.

По роду свивки различаются канаты крестовой и односторонней свивки (рис. 8.8). В канатах крестовой свивки проволоки в пряди свиты в одну сторону, а пряди в канат – в противоположную. В канатах односторонней (параллельной) свивки проволоки и пряди свиты в одну сторону. При крестовой свивке наружные проволоки располагаются параллельно (рис. 8.8, а и б), а при односторонней – под углом к оси каната (рис. 8.8, б и г). Канаты односторонней свивки вследствие гибкости и плотности расположения проволок по сечению обладают повышенной выносливостью и износостойкостью. Однако они непригодны для буровых установок, так как вызывают закручивание свободно подвешенного талевого блока из-за чрезмерных свивочных напряжений в проволоках каната. В канатах крестовой свивки проволоки деформируются в разных направлениях при свивке прядей и каната, поэтому свивочные напряжения оказываются незначительными.

Канаты имеют правое и левое направление свивки. При правом направлении (рис. 8.8, а и б) свивки пряди располагаются слева вверх направо, а при левом – справа вверх налево (рис. 8.8, б и г). Направление свивки выбирается в зависимости от положения каната относительно барабана и направления укладки его витков на барабане. Наматывание на барабан лебедки сопровождается подкручиванием каната в результате его смещения относительно ранее навитого на барабан витка. Поэтому направление свивки следует выбирать так, чтобы при намотке на барабан канат подкручивался в направлении своей свивки. В этом случае дополнительная подкрутка способствует упорядоченной и плотной укладке каната на барабан. При многослойной намотке направление свивки выбирается из условия упорядоченной и плотной укладки первого слоя, способствующего нормальной намотке последующих слоев. С учетом свободной подвески талевого блока и принятой схемы навивки каната на барабан лебедки талевые канаты изготовляются правой крестовой свивки.

Условное обозначение канатов. Для отдельных конструкций талевых канатов действующими сортаментными ГОСТами приняты следующие обозначения.

Примеры условного обозначения талевого каната: канат исполнения 1 диаметром 32 мм из проволоки с пределом прочности 3600 МПа правой крестовой свивки марки В: канат 1-32-1600-В—ГОСТ 16853—88

.

То же, левой крестовой свивки: канат 1-32-1600-Л-В—ГОСТ 16853-88.