Госник

7. Талевая система буровой установки. Состав и назначение отдельных узлов, конструкция элементов. Правила эксплуатации.

Талевая система буровых установок служит для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное перемещение крюка, на котором подвешена колонна, а также для уменьшения силы натяжения струн и конца каната, навиваемого на барабан лебедки, за счет увеличения скорости его движения.

Талевая система состоит из неподвижного кронблока, подвижного талевого блока, гибкой связи (талевого каната, соединяющего неподвижный и подвижный блоки), бурового крюка, штропов и элеватора, на которые подвешивают колонну бурильных или обсадных труб, устройства для крепления неподвижного конца талевого каната, допускающего перепуск каната.

Внастоящее время талевый блок и подъемный крюк объединяют в один механизм - крюкоблок. Назначения:

Кронблок и талевый блок служат для размещения свободно вращающихся шкивов по которым проходит канат талевой системы. Кронблок и талевый блок представляют собой конструкцию, в которой группа свободно вращающихся шкивов смонтирована на подшипниках. Оси закрепляют на раме. Конструкции шкивов и их подшипниковых опор выполняются одинаковыми в обоих блоках.

Буровой крюк предназначен для подвешивания бурильных и обсадных колонн. В процессе бурения крюк удерживает подвешанный на штропе вертикально перемещающийся вертлюг с вращающийся бурильной колонной; воспринимает крутящий момент, возникающий на опоре вертлюга при вращении бурильной колонны ротором. Состоит из трех рогов: двух боковых и одного центрального.

Талевые системы характеризуются максимальной допустимой нагрузкой, числом рабочих струн каната и его диаметром.

Вталевых системах используются стальные канаты только круглого сечения двойной свивки из одинаковых канатов.

При выборе и оценке конструкции талевой системы следует иметь в виду, что от ее типа и конструкции во многом зависит скорость СПО, являющаяся важным фактором в процессе проводки скважин.

С увеличением числа шкивов и струн в оснастке больше истирается канат, с уменьшением их числа канат более нагружен и уменьшается число его перегибов при выполнении им той же работы. Практикой эксплуатации установлено, что целесообразнее применять такую оснастку, при которой число слоев навивки каната на барабан лебедки составляло не более двух-трех.

Под оснасткой талевой системы понимается навеска каната на шкивы кронблока и талевого блока в определенной последовательности, исключающей перекрещивание каната и трение его струн друг о друга. Существует два типа оснастки: параллельная, когда ось талевого блока параллельна оси кронблока, и крестовая, когда оси талевого блока и кронблока перпендикулярны.

параллельная

крестовая Крестовая имеет преимущество - исключает закручивание талевого блока и трение струн каната друг о друга.

1.ТАЛЕВЫЙ КАНАТ.

Для изготовления талевых канатов применяется канатная проволока из высокоуглеродистой стали с содержанием углерода 50, 55, 60 ,65%, Mn - 0,5…0,8%, Cr - 0,07…0,17, Ni - 0,12%, Cu - 0,15%.По конструкции бывает с металлическим сердечником, с органическим трехпрядовым, с пластмассовым стержневым. Материал для органического сердечника: пенька из льна, жмута, жестких лубяных волокон, а также хлопок. Используется пряжа короткого и длинного прядения одинарного скручивания

(однопрядный), или двойного скручивания (трехпрядный). Выносливость пластмассового сердечника на 45% выше чем у органического. Применяется сердечник с тугонавитой стальной пружиной. На выносливость каната влияет качество материала сердечника, равномерность и плотность свития каната, сопротивляемость поперечному сжатию.

Канаты подразделяются:

1)по механическим свойствам: высшей марки (В); первой марки (1);

2)по виду проволоки: из светлой и из оцинкованной проволоки;

3)по виду свивки: обыкновенной свивки и нераскручивающиеся (Нр);

4)по направлению свивки: правой свивки (Пр), левой (Л), комбинированной (К);

5)по роду свивки: крестовые, односторонние, полые односторонние;

6)по назначению: грузолюдские, грузовые.

Нераскручивающиеся канаты свивают из деформированных проволок, предварительная деформация придает прядям геометрическую форму, соответствующую положению в канате. При крестовой свивке проволоки в пряди свиты в одну сторону, а пряди в канат в другую. При односторонней свивке проволоки и пряди свиты в одну сторону.

Способы

многослойной свивки прядей:

1) свивка с линейным касанием проволок соседних слоев (ЛК); 2) свивка с

точечным касанием

(ТК);

3) комбинированная свивка (ТЛК).

Канаты маркируются по свивке: ЛК-РО-6x(1+(6+6)+12)=150 (+1 если с металличесим сердечником); где Р - в разных слоях разная толщина проволоки;

О - органический сердечник; 6 - количество применяемых канатов;

1+(6+6)+12 - конструкция пряди.

Диаметры применяемых канатов (мм): 22, 25, 28, 32,

35, 38, 40, 41.2, 44.

Требования к талевым канатам:

1)диаметр каната и число струн должно выбираться с учетом максимальной нагрузки на крюке, и при этом значении запас прочности должен быть не менее 2,5;

2)диаметр блоков талевой системы должен быть не менее чем в 40 раз больше диаметра каната, увеличение диаметра блоков снижает потери на трение и улучшает работу каната на трение.

Основные параметры талевых канатов:

1)шаг свивки каната наружных проволок (с уменьшением шага растет прочность и структурная плотность каната);

2)прочность каната на разрыв:

а) суммарное разрывное усилие всех проволок:

;

где F - площадь проволоки; n - число проволок;

- предел прочности проволоки для соответствующего диаметра.

б) агрегатное разрывное усилие, определяется в результате испытаний готового каната на растяжение с помощью испытательных машин:

;

где - потеря прочности каната.

3) долговечность каната, зависит от материала и конструкции сердечника, которая препятствует смещению прядей и смятию каната под действием нагрузок.

Для защиты от износа и атмосферных воздействий канат покрывают специальными смазками (битум в сочетании с гудроном, технический вазелин, полиамидные смазки). Смазки должны обладать достаточными антикоррозионными и антифрикционными

д) комбинированные.

Маркировка кронблока:

У3-300;

где У-завод «Уралмаш»; 3-номер оборудования буровой установки;

300-грузоподъемность на крюке, тонн.

УКБА-7-300;

где У-завод «Уралмаш»; КБ-кронблок;

А-кронблок применим в комплексе АСП; 7-количество шкивов; 300-грузоподъемность, тонн. 3.ТАЛЕВЫЙ БЛОК.

Талевый блок является подвижной частью талевой системы. Существуют два вида талевых блоков: одноосные и соосные. В одноосном все шкивы смонтированы на одной оси, в соосном талевый блок состоит из двух блоков со шкивами, между которыми предусмотрено пространство для спуска свечи. На рисунке показан одноосный талевый блок.

1-боковая щека;

2-траверса;

3-ось с каналами для подачи смазки к подшиникам; 4-шкив; 5-подшипник; 6-серьга; 7-палец.

Двухосный талевый блок применяется в талевых системах АСП (автоматического спускаподъема). Особенности его конструкции в том, что между секциями шкивов расположен желоб с приемным конусом, который обеспечивает направление талевого блока вдоль свечи. В нижней секции вмонтированы две оси для подвески траверсы, в которой установлен стакан со скобой-подвеской.

1-секция шкивов;

2-приемный конус;

3-желоб;

4-траверса;

5-стакан;

6-подшипник;

7-скоба-подвеска;

8-палец;

9-ось.

Материалы для изготовления талевых блоков: шкивы - среднеуглеродистые стали легированные хромом и марганцом, оси - Сталь40.

4.ШКИВЫ.

Шкивы у талевого блока и у кронблока имеют одинаковую форму и размеры.

На срок службы талевых канатов влияют диаметр шкива, профиль и размеры канавки. С увеличением диаметра шкива возрастает усталостная долговечность каната. Диаметр шкива определяют по формуле:

;

где диаметр каната;

запас прочности.

;

где радиус ложи канавки.

При увеличении радиуса канавки опорная поверхность каната уменьшается, возрастают контактные напряжения, вследствие чего уменьшается срок службы

каната. Для нормальной работы каната угол должен быть

больше угла .

Для более правильной работы угол должен быть .

Канавка шкива подвергается поверхностной закалке на глубину не менее 3 мм, с твердостью поверхности , радиальное биение не должно превышать 2 мм, а смещение оси канавки от средней плоскости шкива не должно превышать 2 мм. Шифр талевого блока:

ТБ-3-100; УТБА-5-300; ТБ-75-Бр; У4-300

расшифровка аналогична расшифровке шифра кронблока.

5.КРЮКИ. Предназначены для подвешивания вертлюга и буровой колонны, для подвешивания элеватора с помощью штропов, для подвешивания и перемещения тяжелого бурового оборудования при монтажно-демонтажных работах и инструмента при бурении скважин. Крюк входит в талевую систему и является ее третьим узлом после кронблока и талевого блока. По конструкции крюки бывают: литые, кованные, пластинчатые. Лучше всего применять пластинчатые крюки, т.к. это облегчает изготовление самого крюка и повышает его надежность. Пластины для такого крюка изготавливают из легированной конструкционной стали с пределом текучести свыше 700 МПа, пластины соединяют между собой потайными заклепками. Для защиты и предохранения зева основного крюка от износа в нем закреплена защитная подушка из материала 35ХНЛ.

1-подушка;

2-подпружиненный стопор;

3-основной рог;

4-дополнительный рог;

5-ствол крюка;

6,11-ось;

7-пружина;

8-корпус;

9-подшипник;

10,13-штроп;

12-стакан.

Материал изготовления: литой крюк - 30ХНЛ; штропы - 30ХГСА, 35; корпус - 30Л, 35Л; боковые рога - 38Х2Н2МА, 40ХН.

5.1.КРЮКО-БЛОКИ. Представляют собой совмещенную конструкцию талевого блока и крюка. Преимущество: высота крюко-блока меньше суммарной высоты талевого блока и крюка, что позволяет уменьшить высоту вышки. Недостаток: крюко-блок тяжелее, чем крюк, и им труднее манипулировать при спуско-подъемных операциях. 1-талевый блок; 2-боковая щека; 3-крюк.

Пуск в работу талевой системы необходимо производить после проверки нормальной работы всех подвижных элементов талевого и кронблока. Канатные шкивы должны вращаться плавно, без заеданий. Для этого в подшипниках и шарнирах должна быть смазка. Нагрев подшипников не должен превышать 70С. После установки нового стального каната необходимо его прирабатывать при небольших нагрузках. Талевый канат необходимо осматривать ежедневно. Так же все элементы осматриваются на наличие вмятин, трещин и прочих неисправностей.

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

Назначение:

Буровые лебедки - это основной механизм буровой установки, он предназначен для проведени следующих операций:

1)спуска и подъема бурильных и обсадных труб;

2)удержания колонны на весу;

3)передачи вращения ротору;

4)свинчивания и развинчивания труб;

5)производства вспомогательных работ по подтаскиванию на буровую инструмента, оборудования, труб и т.д.;

6)для подъема собранной вышки в вертикальное положение.

Основные узлы лебедки:

1)подъемные и трансмиссионные валы;

2)КПП (коробка перемены передач);

3)тормозная система, состоящая из основного и вспомогательного тормозов.

Классификация лебедок:

1)по мощности от 200 до 3000 кВт;

2)по числу скоростей подъема 2,3,4,6 скоростные;

3)используемый привод: со ступенчатым, непрерывноступенчатым, бесступенчатым изменением скорости подъема;

4)по типу двигателя: электродвигатели переменного тока, электродвигатели постоянного тока, двигатели внутреннего сгорания;

5)по числу валов: одновальные, двухвальные, трехвальные;

6)по схеме включения быстроходной передачи:

а) независимая быстрая скорость; б) зависимая быстрая скорость.

7)по способу управления подачей долота: с ручным или автоматическим управлением.

8)В зависимости от используемого привода различают буровые лебедки:

-со ступенчатым,

-непрерывно-ступенчатым

-бесступенчатым изменением скоростей подъема.

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.

Кинематика

Задача кинематики - определение скоростей и ускорений подъемного механизма. При этом заданными являются высота подъема, кинематическая схема и размеры звеньев подъемного механизма, частота вращения и характеристика используемого двигателя.

При спуско-подъемных операциях высота подъема h несколько превышает длину бурильной свечи l, т. е. H . Это обусловлено возможностью установки бурильной колонны на клинья либо элеватор. При спуске бурильная колонна приподнимается для освобождения клиньев либо элеватора, поэтому перемещения при спусках и подъемах бурильных свечей примерно одинаковые.

Изменения скорости за время подъема и спуска одной свечи изображаются тахограммой. Для подъемных механизмов характерна трехпериодная тахограмма подъема, имеющая трапецеидальную форму (рис. Х1.9)

Рис. Х1-.9. Тахограмма подъема

Динамика

Динамические нагрузки в подъемном механизме буровой установки возникают при СПО вследствие действия ускорения или замедления, а также упругих колебаний создавемых во время переходных процессов.

В процессе подъема динамические нагрузки зависят от пусковых св-в двигателей и упругости ситстемы, включающей силовые передачи, лебедку, талевый канат, вышку и колонну поднимаемых труб. При спуске зависят от снижения скорости, регулируемой вспомогательным и основным тормозами лебедки, а также от упругости талевого каната, вышки и колонны спускаемых труб.

9.Расчет рабочих параметров буровых лебедок и нагрузок, действующих на узлы.

Косновным параметрам буровых лебедок относятся мощность, скорости подъема, тяговое усилие, длина и диаметр барабана лебедки.

Мощность лебедки определяется полезной мощностью на ее барабане, которая должна быть достаточной для выполнения спуско-подъемных операций и аварийных работ при бурении и креплении скважин заданной конструкции. Оптимальная мощность буровой лебедки определяется из условий подъема наиболее тяжелой бурильной колонны для заданной глубины бурения с расчетной скоростью 0,4—0,5 м/с:

Nб = (Gб.к +Gт)*vр / т.с

где Nб —мощность на барабане лебедки, кВт; Gб.к —вес бурильной колонны, кН; Gт —вес подвижных частей талевого механизма, кН; vр —расчетная скорость подъема крюка, м/с; т.с — к.п.д. талевого механизма.

Мощность лебедки уточняется после выбора двигателей и силовых передач ее привода:

Nб = Nдв* тр,

где Nдв—мощность, получаемая от вала двигателя, кВт; тр— к.п.д. трансмиссии (от вала двигателя до барабана лебедки). Максимальная скорость подъема ограничивается безопасностью управления процессом подъема и предельной скоростью ходовой струны, при которой обеспечивается нормальная навивка каната на барабан лебедки.

Учитывая известную зависимость скорости ходовой струны от скорости подъема крюках = кр iт.с, максимальную скорость подъема выбирают из следующих условий:

для талевых механизмов с кратностью оснастки iт.с≤10 (υкр)max=2 м/с;

для талевых механизмов с кратностью оснастки iт.с>10

(υкр)max=20/ iт.с м/с.

Величина минимальной скорости подъема принимается в установленных практикой бурения пределах: (υкр)min=0,1÷0,2 м/с.

Диаметр барабана лебедки выбирают в зависимости от диаметра талевого каната

Dб=(23÷26)dk.

Диаметр конечного слоя навивки каната на барабан

Dk=Dб+α(2K-1).

где α=0,93—коэффициент, учитывающий уменьшение диаметра навивки вследствие смещения каната в промежутки между витками нижнего слоя.

Средний диаметр навивки

Dср=Dк+D1)/2,

где D1=Dб+dк—диаметр 1-го слоя навивки каната на барабан.

Длина барабана выбирается с таким расчетом, чтобы при заданном его диаметре обеспечить навивку каната в три-четыре слоя. Расчеты на прочность деталей и узлов лебедки выполняются по тяговому усилию, возникающему при допускаемой нагрузке на крюке, с учетом веса подвижных частей талевого механизма, кратности оснастки и потерь на трение при подъеме.

10. Тормозная система буровых лебедок.

ЛЕНТОЧНЫЙ ТОРМОЗ. Требования к ленточному тормозу:

1)тормозной момент должен обеспечивать надежное удержание в неподвижном состоянии колонны труб;

2)привод тормоза должен обеспечивать плавное регулирование тормозного момента и мягкую посадку колонны на стол ротора;

1-рукоять тормоза;

2-тормозные шкивы;

3-барабан;

4-тормозные ленты с фрикционными накладками; 5,9-шейки коленвала;

6-регулятор управления;

7-тормозной цилиндр;

8-коленвал;

10-балансир.

3) тормоз должен растормаживаться одновременно с включением привода лебедки;

4)конструкция должна обеспечить легкость в управлении, удобство в обслуживании и исключить самопроизвольное расторможение и торможение;

5)температура во фрикционной паре не должна превышать допустимую.

6.2.ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ ТОРМОЗ. Принцип действия основан на поглощении части энергии, освобождающейся при спуске колонны, в результате чего на долю ленточного томоза остается только остановка колонны. Вспомогательный

тормоз должен иметь возможность регулирования тормозного момента в зависимости от веса спускаемой колонны, и автоматически отключаться или значительно уменьшать свой тормозной момент при подъеме колонны. 6.3.ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ

1-ротор;

2,3-статор, выполненный в виде крышек; 4-направляющие лопатки; 5-подшипник; 6-вал; 7-муфта;

8-подъемный вал лебедки;

9-холодильник.

При правильном выборе объема воды, залитой в систему, можно установить оптимальную скорость спуска колонны в каждом конкретном случае. Чем меньше скорость спуска, тем меньший тормозной момент развивает гидродинамический тормоз. Тормозной момент зависит от диаметра и частоты вращения ротора, регулируется уровнем наполнения жидкости в тормозе. Тормозной момент пропорционален диаметру ротора в пятой степени. Температура воды в тормозе не должна превышать

900 С , чтобы исключить эффект кавитации. Толщина лопаток от 12 до 25 мм. Основные преимущества гидродинамического тормоза: простота конструкции, надежность в работе. Недостатки: незначительный тормозной момент при малой частоте вращения, невозможность автоматического регулирования тормозного усилия по мере увеличения веса колонны. Тормоза этой конструкции применяются в установках грузоподъемностью более 500 кН.

Основные параметры: 1) тормозной момент:

Mт Mу Mтр Mмех ;

а) М у момент, создаваемый жидкостью, циркулирующей в тормозе:

где Q масса жидкости;плотность жидкости;