1 Назначение талевой системы, анализ основных параметров и конструктивного исполнения

Талевая система буровых установок служит для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступатель­ное перемещение крюка, на котором подве­шивается колонна, а также для уменьшения силы натяжения струн и конца каната, на­виваемого на барабан лебедки, за счет уве­личения скорости его движения. При помощи талевой системы осуще­ствляется подъем колонны на длину свечи, поддержание свечей, при свинчивании с ко­лонной в процессе спуска, а также различ­ные вспомогательные операции по подъему грузов в процессе бурения скважины.

Талевая система состоит из неподвижной группы шкивов (кронблока, установленного в верхней части буровой вышки) и подвижной группы шкивов (талевого блока), соединенных между собой талевым канатом, один конец ко­торого крепится к барабану лебедки, а второй через механизм крепления неподвижной ветви каната - к основанию вышки. К талевому блоку присоединяется крюк или автоматический эле­ватор. Для соединения с крюками талевые бло­ки снабжаются серьгой, размещаемой в отвер­стиях кронштейнов, приваренных к нижним концам щек.

Талевые системы могут работать в ре­жиме ручной расстановки бурильных труб и с комплексом механизмов АСП. При ручной расстановке свеч применяют крюкоблоки (крюки, совмещенные с талевыми блоками), а при работе с АСП - талевые блоки с разне­сенными секциями шкивов под траверсы штропов для подвески к ним автоматичес­кого элеватора.

Крюки, присоединяемые к талевому блоку, предназначены:

- для подвешивания вертлюга и буриль­ной колонны при бурении скважины;

-подвешивания с помощью стропов и элеватора колонн бурильных и обсадных труб в процессе спускоподъемных операций;

- подъема, спуска и подтаскивания гру­зов при монтажно-демонтажных работах.

При всех операциях спускоподъёма талевый блок, являющийся подвижной час­тью полиспаста, совершает возвратно-поступательное движение. В зависимости от необходимой грузоподъемности, кратность и схема оснастки полиспаста может быть выбрана различной. Сегодня при выборе и оценке конструкции талевой системы следу­ет иметь в виду, что от ее вида и конструкции во многом зависит скорость спуско-подъем­ных операций, являющаяся важным факто­ром в процессе проводки и ремонта скважин. Возможны следующие виды талевых систем (их оснастка):

- без талевого блока (на прямом контакте);

- с закреплением конца каната на кронблоке;

- с закреплением конца каната к осно­ванию буровой вышки;

- с закреплением конца каната к тале­вому блоку.

Система оснастки с закреплением не­подвижного конца каната к основанию вы­шки, а подвижного конца на барабане лебед­ки является наиболее распространенной. Она позволяет включать датчик для измере­ния величины натяжения в канате. При та­кой оснастке кратность полиспаста равна числу рабочих струн (всех струн, кроме не­подвижного и подвижного концов), т.е. крат­ность полиспаста равна удвоенному числу шкивов (роликов) на талевом блоке.

Применяются оснастки 1x2, 2x3, 3x4, 4x5, 5x6, 6x7, где первые числа указывают на количество шкивов на талевом блоке, а вторые - на кронблоке.

Полиспаст, позволяя получить выигрыш в силе на подвижной струне каната, увеличи­вает длину каната, навиваемого на барабан лебедки пропорционально его кратности. Так, при оснастке 5x6 и подъеме колонны на дли­ну свечи 25 м на барабан необходимо намо­тать 250 м каната. Поэтому естественно, что при конструктивно разумных размерах бара­бана лебедки навивку каната на него прихо­дится производить в несколько слоев.

Основными характеристиками, опре­деляющими назначение подъемного меха­низма и размеры его частей, являются:

- грузоподъемность на крюке Q_кр;

- мощность N_пс;

- скорость движения крюка V_кр;

- высота вышки Н_в;

- число ветвей в талевой системе i_тс.

1 АНАЛИЗ ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ

1.1 Анализ кронболока

Кронблок является неподвижной частью талевой системы, монтируется на верхней раме мачты или на подкронблочных балках вышки. Он удержи­вает на весу подвижную часть талевой сис­темы и служит для размещения свободно вращающихся шкивов талевой системы. Со­временные кронблоки ОМЗ совмещены с верхней рамой буровой вышки (кроме ба­шенных вышек) и конструктивно определя­ются типом вышки и схемой талевой систе­мы, принимаемой в зависимости от располо­жения бурового оборудования на основании и внутри вышки. Кронблоки имеют шифры, в которые входят: первая буква завода-изготовителя; комплектность кронблока, грузоподъемность на крюке.

1-рама кронблока; 2-стойки крепления козел; 3-секция шкивов; 4-свободный шкив; 5-шкив вспомогательный

Рисунок 1 - Кронблок УКБ-6-325

В качестве примера рассмотрим шифр кронблока УКБ-6-325 (рис.1):

У - Уралмашзавод, КБ - кронблок, 6 -число шкивов, 325 - допускаемая нагрузка на кронблок в тоннах.

Кронблоки УКБА-6-200, УКБА-6-270 и УКБА-7-500 применяют с вышками башенной конструкции. Они рассчитаны на ручную, а также на механизированную (с по­мощью комплекса механизмов типа АСП) расстановку свечей. Кронблоки УКБА-6-250, УКБА7-320 и УКБА-7-400-1 используют только с А-образными вышками. Они рас считаны на механизированную расстановку свечей с помощью комплекса механизмов типа АСП. Кронблоки Уралмашзавода предназначены для работы только с опреде­ленными типами вышек.

В некоторых случаях ветви каната пере­водятся за пределы вышки на обводных (пара­зитных) шкивах или за счет разворота край­них в оснастке шкивов полиспаста. Корпуса опор под оси шкивов и их сек­ций приварены на раме кронблока, а съем­ные крышки опор крепятся шпильками с гайками. Кожухи шкивов и секций устанавливаются на шпильки поверх гаек крепления крышек опор и фиксируются контргайками. На раме кронблока могут быть установ­лены узлы и устройства, не относящиеся к талевой системе.

Рисунок 2 - Секция шкивов

Кронблок состоит из рамы, секций шкивов, блока шкивов и вспомогательных шкивов. Кожухи секций, шкива выносного и шкивов вспомо­гательных посажены отверстиями полок на свободные кон­цы шпилек разъемных опор рамы и закреплены гайками. Секции шкивов (рис.2) состоят из осей, установленных на подшипниках, зажатых на оси, законтренных винтом, с последующей установкой шплинтов в паз гайки. Шкивы на подшипниках зафиксированы пружин­ными кольцами. Для каждого шкива на торцах оси име­ются масленки для подвода смазки к подшипникам, закрытым по бокам крышками. Ось секции шкивов в разъемных опорах рамы фик­сируется от поворота дюбелем. Шкивы вспомогательные имеют сложную опору вращения, состоящую из двух радиальных подшипни­ков. Пружинное кольцо фиксирует наружные кольца подшипников в ступице шкива. Внутренние кольца подшипников через распорное кольцо, имеющее смазочные канавки, зажаты на оси гайкой, которая застопорена лапчатой шайбой. На торце оси расположена масленка для подвода смазки к подшипниковой опоре, закрытой по бокам крышками. Кронблок монтируется на вышку до ее подъема. Перед пуском кронблока в эксплуатацию необходи­мо произвести технический осмотр и проверку техни­ческого состояния.

Шкивы талевых блоков и кронблоков имеют одинаковый диаметр и одинаковую конструкцию. Каждый шкив должен свободно вращаться независимо от частоты вращения соседнего шкива. Шкив не должен смещаться по оси под действием осевых нагрузок, прижимающих канат к реборде.

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. По числу осей и их креплению кронблоки и талевые блоки конструируют четырех видов - соосные, одноосные, многоосные и комбинированные. В одноосных конструкциях все блоки размещают на одной, а в соос-ных на нескольких неподвижных соосных осях, подшипники монтируют в ступицах шкивов. В многоосных конструкциях оси выполняют несоосными и вращающимися вместе со шкивами в подшипниках, смонтированных в корпусах, укрепленных на раме.

Предпочтительны одноосные конструкции, имеющие меньшие массу и габариты.

Комбинированными выполняются только кронблоки для обеспечения более удобного расположения ведущей струны вне габаритов мачты. В этих конструкциях кронблоков все шкивы, через которые проходят струны подвески талевого блока, монтируются на одной оси.

Соосные кронблоки и талевые блоки по конструкции осей и опор можно выполнять трехопорными, двухопорными и многоопорными.

Поскольку оси кронблока и талевого блока представляют собой нагруженную балку, выбор того или иного конструктивного решения зависит от возможности обеспечить требуемую прочность оси и долговечность подшипников. В двухопорных конструкциях диаметр оси должен быть значительно больше, чем в многоопорных. В многоопорных одноосных конструкциях диаметр оси может быть наименьшим, однако технологически сложно обеспечить равномерное распределение нагрузки по опорам при неразрезанной оси.

При конструировании кронблока прежде всего выбирают его схему в зависимости от предполагаемой нагрузки, числа шкивов, масштабов производства и возможностей завода-изготовителя.

Меньшие размеры и массу имеют одноосные кронблоки без промежуточных опор оси.

Этот кронблок имеет сварную стальную раму, на которой укреплена ось с пятью шкивами, смонтированными на подшипниках. Кронблок рассчитан на максимальную нагрузку 1,4 МН, и такое конструктивное решение обеспечивает прочность, жесткость и удобство обслуживания. Ось кронблока закреплена в двух корпусах, смонтированных на раме. Каждый шкив смонтирован на оси на двух цилиндрических роликоподшипниках, внешние кольца которых зафиксированы в ступице шкива пружинным кольцом, а внутренние — на оси распорными кольцами.

Смазка к подшипникам каждого шкива подается через пресс-масленку по каналу, просверленному в оси.

Многоосные и комбинированные кронблоки выполняют одноярусными (оси находятся на одном уровне) и многоярусными (с разными уровнями расположения осей).

Масса кронблоков с двумя соосными осями на нагрузки на 80 % больше, чем у одноосных конструкций для аналогичных нагрузок. Такие кронблоки имеют габариты по ширине на 10— 15 % больше, чем у одноосных.

1.2 Талевый блок.

Рассмотрим талевый блок на примере УТБ-6-320 (рис.4)

1-щека; 2-шкив; 3-ось;4-подшипник; 5-втулка; 6-кожух боковой;

7-кожух нижний;8-ось; 9-наголовник.

Рисунок 3 - Талевый блок УТБ-6-320

Талевый блок является подвижной частью тале­вой системы. Конструктивно он связан с крюком, который предназначен для подве­шивания бурильных и обсадных колонн при бурении и СПО. По назначению их можно разделить на две группы: талевые блоки для БУ с ручной расстановкой свечей и талевые блоки для работы с комплексами АСП. Применяются талевые блоки с располо­жением шкивов на одной оси и соосные с двумя осями. Блок талевый (рис.3) состоит из пяти шкивов, собранных на оси, установленной в двух щеках. Шкивы установлены на подшипниках, которые за­жаты на оси посредством втулок. Затяжку внутренних колец подшипников производят с помощью фланца болтами. Болты контрятся проволокой. Ось имеет ин­дивидуальные смазочные каналы к подшипникам от масленок и удерживается от проворота стопорной план­кой, приваренной к щеке талевого блока. В верхней части талевого блока устанавливается тра­верса, в нижней - кожух, представляющий собой тру­бы с фланцами, к которым приварен гнутый лист. Тра­верса и кожух обеспечивают параллельность щек тале­вого блока. Необходимый размер обеспечивается про­кладками для ограждения вращающихся шкивов и пре­дохранения каната от соскакивания. Шкивы закрыты кожухами: боковым и нижним. В нижней части талевого блока установлены две оси, с помощью которых талевый блок соединяется с крю­ком. Оси закрепляются шлицевыми гайками и контрят­ся лапчатыми шайбами. К боковым кожухам приварены две скобы, служа­щие для срабатывания ограничителя подъема талевого блока в случае подъема талевого блока выше его край­него верхнего положения. Отечественные конструкции талевых блоков с расположенными на одной оси шкивами применяются только в буровых установках с ручной расстановкой труб. Та­левые блоки могут соединяться с крюком шарнирно или жестко. Талевые блоки, жест­ко соединенные с крюком, называют крюкоблоками. Основными параметрами талевых бло­ков в являются: грузоподъемность и количество шкивов. Эти параметры, как правило, отображаются в обозначении талевого блока УТБ-5-250: У - изготовлен Уралмашзаводом; Т - талевый; Б - блок (для блоков комплексов АСП добавляется буква А ); 5 - количество шки­вов; 250 – грузоподъемность).Талевые блоки для работы с комплек­сом механизмов типа АСП. Для работы с применением АСП используются талевые блоки, разделенные в середине на две части для автоматического завода труб внутрь та­левого блока на ось скважины.Талевые блоки состоят из двух секций, соединенных рамой, имеющей в центре тру­бу с вырезом для перемещения бурильной трубы к центру скважины или в подсвечник и для ее центрирования при спуско-подъём­ных операциях. Снизу труба имеет воронку, а сверху закрыта от ударов вертикально на­езжающей трубы головкой, имеющей завод­ную фаску.

Щеки каждой секции соединены в ниж­ней части двумя осями, на которых подвеше­ны траверсы с валиками под штропы авто­матического элеватора, а в верхней - травер­сы с резиновыми амортизаторами для по­садки центратора комплекса АСП. Секции с боков и снизу защищены кожухами, предо­храняющими талевый канат от выпадения из ручьев шкивов. Талевые блоки, в зависимости от грузо­подъемности и диаметра каната, имеют раз­ное количество шкивов или разные их диа­метры.

Таблица 1-Прараметры талевых блоков

Параметры	Типы талевых блоков
	УТБА-5-200	УТБА-5-320	УТБА-6-400	УТБА-6-500
Грузоподьёмность, тоннах	200	320	400	500
Число канатных шкивов	5	5	6	6
Наружный диаметр шкивов , мм	1000	1400	1400	1500

Продолжение таблицы 1

Профиль жёлоба шкива диаметром, мм	28	35	35	38
Подшипники,тип	42244	7097152М	7097156М	7097156М
Габаритные размеры, мм : -высота -ширина -ширина в плоскости шкивов	2215 1440 1050	2705 1485 1450	2735 1500 1450	2845 1570 1550
Масса, кг	4000	6850	7721	7420

1.3 Буровые канаты

Стальные талевые канаты являются одним из ос­новных рабочих элементов талевой системы. Соглас­но ГОСТу предусматривается изготовление остальных (талевых) канатов с линейным касанием проволок в прядях, и этот тип обозначается ЛК-РО. Канаты из­готавливаются правой или левой крестовой свивкой. Направление свивки (правое и левое) определяется по правилу винта. В канатах крестовой свивки проволо­ки наружного слоя расположены параллельно оси ка­ната. Канаты комбинированной свивки изготавлива­ют из одинакового числа чередующихся правых и ле­вых прядей. Для оснастки талевой системы буровых установок, в соответствии с принятым на буровых ле­бедках местом крепления ходовой ветви каната и на­правлением его намотки на барабан, применяются талевые канаты правой крестовой свивки. Эти кана­ты изготовляются из светлой проволоки марок В (выс­шая) и 1 (первая) с временным сопротивлением раз­рыву о= 160/180 кгс/мм².

Для снятия внутренних технологических напряже­ний, уменьшения крутящего момента канатов и луч­шего о прессования прядей в канатах производится рих­товка. Процесс рихтовки заключается в дополнитель­ном обжатии каната при пропуске его через несколько секций роликов. Канаты изготавливаются в трех испол­нениях (рис. 3.1).

Исполнение 1 — шестипрядный канат с металличес­ким сердечником (по согласованию с заказчиком может быть заменен сердечником из органического материала).

Исполнение 2 - шестипрядный канат с сердечни­ком органического материала.

Исполнение 3 - шестипрядный канат со стержневым сердечником из искусственных материалов. Каждый ка­нат снабжается биркой, на которой указываются:

• завод-изготовитель;

• заводской номер каната;

• условное обозначение каната;

• длина каната в метрах;

• вес каната брутто в килограммах;

• дата изготовления каната.

Под биркой вкладывается копия сертификата, где даются дополнительные сведения о марке защитной смазки, вид органического сердечника, результата ис­пытаний и др. Талевая система может оснащаться по двум схемам: параллельной или крестовой.

При параллельной оснастке талевой канат последо­вательно огибает шкивы кронблока и талевого блока, и ходовая ветвь каната сбегает на барабан лебедки с крайнего шкива кронблока, а неподвижная ветвь на­правлена с другого крайнего не вращающегося шкива кронблока.

Наиболее рациональной является крестовая схема оснастки, при которой оси таль блока и кронблока расположены во взаимно перпендикуляр­ных плоскостях, а ходовая ветвь сходит со шкива, наи­более близко расположенного к плоскости симметрии барабана лебедки. Крестовая оснастка устраняет рас­качивание талевого блока при подъеме не загруженного элеватора, предотвращает закручивание талевой си­стемы, обеспечивает правильную навивку каната на барабан.

Исполнение 1 Исполнение 2 Исполнение 3

Рисунок 3.1 - Исполнение канатов

Таблица 2-Параметры канатов

Диаметр каната, мм	Разрывное усилие каната,Rк, кН, при временном со противлении разрыву проволок, Gпч, МПа
	1568		1666			1764
Канат с органическим сердечником
25	350,5		378,8			401,1
28	448,7		476,8			504,8
32	557,5		592,4			627,2
35	671,8		713,8			755,8
Канат с метталическим сердечником
25		408,8		434,4	459,9
28		512,0		544,0	576,0
32		639,4		679,2	719,2
35		767,2		815,2	863,1