Принцип действия турбобура

Турбобур (рис. XIII.1) представляет собой забойный гидравли¬ческий агрегат с многоступенчатой гидравлической турбиной, приводимой в действие потоком бурового раствора, который закачивают в бурильную колонну с поверхности насосами. ^

Турбобур состоит из двух групп деталей: вращающихся и не вращающихся. Невращающуюся группу деталей составляют переводник /, при помощи которого турбобур соединяется с бу¬рильной колонной, цилиндрический корпус 2 с кольцами пяты 4, дисками статора 5, средней опорой и ниппелем 8. К вращаю-щейся группе деталей относится вал 3 с насаженными на нем дисками роторов 7 и пяты 5, закрепленными на валу при по¬мощи шпонки, гайки и контргайки. Нижняя часть вала имеет отверстие внутри и боковые каналы для протока раствора к до¬лоту и снабжено резьбой, которой через переводник присоеди¬няется долото.

Турбина состоит из большого числа ступеней (100—350). Каждая ступень (рис. XIII.2) представляет собой* два диска с лопатками: один диск — ротор — укреплен на валу турбобура, второй — статор. Лопатки статора и ротора расположены под углом друг к другу, вследствие чего поток жидкости, посту¬пающий под углом из каналов статора на лопатки ротора, ме¬няет свое направление и производит силовое воздействие на них. В результате этого создаются силы, стремящиеся повер¬нуть закрепленный на валу ротор в одну сторону, а закреплен¬ный в корпусе диск статора — в другую сторону. Далее поток раствора из каналов ротора вновь поступает на лопатки ста¬тора ниже расположенной ступени, где вновь происходят изме¬нение направления потока жидкости и подача его на лопатки ротора этой ступени. На роторе второй ступени также возни¬кают силы, создающие активный крутящий момент, и т. д.

. Жидкость, поступающая в турбобур, про¬ходит через все его ступени и подводится к долоту. Активный крутящий момент, создаваемый каждым ротором, суммируется на валу, а реактивный момент, создаваемый на лопатках дис¬ков статора, суммируется на корпусе турбобура. Эти оба мо¬мента — активный и реактивный — равны по величине и про¬тивоположны по направлению. Реактивный момент через кор¬пус турбобура передается соединенной с ним бурильной ко¬лонне, а активный — долоту.

Нагрузки, действующие на вышкуНа вышку действуют постоянные нагрузки от ее веса и веса смонтированного на ней оборудования, эксплуатационные на¬грузки, изменяющиеся по величине в процессе бурения, и пе¬ременные нагрузки от ветра. Эти нагрузки создают вертикаль¬ные и горизонтальные усилия.

Вертикальные сжимающие усилия создаются нагрузкой на крюке, весом вышки и ее оборудования и натяжением ведущей и неподвижной ветвей талевого каната. Горизонтальные наг¬рузки, опрокидывающие вышку, являются горизонтальными со¬ставляющими от усилий в ведущей и неподвижной ветвях тале¬вого каната, от веса наклонно установленных за пальцем вышки свечей извлеченной бурильной колонны и от действия ветра. Грузоподъемность и прочность вышки зависят от сочетания этих нагрузок.

На вышку могут действовать че¬тыре сочетания нагрузок:

1) вертикальные 2, 3, 4, 6 и горизонтальные нагрузки 1, 5 в процессе СПО и спуска обсадной колонны, при этом допу¬скается ветровая нагрузка 7 на нижнюю часть не более 250 Па (рис. II.6,а);

2) ветровая нагрузка 7 на низ вышки 700 Па при полном пакете свечей за пальцем, крюк не нагружен (рис. 11.6,6);

3) нагрузки при подъеме и спуске вышки при силе ветра до 150 Па (рис. И.6, в);

4) максимальная нагрузка на крюке (при ликвидации при¬хватов, аварии или других операциях) при ветровой нагрузке 7 на боковую поверхность низа вышки не более 150 Па (рис. II.6,г).

Рис 116 Схемы нагрузок, действующих на вышку:

/-горизонтальная сила на наголовнике; 2 -вес талевой системы; 3- нагрузка на крюке- 4 ~ вертикальная нагрузка от натяжения ведущей и неподвижной ветвей ка¬ната; 5 — горизонтальная составляющая от веса свечей; 6 — вес вышки; 7 —силы дав¬ления ветра

Приспособления для крепления, навивки талевого каната Приспособление для крепления неподвижной ветви талевого каната ПМКЭ-38(рис. III. 12)крепится к основанию вышки 1 и состоит из корпуса со стальным барабаном 3, шарнирно соединенным с верхней плитой 2, зажима для талевого каната 4, съемной щеки 5.Чтобы закрепить кант в приспособлении,необходимо снять зйжим, навить канат в один слой на барабан и конец его закрепить зажимом, состоящим из двух планок. Крепление приспособления к основанию осуществляется при помощи верхней 2 и нижней плит 6 и стягивающих их болтов 7. Одна из плит кладется на балку основания вышечного блока, вторая устанавливается под балкой,а затем они стягиваются четырьмя болтами. Масса приспособления 550 кг.Применяются приспособления и других коцструкций, например МПК-1, ПНК-20Бр.

Скорость ходового конца каната, навиваемого на барабан, в среднем составляет 9—12 м/с, а при подъеме ненагруженного элеватора — 20 м/с. При такой скорости наблюдаются значительные ко- лебания каната, в результате чего витки его навиваются на барабан неравно-мерно, это ухудшает условия эксплуатации каната и вызывает• его преждевременный износ. Для устранения вибрации и раскачивания каната применяются приспособления для правильной его навивки. Следует отметить, что эти приспособления в основном способствуют плавной навивке каната, но не укладывают его в определенном порядке. Такие приспособления устанавливают на всех буровых, что обеспечивает не тольколучшую укладку каната, но и сокращает его расход.

Рис. Ш.12. Приспособление для крепления каната ПМКЗ-38

монтажного троса 5 позволяет спускать стабилизатор на пол буровой для осмотра и ремонта. К этому тросу при помощи ка­ната 8 и роликов 2 подвешены противовесы 9, способствующие более плавной навивке каната на барабан.

Стабилизатор состоит из сварного корпуса с приспособле­ниями для прикрепления тросов противовесов. В его корпусе в двух взаимно перпендикулярных плоскостях устанавливаются на шарикоподшипниках .восемь роликов 10, между которыми движется талевый канат. Ролик 4 закрепляется на высоте 12—15 м от пола буровой в средней плоскости барабана ле­бедки. По такому же принципу работает и ряд других кон­струкций этих приспособлений

Тормоза буровых лебедок

Устройство ленточного тормоза

Назначение и принцип действия гидродинамического тормоза

Назначение и принцип действия электродинамического тормоза

Для торможения подъемного вала лебедки во время спуска труб в скважину, а также при подаче их на забой в процессе бурения лебедка снабжается двухленточным колодочным тор¬мозом. На рис. IV.7 показана принципиальная типовая схема тормозной системы буровой лебедки.

Две тормозные ленты 6 охватывают тормозные шкивы ба¬рабана 7. Одним концом ленты присоединяются к балансиру11, установленному на стойке на раме лебедки перед бараба¬ном, а другим концом — к тормозному валу 10.

Для уменьшения усилия торможения к противоположному концу тормозного вала присоединяется пневматический ци¬линдр 8. При поступлений в его полость сжатого воздуха пор¬шень передвигается и через шток, присоединенный к коленча¬тому валу тормоза, поворачивает последний, прижимая ленты с колодками к тормозным шкивам лебедки. Если необходимо остановить или замедлить частоту вращения барабана, буриль¬щик рукой нажимает тормозную рукоятку по направлению к полу буровой. При этом вертикальные концы лент, присоеди¬ненные к балансиру, остаются неподвижными, а горизонталь¬ные, закрепленные на шейках коленчатого вала тормоза, на¬тягиваются, и колодки, прикрепленные на их внутренних по¬верхностях, охватывают шкивы барабана и затормаживают его.

Гидродинамический тормоз предназначен для облегчения труда бурильщика, так как в связи с увеличением глубин сква¬жин и веса бурильных труб при торможении лебедки во время спуско-подъемных операций необходимо прикладывать большие усилия к ленточному тормозу. К подъемному валу лебедки при помощи муфты присоединяется вспомогательный тормоз, авто¬матически ограничивающий и регулирующий скорость спуска бурильных или обсадных труб, превращая часть выделяю¬щейся энергии в тепло. Лен-точный тормоз лишь останавливает колонну труб во время посадки ее на ротор.

Тормозной момент М, создаваемый гидродинамическим тормозом, зависит от частоты вращения ротора тормоза и степени заполнения его полости жидкостью. Чем выше частота вращения ротора, тем больше развиваемый им тормозной момент. Тормозной момент увеличивается также пропорционально диаметру ротора в пятой степени

Электрические регулирующие тормоза отличаются от меха¬нических и гидравлических удобством управления, устойчивым режимом работы, легкостью и плавностью перехода родного ре¬жима на другой или полного отключения.

В качестве регулирующих тормозов применяют электриче¬ские тормозные устройства трех типов: трехфазные синхронные генераторы, работающие в системе торможения; электродина¬мические, в которых тормозной момент создается в результате взаимодействия наведенных в роторе и статоре вихревых токов, и порошковые.

Электродинамический тормоз представляет собой электри¬ческую машину, работающую в режиме динамического тормо¬жения. При помощи муфты он соединяется непосредственно с подъемным валом барабана лебедки. В комплект электротор¬мозной установки входят генератор, станция управления, тор¬мозные сопротивления, возбудительный агрегат, командокон- троллер и кнопки управления.

Возбуждение этих тормозов осуществляется от независимых генераторов постоянного тока. Тормозной момент регулируется путем изменения возбуждения генератора или величины сопро¬тивления в цепи статора возбудителя. Схемы управления поз¬воляют получать различные тормозные режимы, например мак¬симальный момент при больших или малых частотах вращения. Электротормоза включаются и выключаются без затраты до¬полнительного времени, так как не требуется отсоединения вра¬щающегося ротора тормоза от вала лебедки, а за счет включе¬ния и выключения тока возбуждения.

Электромагнитные тормоза с ферропорошковым наполне¬нием применяются в качестве вспомогательных тормозов буро¬вых лебедок. Такой тормоз отличается от электродинамического тем, что в нем межжелезный зазор заполнен ферромагнитным порошком, который способствует повышению проводимости за¬зора между ротором и статором, в результате чего создается большая сила торможения, почти не зависящая от частоты вра¬щения. Это является преимуществом порошковых тормозов. Ими можно тормозить барабан лебедки до полной его остановки. В динамических же тормозах должно быть обязательнонекоторое скольжение

Эксплуатация забойных двигателейМаксимальная механическая скорость достигается при бурении с применением гидромониторных долот, когда на долото подается максимальная гидравлическая мощность, а на турбобур — мощность, достаточная для привода его во вращение.

Для выбора турбобура и определения необходимых пара¬метров и режима работы насосов делают расчеты или опреде¬ляют параметры по номограммам, чтобы обеспечить оптималь¬ные параметры прокачивания жидкости в долоте с учетом необходимых мощности и давления для турбобура и прокачива¬ния раствора в бурильной колонне и скважине. Для обеспече¬ния эффективного бурения турбобурами с гидромониторными долотами на разных глубинах следует применять турбобуры с различной характеристикой; для каждых условий бурения должны быть проведены тщательные расчеты, выбраны пара¬метры расхода жидкости и давлений, развиваемых насосом, пределы их регулирования в зависимости от применяемых до¬лот, турбобуров и глубин бурения.

Турбобур перед спуском в скважину подвергается тщатель¬ному наружному осмотру и контролю. Особое внимание уде¬ляется состоянию корпуса, соединительных муфт и валов. Для предотвращения повреждений при транспортировке перевозить турбобуры надо на специальных прицепах-самопогрузчиках, оборудованных лебедками для погрузки и разгрузки.

Вал турбобура проверяется на легкость вращения. Проворот вала должен осуществляться при моменте на ключе не более 200 Н'М. Перед спуском в скважину турбобур опробуют над ротором. Правильно собранный турбббур должен запускаться при давлении 1,0—1,5 МПа. Перепад давления в турбобуре не¬обходимо фиксировать в его паспорте и буровом журнале.

Во время опрессовки турбобура проверяется герметичность резьбовых .соединений. При вращении вала рывками следует разработать турбобур в течение 10—15 мин. Плавная остановка его свидетельствует о пригодности к эксплуатации. Биение вала или переводника не допускается.

Отработанный турбобур укладывается на мостки и на кор¬пусе делается пометка «на ремонт». В турбобур укладывается заполненный паспорт, в котором должны быть указаны номер буровой, дата начала работы турбобура, время работы в часах, интервал бурения, параметры бурового раствора и причины выхода турбобура из строя.

Групповой и индивидуальный приводыБуровые установки снабжаются групповыми приводами, состоя¬щими из двух — пяти силовых агрегатов, сблокированных ме¬жду собой цепной или клиноременной передачей. В основном приняты две схемы расположения агрегатов в приводе.

I — три агрегата соединены вместе, установлены на общей раме и предназначены для привода лебедки, ротора и одного бурового насоса. Один-два других агрегата установлены на Другой раме и кинематически не связаны с первыми тремя. Они предназначены для привода второго бурового насоса. По такой схеме выполнены приводы буровых установок БУ-3000ДГ и БУ-6500ДГ.

II —два—четыре агрегата установлены вместе на общей раме и предназначены для привода лебедки, ротора, двух насо¬сов и вспомогательной лебедки. По такой схеме выполнены установки БУ-4000ДГ и БУ-5000ДГ.

Требования, предъявляемые к силовым приводам буровых установокВ период непосредственного бурения привод насосов осу¬ществляется от двигателей с постоянной нагрузкой в пределах 60—100% их суммарной номинальной мощности. Время непре¬рывной работы двигателей при таком режиме колеблется от 45 мин до 8—10 ч и более. В процессе роторного бурения на вращение бурильных труб затрачивается мощность от 200 до 500 кВт. Во время спуско-подъемных операций двигатели имеют резко переменную нагрузку — от холостого хода до мак¬симальной, причем нагрузки от минимума до максимума изме¬няются через 2—3 мин, а в отдельных случаях и чаще. При таком режиме двигатель непрерывно работает до 10—12 ч. Во время вспомогательных работ (промывка скважины, наращи-вание колонны, смена долота и др.) двигатели, как правило, загружены не полностью.

Силовой привод иногда эксплуатируется при газопроявле¬ниях в скважине; во избежание воспламенения газа или нефти дизели должны быть оборудованы искрогасителями, позволяющими в отдельных случаях работать при фонтанных проявле¬ниях в данной скважине или вблизи фонтанирующей скважины. Силовые агрегаты на буровой в большинстве случаев устанавливают в дощатых сараях, которые не утепляют, за исключе¬нием районов Сибири. Поэтому температура воздуха в таком помещении в зимнее времй при остановке двигателей постепенно опускается ниже нуля, а в южных районах температура летом поднимается до +60° С.

Силовые приводы должны быть рассчитаны на полную дли¬тельную загрузку при бурении и должны обеспечивать прове¬дение спуско-подъемных операций на высоких скоростях. При их конструировании следует учитывать возможность примене¬ния механизмов (турботрансформаторов, многорядных цепей и т. д.), способствующих улучшению технико-экономических показателей установок.

Конструкция двигателей должна обеспечивать легкость их запуска, предохранение двигающихся частей от попадания пыли, песка, надежную фильтрацию воздуха, масла и топлива, нормальный тепловой режим при колебаниях температуры на-ружного воздуха в широких пределах, а также допускать ос¬мотр и замену быстроизнашивающихся его деталей и узлов