4.3. Автоматы подачи.

Описанные механизмы подачи и буровые регуляторы, однако, в турбинном бурении не обеспечивают достаточно полного соответствия между максимально возможной скоростью углубления долота и темпом подачи долота буровым регулятором. Режимы работы турбобура должны быть связаны с механической скоростью бурения и проходкой на долото. Необходимо, чтобы за исходные параметры регулирования были приняты параметры, непосредственно связанные с режимом работы турбобура на забое, или параметры, показывающие эффективность установившегося режима бурения, причем за основной параметр можно считать величину механической скорости. Автомат подачи должен выбирать и устойчиво поддерживать режим бурения при максимуме механической скорости. Для этого предназначен автомат подачи типа АТБ. Он работает совместно с регулятором АВЭ, предназначенным для поддержания нагрузки, задаваемой АТБ. В автомате имеются автоматический и ручной реверсы подачи.

Другие схемы автоматов подачи могут взять за основной параметр проходку на долото при близкой к максимальной механической скорости или же число оборотов в минуту для поддержания заданного режима

5. Контрольные вопросы.

1. Зачем необходимо регулировать величину нагрузки на долото ?

2. Как контролируется нагрузка на долото ?

3. Опишите принцип действия механизма подачи долота.

4. Что такое регулятор подачи ?

5. Каковы составные части автоматического регулятора веса ?

6. Каковы основные составляющие электронно-машинного автоматического регулятора подачи ?

7. Для чего используются автоматы подачи ?

Лабораторная работа № 16. Управление буровыми установками

1. Цель работы. Изучить назначение управления, принципы воздействия на буровую установку; системы управления.

2. Вводная часть. Буровые установки сложны по конструкции и требуют квалифицированного, оперативного и безопасного управления ими.

В буровых установках применяются следующие виды управления: 1 — ручное механическое; 2 — дистанционное механическое; 3 — пневматическое; 4 — смешанное пневмомеханическое; 5 — гидравлическое; 6 — электрическое.

Как показала буровая практика, системы пневматического управления обладают преимуществами перед системами механического, электрического или гидравлического управлений, а именно: легкостью и плавностью дистанционного управления, незначительностью физических усилий при работе на пульте, быстротой действий, простотой конструкции, пожарной безопасностью. Введение в буровую технику пневматического дистанционного управления с применением шинно-пневматических муфт позволило значительно облегчить работу обслуживающего персонала и обеспечить четкость управления буровыми установками.

3. Механическое управление. К деталям механического управления буровыми установками относятся: тормозной рычаг лебедки, педали включения скоростей, тяги и хомуты включения кулачковых муфт и пр. На буровых установках еще сохранилось ручное управление. Для четкой и надежной работы ручного и дистанционного механического управлений необходимо систематически проводить регулирование звеньев и крепление отдельных его узлов.

4. Пневматическое управление. В настоящее время все буровые установки, которые выпускаются в России для глубокого бурения, как правило, имеют такое управление. Одной из разновидностей пневматического управления является система, работающая при помощи вакуума.

В комплект пневматического управления буровыми установками входят: агрегаты снабжения воздухом, исполнительные механизмы, управляющие устройства и контрольно-измерительные приборы.

Агрегаты снабжения воздухом: компрессорная станция, воздухосборники, устройства для очистки и осушения воздуха, предохранительный клапан, вертлюжки и др.

Исполнительные механизмы: пневматические муфты и цилиндры, предназначенные для соединения и разобщения валов, торможения, раскрепления бурильных труб п т. д.

Агрегаты для снабжения воздухом. Обеспечение воздухом буровой установки производится компрессорами производительностью 3—5 м³/ч при давлении 8—9 кГ/см^г. В установках обычно применяются два таких компрессора, один из которых имеет механический привод непосредственно от одного из агрегатов установки, второй (резервный) — электрический. Для обеспечения системы управления и других агрегатов сжатый воздухом применяются двух- или трехцилиндровые вертикальные или У-образные компрессоры двухступенчатые простого действия.

Компрессорная станция с электроприводом устанавливается обычно в помещении, где расположен силовой привод. Компрессор с механическим приводом имеет автоматическое и ручное управление.

Автоматизация управления компрессором осуществляется с помощью регулятора давления и электропневматического вентиля, установленного на раме компрессорного агрегата. При помощи этих механизмов компрессор выключается, когда в системе давление воздуха достигает больше допустимой величины, и включается, если давление снизится до минимума, при котором еще могут работать муфты.

Воздушные баллоны. Воздушные баллоны (ресиверы) предназначены для сохранения в буровой определенного объема воздуха, сжатого до давления, при котором эксплуатируется пневматическая система. Выполняя роль как бы аккумулятора давления, воздушные баллоны компенсируют внезапное повышение расхода воздуха и выравнивают рабочее давление в системе.

Установка состоит из рамы, на которой закрепляются два или один горизонтально смонтированных резервуара, соединенных трубой. На резервуарах установлен манометр, предохранительный и обратный клапаны и маслоотделитель.

Трубопроводы. Воздушные компрессоры соединяются с баллонами, а последние с узлами, потребляющими сжатый воздух, в основном с помощью труб. В местах подхода труб к вертлюжкам, муфтам, а также при крутых изгибах применяются резинотканевые рукава. Трубы со шлангами соединяются с помощью специальных хомутов, для чего на наружной поверхности концов труб делаются выступы.

Вертлюжки предназначены для подвода воздуха к шинно-пневматическим муфтам через торцы валов. В буровых установках применяются прямоточные вертлюжки двух размеров проходного отверстия.

Прямоточный вертлюжок состоит из корпуса 1, шпинделя 2, крышки 8, 9, двух шариковых подшипников 3, уплотнительных манжет 11 и 5, распорного кольца 12 и гайки 10, предназначенной для поджатия манжет. Шпиндель вертлюжка болтами 15 прикрепляется к торцу вала, как это показано на рис.16.1.

Шинно-пневматические муфты. Шинно-пневматические муфты, широко применяемые в буровых установках, предназначаются для соединения и разобщения вращающихся валов, передающих крутящий момент. Эти муфты обеспечивают:

• возможность дистанционного включения механизмов или от дельных узлов;

• смягчение ударов при включении;

• компенсацию небольших перекосов, а также несоосности соединяемых валов;

• возможность затормаживания вращающихся деталей, если муфта работает как тормозное устройство.

Для улучшения конструкции муфт, облегчения работ, связанных с заменой муфт, и снижения их стоимости муфты выпускаются со съемными баллонами. При повреждении в муфте, как и в автомобильной камере, заменяется только резиновый баллон, металлический же обод остается на месте. При износе колодок заменяются только колодки.

М уфты эксплуатируются при рабочем давлении 6 – 9 кг/см². Шинно-пневматическая муфта (рис.16.2) состоит из металлического обода 1 и резинового баллона 4. Обод муфты прост в изготовлении. К точности и чистоте обработки по внутреннему диаметру больших требований не предъявляется. По поверхности обода сверлятся отверстия для болтов, укрепляющих баллон в нем. Для болтов, присоединяющих обод к диску по окружности бурта обода, также просверлены отверстия.

Баллон муфты состоит в основном из трех слоев: внутреннего резинового 10, основное назначение которого удерживать в полости воздух; среднего — многослойной обкладки-корда 9 придающего муфте прочность, необходимую для передачи крутящего момента; наружного резинового слоя 8 (протектора). При горячей вулканизации, которой подвергаются муфты в период их изготовления, все три слоя соединяются в одно целое. На наружной поверхности баллона привулканизовываются металлические планки 3, имеющие по два отверстия с резьбой для болтов 2, крепящих баллон к ободу. К внутренней части обода при помощи шпилек 5 прикрепляются металлические колодочки 6 с бакелитовыми накладками 7.

Муфта 4 вместе с диском 7 (рис. 16.3) составляет одну группу деталей, соединяющих два вала. Вторая группа состоит из барабана 2, при помощи болтов присоединенного к ступице 1 второго вала. Если в баллоне отсутствует давление между колодочками муфты и наружной поверхностью барабана 2, устанавливается зазор в 2—3 мм. При подаче сжатого воздуха во вращающуюся муфту (через ниппель) баллон расширяется;

колодочки прижимаются к поверхности шкива (барабана), закрепленного на втором валу, и увлекают его за собой, сообщая последнему скорость вращения, которую имеет первичный вал, так как сила трения, возникающая между двумя плоскостями (бакелитовые колодки и стальной шкив), препятствует проворачиванию шкива относительно муфты. Если давление в муфте по той или иной причине снизится, то пробуксовывание муфты неизбежно и, как следствие этого, не исключена возможность выхода из строя резинового баллона муфты (прогорание). Поэтому необходимо тщательно следить за давлением воздуха в сети. По мере износа бакелитовых накладок последние вместе с металлическими колодками должны быть заменены.

Четырехклапанный кран предназначен для управления двумя муфтами, причем конструкцией предусмотрена такая блокировка, которая исключает одновременное включение двух муфт. Состоит он (рис 16.4) из корпуса 1 и двух крышек, из которых нижняя 4 имеет три ниппеля 5 для присоединения приемного и нагнетательных шлангов воздушной системы. Нижняя крышка крепится к корпусу болтами и имеет между ними паронитовую прокладку 6 для создания герметичности.

В корпусе крана просверлены четыре отверстия для клапанов, в которые запрессовываются четыре бронзовые втулки 2, во втулках перемещаются четыре клапана 3, два из них впускных и два выпускных. Управление этими клапанами осуществляется кольцевым кулачком 7, соединенным с рукояткой 8 крана. В положении «выключено» кулачок 7 нажимает на оба выпускных клапана, соединяя оба ниппеля с атмосферою Впускные клапаны в это время закрыты, и воздух через кран не поступает.

П ри повороте рукоятки в какую-либо сторону срабатывает одна пара клапанов: выпускной закрывается, а впускной открывается — воздух начинает поступать в соответствующий отвод; при повороте рукоятки в исходное положение впускной клапан закрывается, а выпускной открывается выпуская воздух из муфты в атмосферу.

Двухклапанные краны. На рис. 16.5 показан двух-клапанный кран, который состоит из стального штампового корпуса 9, имеющего два отверстия для клапанов; сверху и снизу корпус закрыт крышками, прикрепленными к корпусу болтами. В нижней крышке 6 против отверстий клапанов вварены патрубки 1 и 7 для присоединения к крану шлангов воздухопровода. Клапан, расположенный над патрубком 1, является впускным, второй — выпускным. Между крышкой и корпусом крана имеется паронитовая прокладка 10, необходимая для лучшей герметизации плоскости соединения. В прорези верхней крышки 4 перемещается рукоятка 5. В отверстиях крышки закрепляется валик 5, на котором свободно вращаются два одинаковых кулачка 2 и 8. Наружная поверхность ступицы обработана под квадрат, поэтому кулачки входят ступицами в квадратные отверстия рукоятки и вместе с последней вращаются на оси. Кулачки крана смещены один относительно другого на 90°. Принципиальная схема работы двухклапанного крана показана на рис. 16.6. Повернув рукоятку до упора в положение «отключено», как это показано на схеме, нажимаем кулачком на клапан В и открываем его. Воздух, находящийся в муфте, немедленно по отверстию в валу через вертлюжок устремляется к крану и через его отверстие выходит в атмосферу. В это время клапан А закрыт. Как только рукоятка крана будет переведена в противоположное — крайнее положение — «включено», клапан Б закроется, а клапан А откроется, и воздух из воздушного баллона пройдет через клапан в корпус крана, а затем в камеру под клапаном Б и далее к муфте. Краны этого типа широко применяются во всех буровых установках.

Клапаны. В воздушной системе управления буровыми установками применяются следующие клапаны: обратный клапан у воздушных баллонов, переключательный клапан, предохранительный клапан на воздушном баллоне, клапан разрядник, предназначенный для ускоренного выпуска воздуха.

Схема системы пневматического управления

На рис. 16.7 приведена распространенная схема пневматического управления буровой установкой. Питание системы рабочим агентом — сжатым воздухом осуществляется двумя компрессорами.

Компрессорная станция соединена общим воздухопроводом с воздушным резервуаром. Между каждым из компрессоров и резервуаром установлены обратные клапаны, пропускающие воздух из цилиндров компрессора в резервуар и перекрывающие проход воздуха в обратном направлении в маслоотделитель.

На воздушных резервуарах устанавливают предохранительный клапан, манометр и спускной вентиль. Из резервуара прежде чем попасть в управляющие устройства воздух отделяется от влаги и осушивается.

У правление агрегатами осуществляется кранами. Из кранов воздух поступает в исполнительный механизм, муфту или цилиндр.

Д истанционное управление. Двигатели трехдизельного блока, кроме индивидуального управления, находящегося на кожухах радиаторов, имеют общее дистанционное управление с пульта бурильщика, которое позволяет последнему в период спуско-подъемных операций работать на режимах белее экономичных. Бурильщик имеет также возможность, в случае необходимости отключить двигатели. Дистанционное управление (рис. 16.8) состоит из штурвала 1, установленного на пульте управления, промежуточного вала 10, находящегося на раме трехдизельного блока, тросика 2, при помощи которого через систему валиков 3, 5, 6 и 7 передается вращение промежуточному валу 10. От промежуточного вала тросиками 9 передается вращение через блоки 8 дифференциальным механизмам, установленным на двигателях. Для натяжки тросиков применяются специальные натяжные планки 4.

Контрольно-измерительные приборы. На пульте расположены следующие приборы: а) дистанционный электрический тахометр, при помощи которого определяется скорость вращения коленчатого вала двигателя в об/мин; б) аэротермометр для замера температуры воды в радиаторе; в) аэротермометр для замера температуры масла; г) манометр для определения давления масла, поступающего для смазки двигателя; д) вольтметр, контролирующий степень зарядки аккумуляторов; е) кнопка сирены, предупреждающая пуск двигателя; ж) кнопка включения стартера при запуске двигателя.

Контрольные вопросы.

1. Перечислите виды управления буровыми установками.

2. Какова производительность агрегатов, обеспечивающих пневмоуправление БК ?

3. Поясните принцип действия манжетного торцевого вертлюжка.

4. Проясните принцип действия шинно-пневматической муфты.

5. Поясните принцип действия четырехклапанного крана

6. Принцип действия двухклапанного крана.

7. Представьте и поясните схему пневматического управления

8. Как (с помощью чего) осуществляется дистанционное управление.

9. Перечислите контрольно-измерительные приборы, расположенные на пульте бурильщика.

Лабораторная работа № 17. Оборудования для цементирования скважин.

1. Цель работы. Изучить конструкцию и назначение оборудования для цементирования скважин.

2. Вводная часть. Спуск обсадных труб и цементирование скважин являются заключительными, наиболее сложными и ответственными операциями при бурении скважин. От успешности цементирования зависит срок эксплуатации скважины, а если скважина разведочная, то и возможность оценки перспективности изучаемого месторождения.

Сложность этих работ обусловливается большим весом спускаемых труб и их диаметрами (если спускаются колонны диаметром 279—305 мм), высокими давлениями более 250—300 кг/см², возникающими при подъеме цементного раствора за трубы при цементировании эксплуатационных колонн, спущенных на глубину свыше 4000—4500 м, а также трудностью определения точного количества жидкости, которое необходимо закачать в трубы для продавливайся цементного раствора.

Особенно ответственны эти работы при спуске труб в осложненных скважинах, где не исключается возможность их остановки или прихвата. Для восстановления циркуляции жидкости в таких скважинах, как правило, необходимо создать большие давления, а при освобождении прихваченных труб — большие натяжки.

3. Цементировочные агрегаты. Цементирование скважин осуществляется с помощью специальных цементировочных агрегатов. Оборудование цементировочного агрегата монтируется на шасси автомобиля грузоподъемностью 10—12 т и состоит из следующих основных узлов: «палубного» двигателя для привода водяного насоса, цементировочного насоса, коробки отбора мощности, замерного бака цементомешалки, цементного бачка и манифольдов. Для производства работ по цементированию скважины одновременно используется несколько агрегатов, количество которых определяется объемом жидкости, подлежащей закачке в скважину. В числе агрегатов Должны быть предусмотрены резервные (от одного до трех).