Глава VIII

БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ

§ 1. Назначение, устройство и конструктивные схемы

Буровые лебедки осуществляют натяжение ведущей ветви талевой системы при подъеме и спуске бурильных колонн ненагруженного крюка с элеватором и спуске обсадных колонн. При помощи лебедок выполняется наращивание, свинчивание и развинчивание бурильных колонн, подъем и спуск грунтоносок, подтаскивание различных грузов и подъем оборудования и вышек в процессе монтажа уста­новок.

Лебедки используются также для передачи вращения ротору и подачи бурильной колонны во время бурения. Спуск и подъем бурильных колонн производятся большое количество раз и все опе­рации при этом повторяются систематически в строго определенной последовательности.

Подъем нагруженного крюка производится с затратой мощности, а спуск — под действием собственного веса колонны или ненагру­женного элеватор!^ Поэтому лебедки снабжаются устройствами для подвода мощности при подъеме и тормозными устройствами для поглощения работы спуска. Для повышения к. п. д. во время подъема крюка с ненагруженным элеватором или колонной переменного веса лебедки выполняют многоскоростными. Переключение с высшей на низшую скорость и обратно осуществляется оперативными муфтами, обеспечивающими плавное включение и минимальную затрату вре­мени на эти операции. Переключение скорости в коробках передач во время подъема колонн различного веса осуществляется периоди­чески. Оперативного управления скоростями коробки не требуется.

Канат на барабан лебедки при спуске и подъеме в зависимости от скорости крюка и числа струн в талевой оснастке навивается и свивается с различными скоростями. Скорость крюка при подъеме колонн наибольшего веса обычно составляет 0,3—0,5 м/сек, а ско­рость подъема ненагруженного элеватора — 1,7—2,0 м/сек. Более высокие скорости подъема ухудшают условия намотки каната на барабан и не дают существенного выигрыша времени.

Скорости спуска колонн определяются их весом, длиной и техно­логическими условиями скважины. Наибольшая скорость спуска обычно не превышает 3 м/сек, наименьшая при спуске обсадных колонн достигает до 0,2 м/сек.

В процессе бурения через лебедку осуществляется подача буриль­ной колонны со скоростью, составляющей десятитысячные или сотые доли метра в секунду и при подъеме колонны — до 1 м/сек.

В процессе подъема канат навивается на барабан лебедки под натяжением от веса всей колонны, а свивается при спуске ненагру-

Рис. VIII-1. Внешний вид двухвальной однобарабан-ной лебедки.

j — рама; 2 — регулирующийгидротормоз; з — катушка фрик­ционная; 4 — шпилевая катушка; 5 — пульт бурильщика; в — тормозной рычаг; 7 — барабан; 8 — кожух; 9 — редуктор.

женного элеватора под небольшим натяжением. В процессе спуска колонн, наоборот, канат навивается при небольшом натяжении и большой скорости во время подъема ненагруженпого элеватора, а свивается при натяжении от коса всей колонны.

Эти обстоятельства создают тяжелые условия работы каната, и он быстро изнашивается особенно при многослойной навивке.

На рис. VIII-1 показан внешний вид однобарабанпой буровой лебедки мощностью 1000 кет, а на рис. VII1-2 —принципиальная схема однобарабанной двухвальной буровой лебедки с ленточным пневматическим (главным) тормозом с двумя цепными передачами для привода главного барабана и двумя фрикционными муфтами для его оперативного включения.

Главный барабан предназначен для навивки талевого каната и снабжен тормозными шкивами.

208

Механический тормоз служит для замедления дви­жения и полной остановки крюка в любом месте по высоте вышки. При отсутствии в конструкции лебедки специальных устройств регу­лирование скорости подачи колонны во время бурения осуществляет­ся тормозом. Если спуск тяжелых колонн осуществляется с большой

Рис. VIII-2. Принципиальная схема буровой лебедки.

j _- барабн главный; 2 — пневматический тормоз (главный); 3 — фрикционная муфта мед­ленного вращения; 4 ~- вертлюжок для подвода воды и воздуха; -5 — катушка шпилевая; 6 — передача медленного вращения; 7 — трансмиссионный вал; 8 — передача привода кату­шечного вала; 9 — муфта включения катушечного вала; ю — передача привода быстрого вращения; 11 — катушка для раскрепления замков; 12 — фрикционная муфта включения быстрого вращения; 13 — муфта включения вспомогательного тормоза; 1-i — вспомогатель­ный тормоз; is — вертлюжок для подач и воздуха и отвода воды; ie ~ передача привода ро­тора; 17 — балансир пневматического тормоза; is — коленчатый вал тормоза; 19 — тормоз-пая лента; SO — рычаг тормоза; 21 — цилиндр пневматического тормоза.

скоростью, мощность торможения достигает 3—о тыс. кет, а при бурении она равна всего 3—20 кет.

Естественно, что один и тот же тормоз не может удовлетворить всем требованиям спуска колонны и подачи ее на забой, так как коэффициенты трения при низких скоростях не стабильны. Поэтому во время бурения в тяжелых условиях, особенно с применением забойных двигателей, для подачи колонн лебедки снабжают устройствами, осуществляющими регулирование скорости спуска

14 заказ 1015. 209

в процессе проходки и подъема колонны для обеспечения стабиль­ности нагрузки на долото.

Устройства, регулирующие скорость подачи, кинематически свя­зываются с лебедкой через передачи силового привода главного подъема и включаются жесткими сцепными муфтами в периоды буре­ния.

Вспомогательный тормоз предназначен только для регулирования скорости колонн при их быстром спуске, поглощения и рассеивания части энергии опускающегося груза.

Механические тормозы устанавливаются непосредственно на барабане с целью уменьшения количества передач и деталей, пере­дающих большие усилия, возникающие во время торможения; обе­спечения безопасности работы при спусках и подъемах; умень­шения вращающихся масс, передач, валов и других промежуточных деталей, вращающихся с барабаном. В результате улучшается при­емистость лебедки, что сокращает время разгона при подъеме и спуске пустого элеватора.

Вспомогательные тормозы замедления служат для поглощения значительной части энергии, выделяющейся во время спуска колон­ны, что способствует уменьшению износа колодок тормозов и облег­чению труда бурильщика. В буровых лебедках вспомогательные тормозы выполняются в виде отдельного агрегата, соединяемого с главным барабаном лебедки жесткими муфтами сцепления или обгонными муфтами и включаемого только во время спуска колонн.

Оперативное включение высшей а низшей скоростей вращения барабана лебедки осуществляется на ходу фрикционными муфтами, устанавливаемыми на барабане.

Для этих целей применяют осевые одно-, двух- и трехдисковые и радиальные шиннопневматические фрикционные муфты.

В буровых лебедках применяют как одну передачу и муфту сцепления для включения барабана, так и две передачи, устанавли­ваемые с двух его сторон.

Применение двух передач и муфт сцепления на главном валу позволяет обеспечить лучшую оперативность включения барабана лебедки, чем с одной передачей, при этом удваивается число скоро­стей вращения барабана по отношению к числу скоростей коробки передач без переключения скоростей в коробке.

Подача воздуха к фрикционным муфтам и воды для охлаждения тормозных шкивов осуществляется через вертлюжки, монтируемые на концах главного вала лебедки. Для привода барабана лебедок применяют многорядные втулочно-роликовые цепные передачи при параллельном расположении валов лебедки и двигателей и кардан­ные валы при соосном их расположении.

Зубчатые передачи применяют ограниченно, так как они громозд­кие, а клиноременные — из-за непригодности для передачи больших усилий при низких скоростях движения. Передачи для предохране­ния от попадания на них грязи, пыли, предохранения от разбрыз­гивания смазки и обеспечения безопасности закрывают кожухами.

210

Большинство лебедок оборудуется специальным катушечным валом, на котором монтируется катушка, предназначенная для свинчи­вания, развинчивания, крепления и раскрепления резьб бурильных труб и замков во время спуска и подъема колонн, а также для про­изводства различных вспомогательных работ по подтаскиванию и подъему грузов до 3000 кг.

Раскрепление резьб замков осуществляют с помощью лебедок или пневмораскрепителей, а отвинчивание — вращением свечи при помощи тросика или каната, наматываемого на шпилевую катушку.

Во многих буровь»х установках все операции по свинчиванию и развинчиванию осуществляют механизированными ключами с пнев­матическим, гидравлическим или электрическим приводом. Катушки лебедки в этих случаях используют только для вспомогательных работ или как резервные.

Катушечный вал лебедки для удобства располагается на высоте не более 1,8 м от уровня ее основания. Этот вал приводится цепной передачей, являющейся наиболее простым конструктивным реше­нием его привода. Для производства всех работ достаточно одной скорости вращения катушечного вала, однако конструктивно во многих случаях этот вал имеет столько же скоростей вращения, сколько и барабан лебедки или выходной вал коробки передач.

Размеры барабана и рабочая скорость вращения шпилевой катуш­ки выбирают так, чтобы скорость навивки каната была в пределах 1—2 м/сек, его тяговое усилие — до 80 кн, а на фрикционной катуш­ке или вспомогательной лебедке — до 500 кн.

В зависимости от комплекса работ лебедки подразделяются на универсальные, предназначенные для работ, связанных со спуском и подъемом колонн в процессе проводки скважины, и на специализированные, выполняющие только часть функ­ций: только подъем и спуск колонн. Работы по свинчиванию, развин­чиванию, подъему и спуску небольших грузов, грунтоносок и других осуществляются с помощью другой вспомогательной лебедки.

Например, буровые лебедки, предназначенные для установки ниже пола буровой, снабжаются дистанционным управлением и не оборудуются устройствами для вспомогательных работ. В этих слу­чаях на уровне пола буровой устанавливается небольшая лебедка для вспомогательных работ, оборудованная катушками, барабаном для навивки вспомогательного или тартального каната и другими устройствами.

Лебедки, предназначенные для буровых установок различной грузоподъемности, классифицируются по величине тягового усилия на ведущем конце каната, мощности, передаваемой на барабанный вал, мощности тормозов, числу барабанов и валов.

По числу барабанов лебедки подразделяются на одно- и двух-барабанные. Од но бара банные лебедки используются главным обра­зом при бурении эксплуатационных скважин. При однобарабанных лебедках для каротажных работ, связанных со спуском кабеля, используют вспомогательные лебедки в виде отдельного агрегата.

14» 214

В двухбарабанных лебедках второй вспомогательный барабан монтируют на катушечном валу, и он служит для намотки троса грунтоносок и других работ, производимых в скважине. Включается вспомогательный барабан с помощью жестких или фрикционных муфт сцепления.

Конструктивная схема лебедки определяется ее назначением: типом передач, приводящих во вращение барабан (цепная или кар данная); мощностью, типом двигателей и видом силового привода в^целом; высотой и конструкцией оснований. При цепном приводе схема лебедки в первую очередь определяется по расстоянию между осями вала главного барабана и выходного вала коробки скоростей и углом наклона этой цепной передачи.

На рис. VIII-3 приведены различные конструктивные схемы буро­вых лебедок. Наиболее простыми по конструкции и лучшими по оперативности управления являются однобарабанные одновалъные лебедки с приводом главного вала двумя цепными передачами непо­средственно от коробки скоростей и двумя муфтами сцепления для оперативного включения. Эти лебедки имеют меньший вес по срав­нению с двух- и трехвальными, что облегчает монтаж, демонтаж и транспортировку даже очень мощных лебедок.

Одновальные лебедки применяют в тех случаях, когда остальные функции выполняются вспомогательной лебедкой. В лебедках сред­ней мощности, вес которых значительно затрудняет монтаж и транс­портировку, некоторое усложнение конструкции за счет совмещения в них главных и вспомогательных функций вполне оправдано, по­этому их чаще выполняют универсальными двух- и трехвальными. При необходимости их выполняют двухбарабанными.

Наиболее целесообразны двухвальные одно- или двухбарабанные лебедки, выполненные по схеме рис. VIII-3, б, с двумя муфтами сцепления главного барабана, с двумя цепными передачами его привода и одной цепной передачей привода катушечного вала от главного, что позволяет обеспечить хорошую оперативность работы лебедки я простоту конструкции при небольшом весе. Двухбарабан­ные лебедки с целью увеличения числа скоростей вращения второго барабана также изготовляются по этой схеме.

К числу недостатков лебедки, выполняемых по этой схеме, отно­сится сложность центрования двух цепных передач привода вала барабана. Поэтому применяются они при такой конструкции буровой и оснований, в которой лебедка и коробки передач монтиру­ются на одном уровне стола буровой и небольшом расстоянии друг от друга. В тех случаях, когда силовой привод и коробку передач располагают на большом расстоянии и ниже уровня пола буровой, целесообразнее применять лебедки, выполненные по схеме, приве­денной на рис. VHI-3, в.

Такая лебедка имеет ту же оперативность и те же качества, что и вышеприведенная, но только одну цепную передачу от коробки скоростей, в результате чего облегчаются монтаж ее и эксплуатация.

Одно- и двухбарабанные лебедки с приводом карданным валом

212

Т .и

EF

1		1 / \
1 1 1
			-'
J f— =1		^ tr i 1

Рис. VIII-3. Схемы^буровых лебедок.

l — коробка"скоростей;"г — барабан; 3~к 4 — передачи медленного и быстрого вращения;

5 — станина; 6 — катушечный вал; 7 — вспомогательный барабан; 8 — катушка; 9 — кяр-дянная передача; JO — трансмиссионный вал; 11 — передачи; 12 — трансмиссия силового привода, a — однобарабанная одновальная лебедка с двумя цепными передачами привода барабана; б — двухбарабанная двухвальная лебедка с двумя цепными передачами привода барабана; в — однобарабанная двухвальная лебедка с двумя цепными передачами привода барабана; з — однобарабанная двухвальная лебедка с приводом через карданный вал; д — однобарабанная трсхвальная лебедка с цепными передачами.

от коробки передач (рис. VIII-3, 0) при двигателях, соосно располо­женных с лебедкой, менее целесообразны.

Недостатком таких конструкций является то, что оперативное переключение барабана лебедки с медленного на быстрое вращение и обратно можно осуществлять только в коробке скоростей, что создает ряд конструктивных усложнений. Другим недостатком таких лебедок является то, что силовой привод и лебедку приходится рас­полагать на одном уровне, так как карданная передача не допускает большого угла наклона, что в свою очередь усложняет основания буровой установки, особенно при большой их высоте и групповом дизельном приводе.

Трехвальные лебедки (рис. VIII-3, д) представляют собой кон­струкцию, в которой совмещена лебедка с упрощенной коробкой передач. Применяют их при двигателях, имеющих широкий диапазон регулирования, и там, где не требуется большого числа скоростей, так как в трехвалыюн лебедке конструктивно сложно осуществить более четырех скоростей. Трехвальные лебедки без коробок скоростей применяются ограниченно.

При приводе ротора цепной передачей во всех конструкциях лебедок катушечный или главный вал используется как промежуточ­ный для уменьшения межцентрового расстояния цепной передачи, так как расстояние между ротором и силовым приводом недопустимо велико для одной цепной передачи.