§ 2. Конструкции буровых установок для структурно-поискового бурения

Общая компоновка установок

Состав оборудования и схема установки для структурно-поиско­вого бурения мало отличаются от буровых установок для глубокого эксплуатационного бурения.

Все оборудование установок для бурения геофизических и струк­турно-поисковых скважин глубиной до 600 м монтируется на плат­форме колесного, гусеничного прицепа, автомашины или трактора.

На рис. ХХ-1 показана типовая буровая установка для бурения структурно-картировочных скважин глубиной до 600 ж, номинальной грузоподъемностью 2,5 т в рабочем положении.

Бее узлы установки, кроме насоса, глиномешалки и бака для промывочной жидкости, смонтированы на платформе автомобиля. Буровой насос, глиномешалка и бак устанавливаются на земле.

На рис. ХХ-2 приведен общий вид установки такой же грузоподъ­емности, смонтированной на тракторе и предназначенной для буре­ния при помощи шнеков. Б такой установке насосы не применяют. Разрушение породы осуществляется долотом, укрепленным на конце шнека, с помощью которого удаляется выбуренная порода.

449

Оборудование is буровых установках для роторного и турбин­ного бурения структурно-картиров очных и поисковых скважин глубиной 1500—3000 м монтируется на одной или нескольких спе­циальных платформах со сменной транспортной базой (колеса или полозья) или рассчитываются па перевозку универсальным транс­портом, в том числе и вертолетами. В этом случае установка раз­бирается на транспортабельные блоки массой 2—5 т.

Буровые установки для бурения поисковых скважин глубиной до 3000 м являются как бы моделью буровых установок, предназ­наченных для проходки эксплуатационных скважин, но имеют обычно одип двигатель и насос.

Установки монтируются на металлических рамах-основаниях и при перевозке разбираются па блоки. Обычно компоновка состоит из четырех-пяти блоков: лебедки и ротора, насоса с силовым приво­дом, вытттки, вспомогательного оборудования и инструмента. Кине­матические схемы установок для структурно-поискового бурении значительно проще, чем схемы установок для глубокого эксплуа­тационного бурения на нефть и газ.

Если в качестве привода используется двигатель автомашины, то кинематическая схема мало изменяется. Привод насосов в этих установках осуществляется от вала двигателя обычно через клино-ременную передачу. Регулирование производительности насосов производят ступенчато за счет изменения диаметров поршней и втулок или регулирования скорости вращения двигателя. Для привода лебедки и ротора используется общая коробка передач, обычно имеющая 3—4 скорости. Турботрансформаторов, как пра­вило, не применяют, так как объем спуско-подъемных работ обычно небольшой и работает одип двигатель без блокирования. Управление всеми механизмами таких установок не требует значительных фи­зических усилий рабочего, все механизмы расположены па небольшом расстоянии от поста бурильщика, в результате чего в узлах управле­ния обычно используют механические и только в установках для бурения па глубины 2000—3000 м пневматические или гидравличе­ские системы.

Механизмы установок

Буровые установки для бурения структурно-поисковых скважин изготовляются легкими, компактными. Предназначены они для бу­рения, спуска и подъема легких бурильных колонн малого диаметра (до 89 мм) и имеют соответственно легкие агрегаты, механизмы и узлы.

В зависимости от типа и грузоподъемности конструкции узлов изготовляются несколько отличными друг от друга. Ниже приведено несколько типовых конструкции.

Ротор буровой установки для бурения скважин на глубину до 200 м (рис. ХХ-3) отличается от роторов тяжелых бурильных установок тем, что ведущий вал выполнен заодно с конической шестерней, что упрощает конструкцию и легко осуществимо ввиду

Рис. ХХ-1. Буровая установка, пред­назначенная для бурения структурно-поисковых скважин глубиной до 600 м с номинальной грузоподъемностью 2,5 т,

1 - - бачок для смазки; 2 — двигатель; з — бензобак пускового двигателя; 4 — генера­тор; 5 -— щит; б — реостат; 7 — домкраты гидравлические; 8 — топливный бак; 9 -коробка передач; Ю — дроссель управления гидродомкратами; И, 12, 13, ]4, iti, 17, is, 19 и 20 — рычаги управления; 15 — лебедка; 21 — ротор; 22 — насос; 23 — таль вспомо­гательная; 2-1 — вертлюг;25 — таловый блок; 26' — вышка; 27 — кроыблок.

25

1В 17

29*

451

ft

небольших размеров. Ро­тор имеет проходное от­верстие диаметром 150— 200 мм. Стол ротора обыч­но не рассчитывается на то, чтобы па нем стояли рабочие.

Вместо квадратного уг­лубления для роторных зажимов стол ротора име­ет пазы, а защелка его — ручное управление, так как ротор располагают на уровне пояса рабочего.

В е р т л го г (рис. ХХ-4) такой установки несколько отличается от вертлюгов большой грузоподъемно­сти. В нем. уже нет глав­ной опоры для восприятия только веса бурильной ко­лонны. И вертлюгах, пред­назначенных для буре­ния неглубоких скважин, в большинстве случаев оба оно рных подшипника вы­полняются одного размера и рассчитываются они на полную нагрузку с воз­можностью действия ее и двух направлениях, так как в начале бурения вес бурильной колонны мень­ше нагрузки, которую надо обеспечить на долоте, поэтому осуществляют до­полнительный нажим на долото через вертлюг и бурильную колонну.

Для передачи нагрузки вертлюг снабжается до­полнительными устройст­вами для соединения с механизмом подачи и направляющими роли­ками.

Крюк и или к р ю-к о б л о к п в буровых

452

Рис. ХХ-2. Буровая установка для враща­тельного бурения шнеками, смонтированная на тракторе.

1 — трактор; 2 — передняя опорная стойка для мач­ты; 3 — коробка отбора мощности; 4 — лебедка; 5 — рсщуктирпая коробка; в — направляющий шкив для талевого каната: 7 ~ стойка шарнирной опоры мачты; 8 — шестигранная штанга; 9 — мачта; Ю — верхний направляющий шкив дли талевого каната; И — кронблок; 12 — двухшкивный блок; 13 — ви-бровращатель; 11 — вертлюг; 15 — угловой редук­тор; it, ~ рама; 17 — слайдер для шнеков; 18 — руч­ная лебедка для подъема и опускания мачты; 19 — шнеки; 20 —долото; 21 —домкраты; 22 —рычаг управления реверсом; 23 — рычаг управления ле­бедкой; 24 — дублер управления топливоподачсй двигателя; 25 — рычаг управления муфтой; 26 — рычаг.

установках этого типа применяют либо однорогие, либо вместо крюка применяют одну серьгу, ствол которой подпружинен.

Пружина служит для подъема свечи на длину резьбы при раз­винчивании труб аналогично тому, как это делают в буровых уста-

Рис. ХХ-3. Ротор установки для бурения на глубину до 200 м.

новках для бурения эксплуатационных скважин. Однорогие или с одной проушиной крюки делаются потому, что штропы здесь легкие, съем и установка штропа и вертлюга не занимают много времени и не требуют больших физических усилий рабочего.

Упорные подшипники качения для облегчения вращения крюка не применяют. Обычно подшипником служит упорное кольцо.

454

Вместо стопорных защелок здесь применяют скобы с креплением болтами.

Талевая система выполняется обычно с небольшим числом шкивов. Обычно оснастка от 1 X 2 до 3 X 4. По конструкции талевые блоки и кронблоки аналогичны этим же устройствам в уста­новках для глубокого эксплуатационного бурения.

Рис. ХХ-4, Вертлюг установки для о у-рения на глубину 200 м.

К р о и б л о к и обычно выполняются только одноосной кон­струкции, составляют одно целое с верхней головкой мачты и в виде отдельного механизма, как правило, не выполняются, так как их размеры небольшие. Шкивы обычно монтируют на шарикоподшипни­ках, обеспечивающих достаточную долговечность.

Буровые лебедки выполняются по конструкции зна­чительно проще, чем в установке большой грузоподъемности. В ка­честве примера на рис. ХХ-5 показана двухвальная лебедка с двумя тормозными шкивами.

В результате того, что при спуско-подъемпых операциях произ­водится малый объем работы, в лебедках этого типа вспомогательных

453

Рис. ХХ-5. Буровая лебедка.

(регулирующих скорость спуска) тормозов но применяют. Упра­вление тормозами и оперативными фрикционными муфтами осуще­ствляется механическим способом.

Барабаны лебедок обычно монтируют на валах, па подшипниках качения и к валу не крепят. Это делается с целью уменьшения мо­мента инерции, масс и для обеспечения быстрого разматывания ка­ната во время спуска ненагруженного крюка при небольшом весе подвижной части талевой системы. Барабаны выполняются как с одним тормозным шкивом, так и с двумя.

В некоторых установках применяют двухбарабанные лебедки, причем оба барабана монтируются на одном валу. Барабаны имеют независимое включение дисковыми фрикционными муфтами. Один из барабанов предназначен для навивки каната при спуско-подъ-емньгх операциях, второй для навивки каната, поддерживающего колонну во время бурения.

В качестве тормозных систем, так же как и в лебедках для глу­бокого бурения, применяют обычно ленточные тормоза с механи­ческим управлением.

В двух ленточных тормозах этих лебедок балансиров для вырав­нивания усилий на обе ленты не применяют, так как тормозные уси­лия сравнительно небольшие и можно легко осуществить регули­ровку.

Коробка передач служит для привода лебедки и ротора и изменения скоростей их вращения. Рассчитывается она для пере­дачи сравнительно небольших мощностей до 100—150 кет. Так как расстояния между центрами валов небольшие, то кинематическую связь легко осуществлять зубчатыми передачами и карданными ва­лами. Цепи применяют только в передаче между коробкой скоростей и лебедкой.

Коробки передач подобно автомобильным выполняются в боль­шинстве случаев зубчатыми (рис. ХХ-6). Так как масса шестерен небольшая, переключение скоростей осуществляется передвижением их по шлицевому валу в момент остановки. Мри этом синхрониза­торов скоростей вращения но применяют.

В коробке передач встраивают одну коническую передачу. Если валы коробки располагают параллельно валу лебедки, то кониче­ская передача ел у; кит для привода ротора через карданный вал.

Часто в буровых установках этого типа коробки передач уста­навливаются так, что их валы перпендикулярны главному барабан­ному валу лебедки, тогда коническая передача служит для привода лебедки. В целях упрощения конструкции иногда ставят барабан лебедки идоль оси автомашины, что вполне допустимо, так как его ширина незначительна и это не ухудшает условий навивки каната,

Корпуса коробок передач выполняются литыми из чугунного литья или из легких сплавов, в некоторых случаях сварными.

Для изготовления шестерен, валов и других деталей, передающих нагрузку, применяют легированные хромом и никелем стали. Где

437

Рис. ХХ-6. Коробка передач.

неооходима высокая поверхностная твердость, применяют цемента­цию с закалкой или закалку с нагревом токами высокой ча­стоты.

Насос ы для прокачки промывочной жидкости по конструк­ции применяют аналогичными насосам, предназначенными для глу­бокого бурения. В большинстве случаев используют поршневые, двухцилиндровые, горизонтальные насосы двойного действия. В ус­тановках для структурного и поискового бурения ввиду небольших ттроизводительностей и мощностей насосы имеют меньшие габариты. Диаметры поршней насосов в таких установках близки по диаметру штокам насосов для глубокого бурения (80—100 мм). Так как не­обходимое давление обычно не превосходит 100 Мн/м², в насосах проблема уплотнения поршней решается значительно проще. Эти обстоятельства делают возможным применение многоцилиндровых (5—9) плунжерных насосов горизонтального типа или V-образпых. Привод их осуществляют клиноременными передачами или кардан­ными валами.

И з двигателе и внутреннего сгорания для этих установок выбираются дизели тракторного или автомобильного типа со ско­ростью вращения вала 1000—2000 об!мин, работающие на жидком тяжелом топливе.

В ы ш к и применяют мачтового типа высотой от 6 до 37 м сварной конструкции. При высоте до 10—12 м вышки делаются не разборными, при большой высоте для удобства транспортировки они выполняются шарнирными, складными, выдвижными. Как правило, вышки транспортируются на той же платформе, что и основное оборудование. Для их подъема из транспортного положения в рабочее применяются гидравлические телескопические домкраты и механические тросы. Тросы в основном используются для подъема легких мачт высотой до 10 м.

На расстоянии нескольких метров от точки крепления вышки устанавливают на шарнирах один или два домкрата. При подъеме домкраты становятся как бы подкосами. В поднятом состоянии вышка крепится дополнительно расчалками и домкратами, находя­щимися на концах ее ног.

Гидравлическая система подъема и спуска вышки состоит из насоса, масляного бака, распределителя гидравлических домкратов и маслопроводов.

При подъеме вышки насос нагнетает масло в цилиндры, при этом распределитель регулирует скорость ее подъема за счет сброса части масла в бак.

При спуске вышки распределителем переключаются маслопро­воды так, что нагнетательные линии становятся сливными. За счет регулирования распределителем количества сливаемого масла ре­гулируется и скорость спуска.

Механизмы подач и. В установках для бурения струк­турно-поисковых скважин применяется легкая бурильная колонна и во многих случаях ее силы тяжести недостаточны для создания

необходимой нагрузки на долото. Поэтому необходимы устройства, обеспечивающие дополнительный нажим и регулировку скорости подачи бурильной колонны.

В установках роторного бурения, где длина хода зависит от длины квадратной штанги, нажим осуществляется с помощью бесконечной гибкой связи, состоящей из троса и цепи, проходящей через шкивок кронблока it звездочку вала подачи. Этот трос соединяется с вертлю­гом, При вращении вала подачи участок цепи перемещается с по-мощью звездочек, за счет чего осуществляется подача. Вал меха­низма подачи приводится во и ращение с переменной скоростью вручную или от двигателя через систему передач.

.