6.4. Оснастка талевых механизмов

Правильный выбор кратности и схемы оснастки талевого механизма имеет важное значение. От кратности оснастки зависят диаметр и длина используемого каната, кинематика и нагруженность всей подъемной части бурового, комплекса, включающей талевый механизм, буровую лебедку и ее привод.

Скорости подъема крюка (в м/с) определяются по формуле

Развернутая схема и последовательность оснастка талевого механизма при ручной расстановке свечей

Рис. 16

где n_ДВ - частота вращения вала двигателя лебедки, об/мин; D_CP - средний диаметр навивки каната на барабан лебедки, м; i_T.С - кратность оснастки и талевой системы; i_TP - передаточное число трансмиссии (от вала двигателя до лебедки).

Из приведенной формулы имеем

Последовательность огибания канатом шкивов кронблока и талевого блока определяется схемой оснастки талевого механизма. Различают параллельную и крестовую схемы оснастки. При параллельной оснастке оси кронблоки и талевого блока располагаются в пространстве параллельно, а при крестовой перекрещиваются под углом 90°.

6.5. Расчет талевых канатов

Прочность и долговечность талевых канатов зависят от действующих эксплуатационных нагрузок, кратности оснастки, размеров огибаемых шкивов и барабана, диаметра и конструкции каната.

Максимальная статическая нагрузка

P_a >S_X[k]

где Р_а - агрегатное разрывное усилие каната; S_X - натяжение ходовой струны каната при подъеме наиболее тяжелой бурильной колонны с учетом веса подвижной части и к.п.д. талевого механизма; [k] - допускаемый запас прочности.

При этом условии, согласно правилам безопасности в нефтегазодобывающей промышленности, допускаемый запас прочности талевых канатов принимается [k]≥3.

При неподвижном талевом блоке струны каната под действием подвешенного груза растягиваются с одинаковым усилием

S=P/i_T.С=P/2n

где Р - вес талевого блока и подвешенного груза; i_T.С - кратность оснастки; п - число шкивов талевого блока.

При подъеме и опускании талевого блока усилия в струнах каната изменяются из-за сопротивлений, учитываемых коэффициентом полезного действия шкива. На к.п.д. шкивов наиболее значительно влияет трение в опорах и между канавкой шкива и канатом. Независимо от диаметра к.п.д. шкива на подшипниках скольжения η=0,95…0,96, а на подшипниках качения η=0,97…0,98.

В расчетах талевых канатов удобнее пользоваться коэффициентом сопротивления шкива β=1/η. Тогда натяжения сбегающей S_сб и набегающей S_НБ струн S_сб=S_нбβ

Натяжения отдельных струн талевого каната при подъеме составят

S₂=S₁β;

S₃=S₂β=S₁β²;

S_2n=S_2n-1β=S₁β^2n-1

Сумму сил, действующих в рабочих струнах каната, примем равной суммарному весу Р подвижной части талевого механизма и подвешенной колонны труб

S₁ + S₂ +S₃ +…+S_n=Р или

S₁(1+β+β²+…+β^2n-1)=P

Выражение в скобках представляет геометрическую прогрессию. После определения суммы геометрической прогрессии получим, откуда натяжение в первой рабочей струне

Натяжение ходовой струны или

Натяжение неподвижной струны

При спуске груза максимальное натяжение будет в неподвижной струне , а минимальное - в ходовой струне

Коэффициент полезного действия η_Т.С талевой системы определяется отношением полезной работы А_п=Ph к затраченной работе А₃=S_Хhi_т.с, что i_T.С=2n, получим

,

где h - высота подъема груза Р.

Натяжение ходовой струны при подъеме можно определить в зависимости от η_Т.С

Натяжения в отдельных струнах каната для заданной кратности оснастки удобно определять из выражения,

где i - порядковый номер рабочей струны каната со стороны неподвижной струны; а_i - коэффициент натяжения,

Длина каната, необходимая для оснастки талевого механизма буровых установок

l_к=Н(i_Т.С+2)+с(i_Т.С+1)+с_0,

где Н - высота буровой вышки, м; i_Т.С - кратность оснастки; с=πD_Ш/2 - длина каната, огибающего шкив диаметром D_ш, м; i_Т.С+1 - число шкивов талевого блока и кронблока; с_о=50…100 длина витков каната, остающихся на барабане при опущенном до пола буровой талевом блоке, м.

Технический ресурс и наработка талевого каната измеряются в тонно-километрах. В процессе спуска каждой свечи совершается работа, затрачиваемая на спуск бурильной колонны и подвижной части талевого механизма, а также на подъем незагруженного талевого механизма на длину свечи. При спуске колонны бурильных труб, состоящей из n свечей, работа каната на каждую спускаемую свечу составит:

1-я свеча – qll + 2G_Tl = ql² + 2G_Tl;

2-я свеча - 2ql + 2G_Tl = 2ql² + 2G_Tl;

п-я свеча - пql+2G_Tl = nql²+2G_Tl.

Суммарная работа, выполняемая при спуске n свечей

Принимая lп=L и , получаем

Здесь q - приведенный вес 1 м бурильной трубы; G_T - вес подвижной части талевой системы; l - длина свечи; n - число спускаемых свечей; q_СВ - вес одной свечи; L - длина бурильной колонны.

Работа А_п, затрачиваемая на подъеме n свечей, определяется аналогичным путем А_п=А_сп. Общая работа А, затрачиваемая на спускоподъемные операции за период бурения скважины, равна сумме работ, выполненных за отдельные рейсы

где b - число рейсов за период бурения скважины.

Приближенно работа каната за один рейс

A_L=А_П+А_СП ≈ qL²=P_бкL

где A_L - работа, затрачиваемая на спуск и подъем бурильной колонны длиной L; Р_бк=qL - вес бурильной колонны.

Показатель долговечности талевых канатов – средний технический ресурс, выраженный в тонна – километрах (т·км). Опыт показывает, что технический ресурс талевых канатов зависит от качества их изготовления и условий эксплуатации. Средние значения, полученные по данным промысловых наблюдений, приведены в табл.5.

Таблица 5

Технический ресурс талевых канатов

Диаметр каната, мм	Длина каната, м	Исполнение каната	Район бурения	Технический ресурс, т·км
				Каната	1 м
28	1200	6×31+1 о.с.	Волгоград	40300	33,6
				49000	40,5
32	1500	6×31+1 о.с.	»	44260
				57000	38,0
35	1200	6×31+1 м.с.	Краснодар	32800	27,0
35	1500	6×31+1 м.с.	»	41120	27,1
				47900	31,6