- •1. Состав и компоновка буровых установок
- •1.1. Специальные требования связаны с условиями работы буровых установок. Параметры буровых установок
- •2. Породоразрушающий инструмент
- •2.1. Шарошечные долота
- •2.2. Лопастные и алмазные долота
- •3. Бурильная колонна
- •3.1. Ведущие трубы
- •3.2. Бурильные трубы
- •3.3. Утяжеленные бурильные трубы
- •3.4. Резьбовые соединения труб
- •3.5. Расчет бурильных колонн
- •4. Обсадные колонны
- •4.1. Обсадные трубы
- •4.2. Конструкция скважины и диаметры обсадных колонн
- •4.3. Расчет обсадных колонн на прочность
- •5. Буровые роторы
- •5.1. Устройство и условия работы
- •5.2. Расчет и выбор основных параметров
- •5.3. Вертлюг
- •5.4. Устройство и конструктивные особенности
- •5.5. Выбор основных параметров
- •6. Талевый механизм
- •6.1. Талевые блоки
- •6.2. Талевые канаты
- •6.3. Расчетные нагрузки
- •6.4. Оснастка талевых механизмов
- •6.5. Расчет талевых канатов
- •7. Буровые лебедки
- •7.1. Кинематическая схема и устройство
- •7.2. Расчет и выбор основных параметров
- •7.3. Кинематика подъемного механизма
- •7.4. Динамика подъемного механизма
- •7.5. Динамика привода
- •7.6. Продолжительность спускоподъемных операции и распределение нагрузок. Объем спускоподъемных операций
- •8. Буровые насосы
- •8.1. Устройство буровых насосов
- •8.2. Кинематика буровых насосов
- •8.3. Расчет и выбор основных технических показателей насосов
- •8.4. Конструктивные параметры
- •9. Циркуляционная система буровой установки
- •9.1. Устройства для приготовления и утяжеления буровых растворов
- •9.2. Очистные устройства циркуляционной системы
- •9.3. Состав и технологическая схема циркуляционной системы
- •10. Привод буровых установок
- •10.1. Двигатели буровых установок
- •10.2. Силовые передачи и агрегаты
- •11. Буровые вышки
- •11.1. Выбор параметров и технические характеристики буровых вышек
- •Список литературы
7.4. Динамика подъемного механизма
Динамические нагрузки в подъемном механизме буровых установок возникают при спускоподъемных операциях вследствие действия ускорения или замедления, а также упругих колебаний, создаваемых во время переходных процессов, Источники динамических нагрузок - толчки и удары, возникающие при подхвате колонны труб и переходах талевого каната на последующий слой навивки, а также из-за зазоров и монтажных смещений в сочленениях узлов и деталей подъемного механизма и его привода.
На динамику спускоподъемных операций значительно влияет состояние ствола скважины. Всевозможные уступы и каверны препятствуют равномерному движению колонны труб в скважине, поэтому в подъемном механизме возникают динамические нагрузки случайного характера. Систематическими являются динамические нагрузки, возникающие в период разгона и торможения лебедки. При прочих одинаковых условиях уровень динамических нагрузок, возникающих в процессе подъема, зависит от пусковых свойств двигателей и упругости системы, включающей силовые передачи, лебедку, талевый канат, вышку и колонну поднимаемых труб.
При спуске динамические нагрузки зависят от снижения скорости, регулируемой вспомогательным и основным тормозами лебедки, а также от упругости талевого каната, вышки и колонны спускаемых труб.
Опытный коэффициент динамичности учитывает динамические нагрузки в подъемном механизме буровых установок
КД=(Рст+Рд)/Рст,
где Рст - статическая нагрузка от собственного веса колонны труб и подвижной части талевого механизма; Рд – динамическая нагрузка.
В результате экспериментальных исследований установлено, что коэффициент динамичности для отдельных звеньев и деталей подъемного механизма буровых установок изменяется от 1,02 до 2 в зависимости от скорости подъема, определяемой мощностью привода буровой лебедки и массой поднимаемой колонны. По мере увеличения массы колонны труб скорость подъема уменьшается и при этом снижается коэффициент динамичности.
Динамические нагрузки в звеньях подъемного механизма достигают наибольших значений в период подхвата колонны труб с ротора при подъеме и в начале торможения лебедки при спуске. В табл.7 приведены коэффициенты динамичности для неподвижной ветви талевого каната, полученные по результатам инструментальных измерений на буровой установке Уралмаш ЗД при подъеме бурильной колонны весом 2000 кН из скважины глубиной 5000 м.
Таблица 7
Нагрузка на крюке, кН |
Скорость подъема крюка, м/с |
Коэффициент динамичности КД |
150-250 |
1,32 |
2,00-1,88 |
250-700 |
1,12-0,99 |
1,88-1,43 |
700-1200 |
0,58-0,56 |
1,43-1,22 |
1200-1800 |
0,40-0,38 |
1,22-1,05 |
1800-2000 |
0,17-0,16 |
1,05-1,03 |
При теоретическом рассмотрении динамики подъемного механизма буровых установок обычно пользуются принципом Д’ Аламбера, согласно которому в любой момент времени имеется равновесие сил инерции, активных внешних сил и реакций связей.