6.14 Сурет. Барабанға арқанның оратылуының біркелкісіздік сұлбасы. I-V арқан қабаты

6.15-суретте барабанның бұрылыстық бұрышынан және оратылатын қабаттар санына байланысты диаметрі 32 мм У2-5-5 шығыр барабанына келетін арқанның орамдалу радиусының өсімшесі берілген.

Суреттен көріп отырғанымыздай, барабанның бір айналымға (арқанның 11 т керілуінде) бұрылуындағы орамдалу радиусының өзгеруі 15 мм жеткен, жүргізілген өлшеулерге көрсеткендей ол керілудің азаюымен бірге өсе түседі. Диаметрі 38мм арқанның БУ-300Э бұрғылау қондырғысының барабанына оратылуында бұл біркелкісіздік 30 мм жетеді.

Арқанның барабанға орамдалу радиусының бір айналымғаи өзгеруі тартқыш ішектің қозғалыс жылдамдығына импульстік сипат береді. Импульс тәлдік жүйенің элементтері арқылы өте отырып, динамикалық жүктемені туындатады, яғни жүйе элементтеріндегі жүктемелердің тербелістік сипатын болдырады, бұлардың оциллограммасы 6.8-6.10 суреттерде берілген.

6.15-сурет. Диаметрі 32мм арқанның У2-5-5 шығыр барабанына оратылуы диаметрінің өзгеруі

6.2.2. Кто кезіндегі бұрғылау қондырғысының көтергіш бөлігіндегі динамикалық жүктемелер

Бұрғылау қондырғысының көтергіш бөлігіндегі амалсыз тербелістердің көзі оған тән кезеңдік жүктелу үрдісі және тәлдік жүйе мен мұнарадан жүктемені алу, сонымен қатар арқанның барабанға оратылу жылдамдығының біркелкісіздігі. Оратылу жылдамдығының біркелкісіздігі тізбектерді бір свечаға көтеру немесе түсіруде орын алады, ол түрлі себептермен болады, түсіру соңында жүйенің тежелуі, арқанның барабанға көпқабатты оралу кинематикасы.

КТО кезіндегі тербелістік үрдістер шығуы жолына байланысты келесілерге бөлінеді:

1. Свечаның ротордан қармап алу кезіндегі көтеру бөлігіндегі оқыс жүктелуден туындаған тербелістік үрдістер.

2. Көтерілетін свечалардың (немесе түсірілетін) инерциялық күштері себебінен туындаған тербелістік үрдістер, келесі жағдайларда:

- ілінген жүкті екпіндетуден бұрын;

- екпіндету аяқталғаннан кейін, белгіленген жылдамдыққа ауысуда;

- көтеру аяғында, бәсеңдеуге ауысуда;

- түсіру соңында, бірқалыпты қозғалыстан бәсеңдеуге тежелу және тоқтау кезінде ауысуы.

3. Барабанға арқанның көпқабатты оратылу кинематикасынан туындаған, тартқыш ішек қозғалысының жылдамдығының біркелкісіздігінен болған тербелістік үрдіс.

Бұрғылау тізбектерін ротордан қармап алудағы тербелістік үрдіс ротордан тәлдік жүйеге ауысу қарқындылдығымен негізделеді, ол жүйе қатаңдығына (тәлдік жүйе – мұнара – шығыр жетектерінің элементтері) және екпіндету барысында қозғалтқыш білігінің айналу жиілігін реттеу қалыптылығына байланысты.

Көтеру кешендерінің элементтеріндегі тербелістік үрдісі 6.16-суретте берілген. Тәжірибе барысында келесідей параметрлер тіркелді: , , - тарқыш ішектегі, қозғалмайтын ішектердегі және ілгектегі күштер; , - жалғастырғыш пен барабанның бастапқы және жетекші бөліктерінің айналу жиілігі. Суреттен көріп отырғанымыздай жүктелу үрдісін үш кезеңге бөлуге болады, олар келесі шектерде өзгеріп отырады: біріншісі – 0...2; екіншісі – 0,15-1; үшіншісі – 0...10с.

6. 16 Сурет. Бұрғылау тізбектерін көтерудің басындағы бұрғылау қондырғысының көтергіш бөлігінің элементтеріндегі тербелістік үрдіс

Бірінші кезең – жалғастырғыш бөліктердің айналуы басынан тәлдік жүйеде саңылауларды таңдауға дейінгі. Кезеңнің ұзақтығы жүйедегі саңылауларға және тәлдік жүйенің қозғалмалы бөлігіндегі үдетілген қозғалыста пайда болатын күш әсерінен арқанның ұзаруына байланысты.

Екінші кезең – тәлдік жүйеде саңылауларды таңдаудан элеватордың бұрғылау тізбектерінен үзілу моментіне дейінгі (6.17 сурет). Бұл кезеңде тәлдік жүйе мен мұнараның жүктелуі жүреді. Екінші кезең соңында бұрғылау тізбектерінің үлкен ұзындығында ілгектегі күш оның статикалық салмағына жақын келеді, ал бұрғылау құбырларының жоғарғы бөлігінің орын ауыстыру жылдамдығы нөлге жақын.

Екінші кезең барысында бұрғылау тізбегінің жоғарғы бөлігіне түсетін күші ротордың серпімді тірегінің потенциалдық энергия әсерінен, сонымен қатар жетек қозғалтқыштары энергиясымен қамтамасыз етіледі. Кезең соңында ротордың серпімді тірегінің потенциалдық энергиясы нөлге жақындап, кинетикалық энергияға ауысады, нәтижесінде құбырлардың үстіңігі жағына келетін күштің өсу қарқыны төмендейді, ал қозғалыс жылдамдығы біршама уақытта нөлге жақын келеді. Сонымен серпімді тіректің потенциалдық энергиясы және жетек қозғалтқыштарының энергиясы бұрғылау құбырларының серпімді тізбегіне бірінші түрткіні құрайды, оның басталуы мен аяқталуы жүктелудің бірінші және екінші кезеңдеріне сәйкес келеді.

6.17-сурет. Қармау кезіндегі ТКК элементтерінің қозғалыс сұлбасы

Үшінші кезеңде бұрғылау қондырғысының барлық элементтеріндегі күштері ең жоғарғы мәнге дейін өседі және ары қарай барлық тізбектерді екпіндету орындалады.

Ішектердің 45м ұзындығында (ротордан қапсырмалауда) ілгектегі ең жоғары күш екінші тербелісте пайда болады. Мұндағы екінші жүктелу кезеңі мен ілгектегі күштің екінші максимумы арасында құбырлар мен құбырлар ұзындықтарында серпімді толқындардың таралу жылдамдықтары анықталады. Ол келесідей анықталады

(6.36)

мұндағы - бұрғылау құбырының ұзындығы; - құбырлардағы серпімді толқындардың таралу жылдамдығы.

Бірінші жуықтаудағы тартқыш ішектегі динамикалық жүктеме келесі формуламен анықталады

(6.37)

мұндағы N- қапсырмалау кезіндегі шығыр барабанына келтірілетін өзгермелі қуат; - жүктелудің басталу уақыты; - тәлді жүйенің жүктелуінің аяқталу уақыты; С – жүйенің келтірілген қатаңдығы; - ілгектегі жүктеме; - тәлдік жүйе жабдықталу еселігі.

6.18-суретте қапсыру кезеңіндегі көтеру барысында Уралмаш-3Д және БУ-125БрД қондырғыларының көтеру бөліктеріндегі динамикалық коэффициент мәні берілген, ол келесі формуламен анықталады

(6.38)

Динамикалық және статикалық жүктемелері мәндері эксперимент жүзінде оцилограмма мәліметтері бойынша анықталған. 6.19- суретте Уралмаш-3Д бұрғылау қондырғысында алынған тәлдік жүйенің жылжымайтын бөлігіндегі динамикалық коэффиценттің тартқыш ішектің жүктелу барысында қозғалыыс жылдамдығына тәуелділігі берілген.

6.16 және 6.19 суреттерді талдай отырып, жүйе элементтеріндегі ең жоғарғы жүктеме ұзақтығы 0,15 тен 1,0 дейінгі жүктелудің екінші кезеңінде, тартқыш ішектің 4 тен 8м/с қозғалыс жылдамдығында қалыптасады. Қозғалмайтын ішектегі динамикалық коэффициент 1,2 ден 2,0 дейін, ал тартқышта – 3,8 дейін өзгереді.

Тәжірибе көрсеткендей екінші кезеңнің қапсыру кезіндегі ұзақтылығы тартқыш ішектің қозғалыс жылдамдығының азаюымен бірге артуында динамикалық жүктеме төмендейді. Бұл көп жағдайларда шығыр жетектерінде тұрақты ток электрқозғалтқыштарында реттеледі, сонымен қатар барабанға бір уақытта оратылатын екі тарқыш ішекті тәлдік жүйені қолдану барысында орын алады.

6.19-сурет. Динамикалық коэффициентің жүктелу кезіндегі тартқыш ішектің орташа жылдамдығына тәуелділігі

6.18-сурет. Тартқыш және жылжымайтын ішектердегі динамикалық коэфиценттің ілгіштің көтерілу жылдамдығына және ілгектегі жүктемеге тәуелділігі

Бұрғылау тізбектерін түсіру немесе көтеру кезіндегі инерциялық күштермен туындайтын тербелістік үрдістер. Тізбектерді екпіндету барысындағы динамикалық жүктеме келесідей анықталады

- ілмектегі:

(6.39)

мұндағы - екпін үдеуі, g – еркін түсу үдеуі.

- тартқыш ішекте

(6.40)

мұндағы - айналмалы шкивтер мен қозғалмалы тәлді арқанның, бұрғылау тізбектерінің тартқыш ішекке түсіретін салмағы; - тәлдік жүйенің қозғалмалы бөлігінің салмағы.

6.20 - сурет. Тартқыш ішектің жылдамдығына байланысты, арқанның бір қабаттан екіншісіне өтуінен болған, жылжымайтын ішектегі күш тербелісі құлашының өзгеруі