5. Вспомогательный буровой инструмент.
Вспомогательный буровой инструмент – группа инструментов предназначенных для работы с технологическим буровым инструментом: - главным образом, спускоподъемные операции (СПО), сборка и разборка технологического инструмента (колонковых наборов, свечей бурильных труб), а также для обслуживания специального и аварийного бурового инструмента. В состав вспомогательного инструмента входят: талевый блок (кронблок является частью буровой вышки, мачты), вертлюг-амортизатор, элеватор с наголовниками или без, труборазворот или трубодержатель (они больше относятся к оборудованию, но функционально они ближе к инструменту для СПО), подкладные и отбойные вилки, шарнирные ключи для бурильных и колонковых труб, короночные ключи. Могут быть и другие вспомогательные инструменты для работы со специальными буровыми снарядами и забойными механизмами.
В практикуме не дается полное описание всех вспомогательных буровых инструментов, (это все есть в учебниках и справочниках), а показаны функциональные свойства основных инструментов.
Талевый блок является частью талевой системы и применяется в тех случаях, когда «нагрузка на крюке» больше чем грузоподъемность лебедки бурового станка (установки), т.е. Fлеб < Gкр., В зависимости от того, насколько Gкр больше Fлеб. используется соответствующая талевая оснастка.. При двух и трехструнной талевой оснастке используется однороликовый талевый блок, при четырех и пятиструнной оснастках используется двухроликовый талевый блок. (рис. 17).
Рис. 17.
Вертлюг-авмортизатор – устанавливается между талевым блоком или тросом лебедки и элеватором. Вертлюг-амортизатор состоит из двух частей, которые могут свободно вращаться относительно друг друга и связаны между собой пружиной растяжения (рис.18). При СПО, верхняя часть вертлюга-амортизатора не вращается, а нижняя часть с элеватором свободно вращается при свинчивании и развинчивании бурильных свечей. И, что особенно важно, при развинчивании свечей, по мере отвинчивания свеча за счет пружины амортизатора поднимается и выходит из соединения с нижней свечей. Без амортизатора при отвинчивании свечи нужно постоянно подтягивать трос лебедки. Делать это надо очень тщательно, иначе можно повредить замковую резьбу или, еще хуже, можно поддернуть свечу, вылетит подкладная вилка и снаряд может упасть в скважину.
Рис. 18.
Элеватор – наиболее ответственный инструмент для спускоподъемных операций. Элеватор служит для соединения троса лебедки напрямую или через вертлюг-амортизатор, если он есть, с верхним концом бурильной свечи. В разведочном бурении применяются три вида элеваторов: - элеватор с кольцом, его еще называют простым или ручным элеватором (рис. 19г), полуавтоматический элеватор с наголовниками (рис.19д) и полуавтоматический элеватор без наголовников. (рис. 20).
Элеватор с кольцом (ручной) до тысяча девятьсот шестидесятых годов был единственным при бурении глубоких геологоразведочных скважин, Такой элеватор надевается на верхнюю прорезь замка верхнего конца свечи вручную, а поскольку при глубоком бурении свечи устанавливаются вертикально вдоль буровой вышки, на верху буровой вышки делалась специальная площадка, на которой находился «верховой рабочий». Задача верхового рабочего заключалась в том, что он надевал элеватор на верхний конец свечи при спуске снаряда и снимал элеватор с верхнего конца свечи при подъеме снаряда (подобная схема встречается иногда и сейчас в нефтяном бурении) Другой работы (кроме мытья полов на буровой) у верхового рабочего не было, а в буровой смене приходилось держать трех работников, что определяло пониженную производительность труда буровой бригады. Все остальные операции по бурению успешно могли выполнять два работника. Поэтому встала задача - заменить верхового рабочего механизмом, и были разработаны и внедрены полуавтоматические элеваторы. Элеватор с кольцом применяется и в настоящее время при бурении неглубоких скважин, когда поднятые свечи не ставятся, а укладываются горизонтально на стеллажи, «на вынос».
Рис. 19.
Полуавтоматический элеватор с наголовниками
Он представляет собой кольцо с прорезью и затвором, закрепленное на серьге. При спуске снаряда он надевается сбоку на нижний конец свечи, затвор закрывается и элеватор лебедкой поднимается до верхнего конца свечи, на котором надет специальный наголовник (рис. 19е), диаметр которого больше отверстия кольца элеватора ( наголовники надеваются в верхнюю прорезь замков всех свечей при подъеме снаряда из скважины), захватывает и приподнимает свечу. При подъеме снаряда элеватор с открытым затвором заводится сбоку на верхний конец ком и слегка поднимается так, чтобы широкая часть наголовника вошла в кольцо элеватора до упора. Теперь вбок элеватор сняться не может, т.к. диаметр наголовника больше ширины прорези элеватора. Подъем производится с открытым затвором элеватора. После отвинчивания свечи и установки ее на подсвечник, элеватор опускается вниз, и когда наголовник окажется выше прорези, элеватор отсоединится от свечи и свободно спускается вниз. Подъем снаряда элеватором с открытым затвором весьма опасная операция, требующая достаточного опыта и умения (в случае рывков или неверных движений элеватор может сняться со свечи, и снаряд упадет в скважину).
Полуавтоматический элеватор без наголовников (рис. 21) может применяться при использовании вместо наголовника муфт замков бурильных свечей с верхней кольцевой проточкой (рис. 20).
Рис. 20.
Рис. 21.
Такой элеватор работает по принципу «копира». Элеватор представляет собою кольцо с прорезью, которое закрывается двумя подпружиненными створками. Внутри кольца выдвигаются две подпружиненные плашки. И створки и плашки связаны тягами с планкой копира, расположенной шарнирно над верхом отверстия кольца элеватора. Если поднимать планку копира вверх, то она тягами вдвинет внутрь плашки. При спуске снаряда элеватор надвигают сбоку на свечу, планка копира отжимается и утапливает подпружиненные плашки, створки прорези (затвор) при этом пружинами закрываются, элеватор скользит вверх по свече. Планка копира упирается в трубу, удерживает утопленными плашки и элеватор свободно проходит через промежуточные муфты. Когда элеватор достигает верхнего конца свечи с замком с проточкой, планка копира, оказавшись над замком, освобождается и отпускает плашки. Плашки попадают в кольцевую проточку замка и захватывают замок. Внизу, после постановки свечи на вилку, за ручку поднимают планку копира, плашки утапливаются и элеватор лебедкой поднимается вверх с замка. При подъеме снаряда элеватор с открытыми створками прорези сверху надевают на свечу, плашки скошенные с нижней стороны утапливаются при надвигании на замок , доходят до кольцевой проточки и захватывают замок. Подъем происходит с открытыми створками, замок не может выпасть из элеватора поскольку ширина прорези меньше диаметра замка, но чуть больше диаметра бурильной трубы. После отвинчивания и установки на подсвечник свечи, элеватор опускают, и когда он опустится ниже замка, он свободно сойдет со свечи вбок через открытую прорезь. Как и у предыдущего элеватора, это весьма опасная операция, требующая опыта и осторожности. Использование полуавтоматического элеватора без наголовников удобнее и быстрее, чем с наголовниками, но требует специальных замков, что не всегда возможно. Спускоподъемные операции с полуавтоматическими элеваторами опасны не только возможностью уронить буровой снаряд в скважину, но весьма опасны для рабочих, выполняющих эти операции.
Главное правило безопасности при работе с полуавтоматическими элеваторами - недопустимо одновременно рабочим надевать наголовник на верх свечи при подъеме снаряда из скважины и бурильщиком опускать освободившийся элеватор. И, вообще, при спуске элеватора рабочий должен находиться не ближе 1,5 метра от устья скважины!
На устье скважины или на основании (полу) буровой размещается вторая часть инструмента для СПО. При бурении неглубоких скважин с использованием ручного элеватора (элеватора с кольцом) устье скважины оборудуется наголовником на направляющей обсадной трубе. В этом случае находящаяся в скважине часть снаряда удерживается подкладной вилкой с удлиненной ручкой и с дополнительной ручкой сверху (смотри.рис.19 ж), устанавливаемой на направляющую трубу. (По правилам безопасности брать такую подкладную вилку можно только за верхнюю ручку, но ни в коем случае не в обхват).
В остальных случаях на устье скважины устанавливается труборазворот и рядом с устьем - подсвечник, (при работе с со снарядами ССК вместо труборазворота устанавливается трубодержатель).
Труборазворот и трубодержатель, хотя и представляют собой механизмы, но работают совместно с инструментом для СПО и органично рассматриваются вместе с инструментом. Труборазворот РТ-1200-2М (рис.22) работает в комплекте с двумя вилками – подкладной и отбойной.
Рис. 22,
Свинчивание и развинчивание замков бурильных свечей (труб) осуществляется за счет энергии электродвигателя с моментом до 4,0 кНм., достаточного для обеспечения натяга резьбы и для герметичности соединений свечей. (Иногда в процессе бурения резьбы так затягиваются, что труборазворот не может развернуть резьбу – тогда приходится прибегать к ручным шарнирным ключам с патрубками). Вращение от двигателя передается на наружное кольцо
с водилом. В центральной невращающейся части корпуса имеются специальные упоры и проходное отверстие, в которое вставляется кольцо с внутренним конусным отверстием. Подкладная вилка , (имеющая такой же наружный конус), вставляется в нижнюю прорезь замка верхнего конца свечи и плотно входит в конус кольца труборазворота, удерживая вес спущенной части снаряда. Выступающий конец подкладной вилки за счет упоров удерживает вилку от проворачивания при свинчивании и развинчивании. Отбойная вилка вставляется в прорезь нижнего конца свечи, фиксируется в ней выступами и, получая вращение от водила, обеспечивает свинчивание и развинчивание бурильных свечей (или труб).
(По правилам безопасности при работе с труборазворотом необходимо соблюдать следующие условия.
Запрещается:
-держать руками вращающуюся трубу,
-вставлять вилки в прорези замка бурильной трубы или вынимать их до полной остановки водила,
-стоять в направлении вращения водила в начальный момент открепления (срыва) резьбового соединения,
-включать труборазворот, если подкладные вилки установлены не полностью или на перекос,
Работать с труборазворотом (ставить вилки и включать) может только один человек.
Расстояние между труборазворотом и пультом включения должно исключать возможность одновременного включения труборазворота и установки подкладных вилок (не менее 2 метров).
Для выполнения СПО с бурильными трубами с гладкими соединениями без вырезов (например снаряды ССК) применяется трубодержатель
Трубодержатель ТРГ – 12,5 (рис.23) применяется для удержания при спуске, свинчивании или развинчивании гладких бурильных труб, применяющихся в снарядах ССК. Зажим трубы осуществляется коническими плашками, управляемыми гидроцилиндром. Свинчивание и развинчивание труб при этом производится вручную специальными гладкозахватными ключами (в станках с подвижным вращателем – вращателем).
Рис. 23.
Чтобы механизировать свинчивание и развинчивание гладких труб используется специальная приставка к труборазвороту. Приставка ПРТ к РТ-1200М представляет собой гидравлический клиновой трубодержатель, вставляемый в труборазворот и, выполняющий роль подкладной вилки. Роль ведущей вилки выполняет специальный шарнирный ключ, который затягивается водилом труборазворота. (рис. 24).
Рис. 24.
Шарнирные (трубные) ключи для СПО. При отсутствии труборазворота, а иногда и в помощь ему, для свинчивания и развинчивания соединений бурильных свечей (труб), а также для сборки и разборки свечей используются шарнирные трубные ключи (рис. 25 а), а если соединение затянуто слишком сильно, то надежнее всего использовать ключ отбойный (ключ-крюк) (рис 25 б).
а
Отбойный ключ (ключ-крюк) для бурильных труб
б
Рис. 25.
Ключи и принадлежности для сборки и разборки бурового снаряда на поверхности. Для сборки свечей и элементов колонкового набора на поверхности, кроме трубных ключей применяются шарнирные ключи для колонковых (и обсадных) труб (рис. 26 а), для навинчивания твердосплавных и алмазных коронок могут использоваться только специальные короночные ключи (рис. 26 б и 26 г), соответственно. Ключи рис. 25.в применяются для свинчивания гладких труб снарядов ССК.
Главное правило при свинчивании и развинчивании бурильных труб и колонкового набора на поверхности в горизонтальном положении – соединение должно лежать на твердой жесткой опоре на 5 – 10 см. выше пола (чтобы можно было захватить трубы ключами). Если развинчивается или затягивается замок с прорезями, то надежнее использовать отбойные ключи (ключи-крюки). Неподвижный ключ с патрубком должен жестко лежать на опоре, подвижный ключ с патрубком устанавливается наклонно к полу на 150 – 300 и руками сверху без обхвата или ногой выполняет срыв натяга или затяжку резьбы.
Правилами безопасности при работе с ключами с патрубками должны выполняться следующие условия:
- патрубок должен быть изготовлен из бесшовной трубы,
- длина сопряжения патрубка с ключом должна быть не менее 0,2 м.
- общая длина ключа с патрубком не должна превышать 2 метра.
Рис. 26.
6. Специальный буровой инструмент.
Специальный буровой инструмент предназначен для выполнения специальных работ в скважине. К специальным работам в скважине относятся работы связанные с закреплением стенок скважины, борьбой с осложнениями в скважине и работы по направленному бурению скважины. В инструмент для первой группы входят обсадные трубы и принадлежности к ним, средства тампонирования и цементирования скважин, тампонажные снаряды. Инструмент для второй группы включает разнообразные снаряды и механизмы (например забойный двигатель), предназначенные для изменения или , наоборот, сохранения положения оси скважины. Инструмент первой группы кроме обсадных труб должен рассматриваться в курсе «очистные агенты и тампонажные смеси», а инструмент второй группы рассматривается в курсе «искривление скважин и направленное бурение».
Обсадные трубы
Обсадные трубы предназначены для закрепления или изоляции стенок скважины, изготавливаются из тех же заготовок, что и колонковые трубы, и отличаются только длиной резьбы. Обсадные трубы собираются в колонну при спуске в скважину с помощью трубных ниппелей. (Рис. 27а) Может быть вариант безниппельного соединения обсадных труб – «труба в трубу» (Рис. 27 б).
Рис. 27.
Спуск обсадных труб в скважину осуществляется с помощью простого переходника соответствующего диаметра с трубным полузамком с прорезью под элеватор, металлического хомута (рис.28) и шарнирных ключей (рис. 25 а).
Рис. 28.