книги из ГПНТБ / Механизация вспомогательных операций в разведочном бурении
..pdfдает возможность поворачивать н укреплять вращатель и поворот ную плиту в любом положении. К поворотной плите в верхней ее части крепятся передние стойки мачты. Задние стойки в нижней части опираются на шарнир, ось которого соответствует оси пово рота вращателя. Мачта и шпиндель наклоняются одновременно на один и тот же угол, при этом сохраняется постоянная заводская центровка мачты по отношению к оси шпинделя.
Станки фирмы «Лонгпр» модель «Лопгир 34» и модель «Лонгир 38» для алмазного бурения вертикальных и наклонных скважин ком плектуется телескопическими мачтами этой фирмы (рис. 55). Перед няя опора мачты крепится к шпппделю станка и вместе с ним пово рачивается для проведення наклонного бурения. Ролики кронблока сохраняют центровку при любом рабочем положении мачты.
Монтажные и демонтажные работы осуществляются одним чело веком в течение нескольких минут. Грузоподъемность мачты 850 м
бурильных труб «AW». |
|
|
|||
Отличительными особенностями |
мачты являются: |
||||
1) кронблок, рассчитанный на тяжелые условия работы, со |
|||||
шкивами, имеющими |
бронзовые |
втулки; |
|||
2) |
подъем |
свечей |
длпной |
7 м; |
|
3) |
кронштейн с пальцами для установки пакета свечей общей |
||||
длиной 850 м |
диаметром «AW»; |
|
|||
4) |
площадка для |
верхового |
рабочего; |
||
5)быстро крепящиеся установочные штифты телескопических подкосов;
6)шпиндель станка с гидродомкратами;
7)лебедка станка используется для подъема и опускания мачты путем присоединения троса в точке X. Мачта телескопически скла дывается в точках А, Б и В и имеет шарнирные соединения в точ
ках |
Г, |
Е |
и |
Д; |
|
|
8) отодвигание |
станка возможно в условиях как вертикального, |
|||
так |
и |
наклонного |
положений мачты, при этом центровка роликов |
||
кронблока |
по |
оси |
скважины не нарушается; |
||
9)поддерживающая стойка телескопически складывается и кре пится легкосъемными штифтами, когда мачта находится в наклон ном положении;
10)наличие желоба для. облегчения спуско-подъемных операций, когда мачте придано наклонное положение.
Нижнее основание мачты к буровой установке BBS-1A фирмы
«Бойлес Брос» опирается на поворотный фланец станка и вместе с вращателем может поворачиваться на требуемый угол бурения скважины. Ролик кронблока смонтирован таким образом, что одна ветвь каната совпадает с осью скважины, а другая — проходит по середине барабана лебедки, обеспечивая нормальную навивку ка ната.
В рабочем положении мачта с пакетом свечей поддерживается телескопической подпоркой, которая шарнирно соединена со свече приемником.
Рис. 55. Мачта модели «Лонгир 3420».
і — кронблок; 2 — канат грузовой; з — свечеприемиик; 4 — площадка верхового рабочего- 5 — установочные штифты; в — шпиндель станка; 7 — лебедка станка; 8 — салазки пепе^
мещенпп станка; 9 — стойка телескопическая; ю — желоб; X — точка крепления пабочего каната при подъеме и опускании мачты; А, Б, В — точки телескопического складывания мачты; Г, Д, Е — шарнирные опоры.
Для проведения спуско-подъемных операций применяется эле ватор с шариковыми захватами, который удерживает бурильные трубы за гладкую поверхность.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К КОНСТРУКЦИЯМ
|
|
БУРОВЫХ |
МАЧТ |
|
|
|
1. Конструкция мачты должна обеспечивать производство спуско- |
||||
подъемных операций |
при бурении |
наклонных |
скважин. Для этого |
||
в |
конструкции мачты следует предусматривать |
направляющие, |
|||
по |
которым должен |
перемещаться |
талевый |
блок |
с подвешенным |
к нему элеватором. Направляющие могут быть жесткие или гибкие (трос). При больших углах наклона мачты (до 70—60° к горизонту) необходимо предусматривать центратор, предназначенный для цен трирования бурильной свечи по оси скважины в процессе ее навинчи вания и развинчивания. При отсутствии центратора отвинчиваемая или навинчиваемая бурильная свеча провисает и перекашивается в резьбовом соединении, что приводит к ускоренному износу и по ломке резьбового соединения бурильного замка.
Этим требованиям в наибольшей степени отвечает мачта МР-5А, по жестким направляющим которой перемещается каретка, имеющая устройство для фиксирования элеватора со свечой строго но оси скважины.
2. Система роликов кронблока на мачте должна обеспечивать нормальную укладку каната на барабан лебедки станка.
На всех зарубежных мачтах, а также на мачтах МНБ-1 и МРУГУ ролики кронблока располагаются таким образом, что одна ветвь каната находится над осью вращателя бурового станка, а другая — над серединой барабана лебедки. Благодаря этому обеспечиваются нормальные условия навивки каната на барабан лебедки без при менения различпых отклоняющих или направляющих роликов.
Мачты с отклоняющими роликами по типу МР-5А имеют следу ющие недостатки:
а) рабочий канат, имеющий лишний перегиб, быстрее изнаши вается;
б) ствол мачты выдерживает расчетные нагрузки только в том случае, если направление приложения внешних сил не изменено. Это положение справедливо и для мачт, имеющих отклоняющие ролики. В случае, когда по какой-либо причине рабочий канат соскакивает с отклоняющего ролика, меняется направление прило жения внешних сил и ферма мачты будет деформирована. Следова тельно, мачты, имеющие отклоняющие ролики, по эксплуатацион ным качествам менее надежны и будут способствовать ускоренному износу талевого каната.
3. Мачта должна быть простой в изготовлении и допускать воз можность ремонта ее в условиях мастерских геологоразведочных экспедиций и партий.
Наиболее простой и дешевой в изготовлении является мачта, ствол которой выполнен из одной трубы. Такие мачты более надежны в эксплуатации ввиду того, что труба лучше воспринимает крутя
щий |
и |
изгибающий |
моменты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Проведенные расчеты показывают, что при сохранении допускае |
||||||||||||||
мой гибкости К = |
120 при длине ствола мачты I = |
12 и |
(бурильная |
|||||||||||
свеча = 9,5 м) необходимо |
иметь |
трубу диаметром |
D„ |
= |
572 мм |
|||||||||
при |
толщине |
стенки |
6 = 6 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ 5 7 , 2 2 + |
562 |
•20, |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2 • |
1 2 0 0 |
= 1 2 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
этом вес |
ствола |
мачты |
(трубы) |
будет |
равен |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
( 5 7 , 2 2 - 5 6 2 ) |
= 108 |
см3 , |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
v |
3,14 |
G=Fly, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G = |
108• 1,20• 7,85 = |
1010 |
кг. |
|
|
|
|
|||
Для |
мачты |
I = |
8 м (длина свечи 6 м) необходимо |
иметь |
трубу |
|||||||||
диаметром 400 мм с толщиной стенки, равной 3 мм. |
|
|
|
|||||||||||
Здесь |
і — радиус |
инерции; |
DH |
— наружный |
диаметр |
трубы; |
||||||||
dBH — внутренний |
диаметр |
трубы; |
и. — коэффициент |
закрепления |
||||||||||
ствола мачты; I — длина ствола мачты; F — площадь сечения трубы; |
||||||||||||||
G — вес |
трубы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Наша промышленность таких труб не выпускает, а гнуть их на |
||||||||||||||
заводе по специальному заказу в |
небольших объемах |
экономиче |
||||||||||||
ски |
нецелесообразно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Фермовая конструкция мачты, хотя и сложнее в изготовлении, |
||||||||||||||
но при равной прочностной характеристике будет легче и |
проще |
|||||||||||||
при |
ремонте |
в геологоразведочных |
партиях. |
|
|
|
|
|||||||
4. |
При изменении угла наклона мачты буровой станок не должен |
|||||||||||||
перемещаться для совмещения оси шпинделя вращателя с осью перемещения грузового каната и элеватора.
Все существующие мачты при изменении угла наклона требуют либо перемещения станка, либо допущения определенной несоос
ности |
шпинделя |
вращателя с линией перемещения элеватора. |
При монтаже |
мачт первого типа затрачивается дополнительное |
|
время |
на перемещение и центровку бурового станка. При работе |
|
на мачтах второго типа, в которых конструктивно заложена опре деленная несоосность, вызывается повышенный износ шпиндельной
трубы. Кроме того, в процессе спуска или подъема бурильная ко лонна будет прижиматься к какой-либо стенке скважины и способ ствовать ускоренному износу обсадной колонны, а при определен ных условиях разрабатывать желоб в скважине. Установка такой колонны на подкладную вилку свечеразворота требует приложения дополнительных усилий рабочего.
Этому требованию наиболее полно отвечает мачта конструкции фирмы «Лонгир», которая крепится к вращателю бурового станка и наклоняется одновременно с поворотом вращателя.
5. Высота мачты должна соответствовать существующим нор малям н ГОСТ.
С увеличением высоты мачты (вышки) сокращаются затраты времени на спуско-подъемные операции, ввиду того что при подъеме
|
|
|
|
|
бурильных |
|
свечей |
|
боль |
|||||
|
|
|
|
|
шей |
длины |
обеспечивает |
|||||||
|
|
|
|
|
ся возможность |
сокраще |
||||||||
|
|
|
|
|
ния |
|
количества |
|
таких |
|||||
|
|
|
|
|
операций |
как навинчива |
||||||||
|
|
|
|
|
ние и |
развинчивание |
све |
|||||||
|
|
|
|
|
чей, |
надевание |
п |
|
снятие |
|||||
|
|
|
|
|
элеватора, |
перенос и уста |
||||||||
|
|
|
|
|
новка |
свечн |
на |
подсвеч |
||||||
|
|
|
|
|
ник |
и |
на ось |
скважины. |
||||||
|
|
|
|
|
В |
то же время с уве |
||||||||
|
|
|
|
|
личением |
высоты |
|
мачты |
||||||
Рис. 56. График оптимальных значений вы |
металлоемкость |
и затраты |
||||||||||||
труда на ее |
изготовление |
|||||||||||||
|
соты вышкл. |
|
|
|||||||||||
R i — стоимость |
эксплуатационных |
расходов, |
отне |
растут, |
а |
также |
|
услож |
||||||
сенных к і м |
бурения", Я г — стоимость производ |
няются |
работы |
по |
мон |
|||||||||
ства спуско-подъемных операций, отнесенных |
к і м |
тажу, |
демонтажу |
|
и пере |
|||||||||
|
|
бурения. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
возке |
мачты |
(вышки). |
|||||||
Увеличение |
высоты мачты влечет за собой увеличение веса и |
|||||||||||||
мощности всей |
буровой установки |
по следующим причинам: |
|
|||||||||||
а) на барабан лебедки необходимо навивать большую |
длину |
|||||||||||||
рабочего каната. В связи с этим необходимо |
увеличивать |
диаметр |
||||||||||||
и длину барабана лебедки, |
а следовательно, вес и габаритные |
раз |
||||||||||||
меры бурового |
станка; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
б) увеличение диаметра |
барабана лебедки |
при сохранении по |
||||||||||||
стоянной нагрузки на крюке потребует либо увеличения мощности привода бурового станка, либо увеличения передаточного отношения коробки скоростей станка, что в свою очередь вызовет увеличение габаритных размеров и веса бурового станка.
Вместе с этим длина бурильной свечи ограничивается ее про дольным изгибом от собственного веса, так как при достижении бу рильной свечой критической длины она теряет устойчивость и раз рушается.
В пределах критической длины бурильной свечи наиболее объек тивным критерием, позволяющим учесть и оценить эти противопо-
ш
ложные тенденции, является себестоимость 1 м бурения. С этой целью для каждой глубины скважины L строится график (рис. 56). На графике по оси абсцисс откладываются значення высоты вышки I I , по оси ординат откладываются стоимости, отнесенные к 1 м бурения.
После этого на графике строятся две кривые: і ? х — стоимость эксплуатационных расходов, зависящих от вышки, и R t — стои мость производства спуско-подъемных операций.
Стоимость эксплуатационных расходов R t , отнесенных к 1 м бурения, определяется по формуле
где Сх — стоимость собственно вышки в руб.; С„ — стоимость ре монта вышки за весь срок ее эксплуатации в руб.; С3 — стоимость одного монтажа-демонтажа вышки в руб.; С4 — стоимость одной перевозки вышки в руб.; п — количество перевозок вышки за время ее эксплуатации; Q — объем бурения, выполненный с помощью вышки за время ее эксплуатации, в м.
Стоимость производства спуско-подъемных операций R-2, отне сенная к 1 м бурения, определяется по формуле
|
В2=~п, |
руб., |
где |
Т — время, затрачиваемое |
иа производство спуско-подъемных |
операций при проходке скважины на глубину L м, в станко-сменах; |
||
г — стоимость 1 станко-смены, руб.; L — средняя глубина скважины |
||
в м; |
п — количество пробуренных скважин за время эксплуатации |
|
вышки
где QyCT — годовой объем бурения, выполненный буровой установ кой, которую комплектует данная вышка, в м; Кг — календарный срок службы буровой вышки в годах
К. |
|
|
Т — —г-т-.— t, |
станко-смены, |
|
где t — среднее время, затрачиваемое на спуск |
и подъем буриль |
|
ной свечи при проходке скважины на глубину L м, в станко-сменах; |
||
I — длина бурильной свечи в м; |
h — рейсовая |
углубка скважины |
вм; Кг — коэффициент, учитывающий дополнительные рейсы,
связанные с аварийными работами, подъемом утерянного керна и т. д.
Очевидно, что оптимальной высоте вышки соответствует иа гра фике точка пересечения кривых Яг и R 2 (см. рис. 56).
10 Заказ 2023 |
По |
Определение критической длины бурильной свечи
Если считать, что на концах бурильная свеча опирается шарпирио, то критическая нагрузка выражается формулой
где q — вес 1 см длины бурильной свечи в кгс/см; Ё — 2,1 • 10° — модуль упругости материала бурильной свечи в кгс/см2 ; / — осевой момент инерции сечения в см4 ; и.— 0,725; 1К — критическая длина бурильной свечи.
|
|
Т а б л и ц а 21 |
Диаметр |
d c p , см |
|
бурильных труб, |
|
|
мм |
|
|
42,0 |
3,70 |
20,4 |
50,0 |
4,45 |
23,0 |
63,5 |
5,75 |
27,3 |
73,0 |
6,60 |
30,0 |
Рис. 57. Оиределение высоты вышки.
Я в — выста |
вышки |
(мачты); lt — длина |
выступающей |
||||||
вниз части |
кронблока; |
1г — |
высота |
переподъема; |
I, — |
||||
высота |
талевого блока |
и |
крюка; |
lt |
— |
высота |
верт |
||
люжной |
скобы; U — |
высота |
элеватора; |
U — длина |
бу |
||||
рильной свечи; h — |
высота |
выступающей |
над основа |
||||||
нием части кондуктора пли механизма для навинчи вания и развинчивания бурильных труб.
Отсюда критическая длина бурильной свечи будет определяться по формуле
1К = у —•-— , см.
Для сечения бурильной трубы эту формулу можно преобразо вать в следующий вид:
1-я dCf8i- |
я dcp |
б (0,354с2Ср)2, |
|
q я » л d c p 8 i 7,85- 0,001, |
кгс/см, |
||
/ |
(0.354dcp)« |
_ |
|
Т |
0ДО785 |
W |
a c p ' |
1К = | / 1 8 , 7 - 2 , 1 - 1 0 в - Ш с р = 853Va%, см,
где dcp — средний диаметр сечения бурильной трубы; б — толщина стенки сечения бурильной трубы; і — радиус инерции сечения бу рильной трубы.
Результаты подсчета критических длин по формуле /к = 853 У ticp для бурильных свечей различных диаметров приведены в табл. 21.
Ниже приводятся данные бурильных свечей, принятые по ГОСТ 7959 - 64 .
Номинальная глубина буре |
|
|
|
|
|
||
ния, |
м |
300 |
600 |
900 |
1200 |
2000 |
3000 |
Длина |
бурильной |
свечи |
|
|
|
|
|
(с учетом замков и муфт), |
|
|
|
|
|
||
м |
|
9,3 |
13,9 |
18,5 |
18,5 |
24,6 |
32,8 |
Следует учитывать, что длина бурильной свечи 32,8 м превы шает критическую длину (см. табл. 21). Поэтому в данном случае необходимо предусматривать в конструкции вышки дополнитель ную опору для бурильных свечей.
При практическом определении высоты вышки следует пользо
ваться |
(рис. 57) |
длиной выступающей вниз части кропблока 1Х; |
|
высотой переподъема 12; высотой |
талевого блока и крюка ls; высо |
||
той вертлюжной скобы Z4; высотой элеватора Z5; длиной бурильной |
|||
свечи |
1в; высотой |
выступающей |
над основанием части 17 кондук |
тора или механизма для навинчивания и развинчивания бурильных труб.
Для скважин глубиной 2000 и 3000 м следует предусмотреть возможность бурения с целью разведки на нефть и газ. Поэтому
для указанных двух случаев необходимо предусматривать |
установку |
противовыбросовой арматуры, для чего станок должен |
быть под |
нят над устьем скважины на высоту 18 = 1,5—2 м. |
|
Втабл. 22 приводятся значения указанных выше элементов,
определяющих высоту вышки (в зависимости от глубины бурения).
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 22 |
|
Значения отдельных компонентов |
высоты |
вышки и суммарная |
высота |
|||
Элементы, |
слагающие |
Номинальная глубина бурения, м |
|
|||
|
|
|
|
|
||
высоту |
вышки |
|
|
|
|
|
|
300 |
600 |
900 |
1200 |
2000 |
• 3000 |
h |
0,15 |
0,15 |
0,20 |
0,20 |
0,3 |
0,40 |
и |
2 |
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,6 |
3,0 |
h |
0,60 |
0,86 |
0,88 |
0,88 |
1,0 |
3,0 |
h |
0,37 |
0,45 |
0,58 |
0,58 |
0,7 |
1,0 |
к |
0,8 |
0,8 |
1,00 |
1,00 |
0,6 |
0,7 |
h |
9,3 |
13,9 |
18,5 |
18,5 |
24,6 |
32,8 |
h |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
к |
— . |
— |
— |
— |
1,75 |
1,75 |
|
13,9 |
18,7 |
23,9 |
24,0 |
32,1 |
43,2 |
10* |
147 |
Что касается высоты переподъема 12, то для скважин глубиной 300 м она принимается, равной 2 м, как это принималось в отраслевой нормали НГ 26—59, а для скважпи глубиной 3000 м — 3 м, учи тывая более высокую скорость подъема труб, а также тенденцию к дальнейшему повышению этой скорости. Для промежуточных значений глубин скважин Z2 принимает значения, пропорциональные глубинам скважин. Высота элеватора 15 до глубины 1200 м принята
из |
учета внедряемых полуавтоматических |
элеваторов. |
||
|
Б. П. Воздвиженский и М. Г. Васильев |
в книге |
«Буровая меха |
|
ника» |
рекомендуют определять высоту вышкн по |
формуле |
||
где |
ZCB |
— длина бурильной свечи; к = 1,3—1,5 — коэффициент, учи |
||
тывающий все приведенные выше компоненты, определяющие вы соту вышкн. Чем больше скорость подъема, тем большим рекомен дуется принимать к.
Значения Нъ, вычисленные двумя разными способами, почти совпадают. Однако данные, приведенные в табл. 22, являются более детальными, чем при вычислении их по ориентировочной формуле. Эти данные могут корректироваться в каждом конкретном случае. Поэтому при проектировании новых вышек и мачт предлагается
пользоваться табл. 22 и рис. |
57 и 56. |
|
6. Конструкция |
мачты должна обеспечивать удобство в работе |
|
и соответствовать |
требованиям |
техники безопасности. |
Для проведения спуско-подъемных операций при бурении на клонных скважин используется каретка, которая перемещается по направляющим. Направляющие могут быть как гибкими (трос), так и жесткими.
В зимний период многие буровые мастера на время проведения спуско-подъемных операций шпиндельную трубу опускают в шурф. Это позволяет при работе на мачте, имеющей гибкие направляющие, производить перемещенпе шпинделя станка от устья скважины, закрепление или отсоединение сальника-вертлюга от каретки не посредственно в буровом помещении. При работе с мачтой, имеющей жесткие направляющие, невозможно перемещать шпиндель станка от устья скважипы, предварительно не отсоединив сальник-вертлюг от каретки. Для отсоединения сальника-вертлюга буровому рабо чему необходимо подниматься на буровой домик или производить работы с тросовым удлинителем, один конец которого закрепляется на каретке, а к другому крепится фарштуль. Фарштуль заводится под сальник-вертлюг и таким образом поднимается шпиндельная труба и отводится шпиндель станка от устья скважины.
Кроме того, жесткие направляющие имеют ряд недостатков, так как они кончаются на высоте около 1,5—2 м от устья скважины, что вызывается необходимостью обеспечения свободного переме щения траверсы вращателя станка в процессе бурения. Это обстоя тельство в свою очередь требует увеличения длины серьги элева тора и соответственно увеличения высоты мачты.
На время проведения спуско-подъемных операций элеватор кре пится к каретке, которая находится в постоянном зацеплении с на правляющими и не может быть отведена в сторону от оси скважины. Поэтому выносить инструмент из буровой при работе на мачтах с жесткими направляющими очень трудно. Исходя из изложенного
выше |
тросовые направляющие предпочтительнее. |
При размещении бурового оборудования размеры проходов |
|
между |
механизмами должны соответствовать требованиям правил |
по технике безопасности. |
|
В |
конструкции мачты необходимо предусматривать устройство, |
предохраняющее сальник от отвинчивания или наматывания нагне
тательного шланга иа шпиндельную трубу. В |
случае |
если |
сальник |
||||
в |
процессе бурения все же отсоединится |
от |
шпиндельной |
трубы, |
|||
то |
устройство |
должно предотвратить падение |
его на |
пол |
буровой |
||
п |
возможное |
травмирование |
бурового |
персонала. |
|
|
|
|
В конструкции основания |
и мачты должна |
быть предусмотрена |
||||
возможность установки домкратов и работа ударной бабоп в про цессе проведения работ по ликвидации аварии.
Буровой снаряд выбивается ударной бабой более эффективно при работе на высоких скоростях и на прямом канате. Изменение талевой оснастки (количества подвижных струн в талевой осна
стке) не должно влиять на прочность фермы. |
Этому требованию |
||
в большей степени отвечают мачты, работающие |
без |
использования |
|
отклоняющих |
роликов. |
|
|
7. Грузоподъемность мачты (вышки) должна |
соответствовать |
||
применяемому |
оборудованию. |
|
|
ГОСТ 7959—64 на буровые установки для колонкового бурения регламентирует номинальную грузоподъемность установки. Там же указано, что под номинальной грузоподъемностью установки по нимается статическая нагрузка на крюк от веса бурильной колонны. При этом не принимаются во внимание динамические силы, возни кающие в момент трогания колонны с места.
Грузоподъемность |
мачты |
(вышки) рассчитывается |
по |
формуле |
||
где Q — грузоподъемность |
мачты на кронблоке в тс; |
QKp |
— стати |
|||
ческая нагрузка |
на |
крюке, |
принимаемая по ГОСТ 7959—64 в тс; |
|||
п — число струн |
подвижного |
блока; т) — к. п. д. талевой |
системы. |
|||
При расчете принята оснастка с неподвижным концом каната, так как в этом случае Q принимает наибольшие значения.
Для установок, у которых отсутствует неподвижный конец ка ната, грузоподъемность мачты вычисляется по формуле
Вместе с тем при определении грузоподъемности мачты (вышки) следует исходить из грузоподъемности лебедки бурового станка.
