книги из ГПНТБ / Механизация вспомогательных операций в разведочном бурении

и АПР-2 работают в комплексе со спайдером, с остальными меха­ низмами применяется подкладная вилка.

Все механизмы первой группы имеют водило и ведущую вилку, с помощью которых производятся работы по навинчиванию и развин­ чиванию свечей бурильных труб.

Наибольшее распространение в колонковом геологоразведочном бурении получилп механизмы, разработанные СКВ Министерства геологии СССР типа ПО-47Б, ПО-49А РТ-1200. Применение меха­ низмов значительно облегчило труд рабочего и в два раза сократило время на свинчивание-развинчивание труб по сравнению со временем, необходимым для производства этих операций вручную.

Конструкция пх представляет собой редуктор, передающий вращение от электродвигателя на водило, воздействующее на веду­ щую вилку, вставленную в прорезь замка. Нижняя часть замкового соединения удерживается в корпусе механизма подкладной вилкой. Практика показала, что такая конструкция механизма наиболее рациональна в геологоразведочном бурении.

К существенным недостаткам механизмов типа «ПО» и «РТ» сле­ дует отнестп отсутствие ограничителя крутящего момента при на­ винчивании замковых соединений. При нерегулируемой затяжке замкового соединения происходит деформация витков резьбы и по­ вышенный ее износ, следствием чего является преждевременный выход из строя замкового соединения. Для предотвращения этого необходимо создать регулируемый ограничитель крутящего момепта.

К механизмам, наводимым на свечу сбоку, относятся конструк­ ции, которые на весь период времени бурения скважины устанавли­ ваются в стороне от устья скважины. Для навинчивания и развинчи­ вания свечей бурильных труб в процессе спуска и подъема буриль­ ной колонны механизмы наводятся на свечу сбоку. Характерным признаком таких механизмов является разрезанный корпус редук­ тора вращателя. Все механизмы имеют индивидуальный привод — электрический, пневматический или гидравлический. Исключение составляет механизм Карповского с приводом от шпинделя бурового станка.

Мехапнзмы, наводимые на свечу сбоку, могут монтироваться около устья скважины на колонке с подвижной кареткой или подве­ шиваться на канате к буровому копру, так же как подвешиваются машинные ключи. Все механизмы, наводимые на свечу сбоку, АКБ, АГК-1, ПБК и другие, рассчитаны для работы в комплексе с клиновым захватом. Они широко применяются в нефтяной промышлен­ ности.

В 1959 г. проводились испытания механизма ПО-52, разрабо­ танного СКБ Министерства геологии СССР, которые показали, что для колонкового геологоразведочного бурения конструкции второго типа малоэффективны и их использование нецелесообразно, ввиду того что они значительно сложнее и дороже, чем механизмы первого типа, а эксплуатация их неудобна, особенно при наличии прорезей

в замках бурильных труб. Поэтому такие мехапизмы в геологоразве­ дочном колонковом бурении не нашли применения.

Известны различного типа штангодержатели, которые подразде­ ляются на секторные, секторные разъемные, клиновые (типа «Крелис») и др. Эти штангодержатели не получили широкого распростра­ нения вследствие многочисленных недостатков. Большинство кон­ струкций предназначено для работы только с гладкоствольной колонной бурильных труб. Для пропускания колонковых и других труб большого диаметра почти всегда приходится снимать корпус штангодержателя или часть его с устья скважины, что приводит к дополнительным, непроизводительным потерям времени. Кроме того, штангодержатели только удерживают свечи на устье сква­ жины, гашение же реактивных моментов, возникающих при на­ винчивании или развинчивании замковых соединений, осущест­ вляется недостаточно, что приводит к повышенному износу тела трубы, особенно если вес спущенной в скважину колонны незна­ чителен. При бурении скважин па нефть и газ применяют клино­ вые захваты, встроенные в стол ротора.

Проведенный анализ различных конструкций механизмов для навинчивания и развинчивания свечей бурильных труб позволяет сделать вывод, что рассмотренные типы механизмов могут быть использованы для комплектации комплексов механизмов, обеспе­ чивающих совмещенное во времени выполнение операций. Наиболее перспективными являются те конструкции, которые позволяют производить спуско-подъемные операции без применения подклад­ ных и ведущих вилок.

Полуавтоматические элеваторы

Полуавтоматические элеваторы предназначены для проведения спуско-подъемных операций с буровым снарядом без участия верхо­ вого рабочего.

Все существующие типы полуавтоматических элеваторов можно разделить на три группы: скользящие, самоотсоединяющиеся и полу­ автоматические.

К элеваторам скользящего типа относятся конструкции, которые спускаются по свече после ее установки на подсвечник.

Элеваторы самоотсоединяющиеся подразделяются на две под­ группы. К первой подгруппе относятся конструкции, состоящие из элеватора подъема и элеватора спуска (фарштуля). К этой под­ группе относятся элеваторы Кадочникова, Христофорова. Во вторую

Элеваторы, самоотсоединяющиеся подхватывают свечу за различ­ ные подъемные муфты, наголовники, грибки и отсоединяются от свечи после установки последней на подсвечник.

Элеваторы полуавтоматические, в отличие от элеваторов сколь­ зящих и самоотсоеднияющихся, применяют без подъемных муфт, грибков и наголовников. Свечи при спуске и подъеме подхватываются за проточенный поясок, выполненный на муфте замкового соеди­ нения. Таким образом, при разработке классификации элеваторов за основу разделения бралась взаимосвязь элеватора со свечей после извлечения ее из скважины.

Большинство примеияемых конструкций представляет собой эле­ ваторы, работающие на принципе самоосвобождения от свечи при постановке ее иа подсвечник. Элеваторы скользящего типа, за исклю­ чением элеваторов типа МСП-5, в настоящее время не используются в разведочном бурении. Имеются конструкции элеваторов, которые взаимодействуют со свечой иначе (автоматический элеватор А-3, элеватор Алексеенко, шариковый автоматический элеватор «Крелиус» и т. д.). По этой причине оценивать работоспособность раз­ личных элеваторов с учетом приведенной классификации трудно.

Наиболее характерным для элеваторов всех конструкций яв­ ляется принцип надевания элеватора на свечу при подъеме буровой колонны из скважины. Исходя из указанного принципа все элева­ торы предлагается разделить на две группы. Элеваторы первой группы представляют собой конструкции, соединяемые со свечой сверху. Элеваторы второй группы соединяются со свечой сбоку.

Так как элеваторы первой и второй групп выполняют операции не автоматически, а управляются человеком, то их предлагается называть полуавтоматическими.

На схеме 6 приводится предлагаемая классификация полуавто­ матических элеваторов, выполненная по принципу соединения элева­ тора со свечой при подъеме бурильной колонны из скважины.

Наличие подхватного бурта в корпусе является характерным признаком элеваторов, соединяемых со свечой сбоку. Простые по конструкцип п надежные в работе элеваторы этого типа широко распространены в геологоразведочных организациях. Наиболее со­

МЗ-50-80. Указанные элеваторы работают в комплекте с наголовни­ ками различных типов. Кроме того, элеваторы МЗ-50-80 и МСП-5 обеспечивают нормальную работу при наличии резиновых протек­ торных колец диаметром 80 мм на бурильных трубах.

Общими недостатками элеваторов, соединяемых со свечой сбоку, являются:

1.Необходимость применения специальных наголовников, подъ­ емных муфт и захватов.

2.Возможность произвольного освобождения наголовника от свечи при наклонном ее положении (при выносе колонковой трубы из помещения буровой).

3.Недостаточная прочность наголовников для работы на боль­ ших глубинах. Не имея достаточной жесткости, степки корпуса наго­ ловника при значительных нагрузках раздвигаются, и снаряд мо-

жет упасть в скважину. Поэтому элеваторы в комплекте с наголов­

а стоимость их изготовления высока. Поскольку в комплект элева­ тора входит до 80 наголовников или шарнирных муфт, стоимость комплекта элеватора получается очень высокой.

К элеваторам второй группы относятся конструкции типа Христофорова, Кадочникова, Снитковского, Алексееико «Воркутинец», Урал-2, ПЭШ и др. Наиболее совершенными элеваторами этого типа являются «Воркутинец», Урал-2 и ПЭШ.

Элеваторы с дистанционным управлением применяют при комплексной механизации и автоматизации спуско-подъемных операцпй.

Свечеукладчики

С виедреыием полуавтоматических элеваторов в практику геоло­ горазведочных работ и уменьшением состава смеиы за счет высво­ бождения бурового рабочего укладку верхних концов свечей в пакет стал производить помощник бурового мастера усилием снизу. При этом физическая нагрузка на помощника бурового мастера и время на укладку свечи в пакет возрастают с увеличением длины свечи.

Для ускорения и облегчения этого процесса разработаны свече­ укладчики различных конструкций. В технической литературе они имеют различные наименования: штангоукладчики, штангоотбрасыватели, свечеукладчики, свечеотбрасыватели, толкатели и т. д. В настоящее время все приспособления для перемещения свечей подразделяются на два типа: свечеотбрасыватели и свечеукладчики. Свечеотбрасыватели размещают свечи в свечеприемнике без опреде­ ленного порядка. Свечеукладчики размещают свечи в свечеприем­ нике в определенной последовательности. Такая классификация механизмов не является характерной ввиду того, что упорядоченное размещение верхних концов свечей зависит ие от толкающего устрой­ ства, а от конструкции свечеприемника и дозатора, в комплексе с которыми работает свечеукладчик. Исходя из принципа взаимо­ действия свечеукладчика со свечой во время проведения спускоподъемных операций все конструкции свечеукладчиков предла­ гается подразделять на два типа: на свечеукладчики, перемещающие верхний конец свечи, и на свечеукладчики, переносящие свечу (см. схему 6). Свечеукладчики второго типа применяются в основном при комплексной механизации спуско-подъемных операций, напри­ мер, в комплексе «СПС-Воркута» или АСП.

К свечеукладчикам, перемещающим верхний конец свечи, отно­ сятся конструкции, обеспечивающие перемещение только верхнего конца свечи. Нижний конец свечи переносится на подсвечник вруч­ ную. Такие свечеукладчики могут работать в комплекте со свечеприемниками как с разделением, так и без разделения на отдельные

Г л а в а I I

МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ НАВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ

Из всех операций при спуске и подъеме бурильного инструмента из скважины наиболее тяжелыми и трудоемкими являются свинчи­ вание и развинчивание свечей бурильных труб. Удельный вес этих операций в общих затратах времени на спуск и подъем инструмента

организациями разработаны и используются специальные приспо­ собления и технические средства, применение которых позволяет механизировать эти трудоемкие операции.

Разработка средств механизации спуско-подъемных операций производится главным образом путем создания отдельных механиз­ мов, которые могут являться как составной частью комплекса, так и применяться в качестве самостоятельных узлов. При создании механизмов для использования в глубоком разведочном бурении предпочтение отдается комплексной механизации.

Механизмы для свинчивания и развинчивания бурильных труб по принципу взаимодействия со свечей бурильных труб можно под­ разделить на стационарные и перемещаемые.

Механизмы, монтируемые на устье скважины, называются ста­ ционарными. Бурильные трубы опускаются и поднимаются через внутреннее отверстие редуктора их вращателя. Наиболее характер­ ный признак таких механизмов — замкнутый контур редуктора вращателя, водила и отбойной вилки. Стационарные механизмы могут иметь как индивидуальный привод (электрический или гидра­ влический), так и привод от бурового станка.

Особенностью перемещаемых механизмов является их монтаж на весь период бурения в стороне от устья скважины. Для свинчива­ ния и развинчивания свечей бурильных труб эти механизмы наво­ дятся на свечу сбоку. Характерные их признаки — разрезанный' корпус редуктора вращателя и обязательный индивидуальный при­ вод — электрический, пневматический или гидравлический. Исклю­ чение составляет механизм Карповского, не нашедший широкого

практического применения, который имеет привод от шпинделя бурового стайка.

кбуровому копру.

Впоследнее время попользуются перемещаемые механизмы с замкпутым корпусом редуктора вращателя. В процессе собственного бурения механизм откатывается в сторону и не мешает обзору устья скважины. При спуске или подъеме инструмента механизм устана­

вливается над устьем скважины н работает как стационарный. Из механизмов свинчивания и развинчивания свечей бурильных труб наибольшее распространение в колонковом разведочном буре­ нии получили разработанные СКВ Министерства геологии СССР

возможность попадания промывочного раствора в редуктор и корпус электродвигателя, что часто приводило к преждевременному выводу их из строя. В последующем, при разработке в СКВ нового меха­ низма для свинчивания и развинчивания труб — РТ-1200, этот недостаток был устранен. Однако отсутствие у механизмов типа ПО п РТ ограничителя крутящего момента при навинчивании замковых соединений может при чрезмерной затяжке замкового соединения привести к деформации и повышенному износу резьбы, что вызывает преждевременный выход из строя замкового соединения.

Опыт применения подвесных механизмов (ПО-52) в геологораз­ ведочном бурении показал, что они конструктивно сложнее стацио­ нарных, эксплуатация их обходится дороже, вследствие этого под­ весные механизмы не нашли широкого применения.

Главным недостатком разработанных механизмов для свинчива­ ния и развинчивания бурильных труб является то, что их исполь­ зование приводит к преждевременному выходу из строя соединений бурильной колонны при осуществлении спуско-подъемных операций. Кроме того, рассмотренные приспособления механизируют только процесс свинчивания и развинчивания бурильных труб. Подвеска колонны на подкладную вилку и установка ведущей вилки произ­ водятся вручную.

Техническая характеристика наиболее широко применяемых механизмов приведена в табл. 2.

Кроме механизмов для свинчивания и развинчивания буриль­ ных труб с ручной установкой подкладной вилки и подвеской на ней бурильной колонны, разработаны и используются полуавтоматиче­ ские механизмы, позволяющие производить эти операции механизи­ рованным способом. К числу наиболее удачных конструкций меха­ низмов такого типа относится спайдер-разворот «Урал-2».

В последние годы разработай ряд механизмов для извлечения и развинчивания обсадных труб при ликвидации разведочных скважин. Кроме того, в геологоразведочном бурении применяются разнообраз­ ные конструкции штангодержателей, которые по конструктивным

особенностям можно разделить, на секторные, секторные разъем­ ные, клиновые (типа фирмы «Крелиус») и др.

Конструкции перечисленных штангодержателей не нашли доста­ точного распространения в СССР. Большинство из них предназна­ чено для работы только с гладкоствольной колонной бурильных труб. Для пропуска колонковых и других труб большого диаметра их необходимо снимать, что приводит к потере времени. Разработан­ ные в Уральском геологическом управлении штаигодержатели с гидравлическим приводом «Урал-1» п «Урал-2» не обеспечивают надежного удержания свечей при свинчивании и развинчивании.

Вместе с тем в связи с намечающимся широким использованием гладкоствольной колонны с ниппельио-замковым соединением при алмазном бурении штаигодержатели начнут применяться в самое ближайшее время. Поэтому разработка надежной конструкции

тор с проходным отверстием 254 мм. В литом стальном корпусе 1 находится червячпый вал и червячная шестерня. Червячный вал установлен на двух конических роликовых подшипниках. На одном конце червячного вала насажен маховик, который соединяется с валом электродвигателя 3 с помощью эластичной муфты. С червяч­ ной шестерней посредством штифтов соединено кольцо с водилом 6. В корпус вращателя вставляется центратор 2 с выступами для упора подкладной вилки. При бурении коронками диаметром 132 мм или меньше центратор устанавливается в корпус на весь период бурения скважины. При бурении коронками большого диаметра центратор извлекается из корпуса каждый раз, когда поднимается колонковая труба, и устанавливается после ее спуска. Для свинчивания и раз­ винчивания замковых соединений колонна бурильных труб подвеши­ вается на подкладную вилку таким образом, чтобы последняя, вставленная в нижнюю прорезь муфты замка, опиралась в упорный выступ центратора для предохранения от возможного проворота. Ведущая вилка вставляется в прорезь ниппеля замка. При включе­ нии электродвигателя, связанного через червячный вал с червячным колесом, водило вращает ведущую вилку в правую или левую сто­ роны и свинчивает или развинчивает бурильные свечи.

Для развинчивания сильно затянутого бурового снаряда вклю­ чением электродвигателя водило отводят от рукоятки ведущей вилки на максимальное расстояние, чтобы при последующем вращении его

в левую сторону (против часовой стрелки) к моменту соприкоснове­ ния с рукояткой ведущей вилки оно сделало бы почти полный оборот (270°). Водило, ударяя с разгона по ведущей вилке, срывает затяну­ тую резьбу инструмента и развинчивает замковое соединение. Если

не удается развинтить соединение с первого удара, эту операцию повторяют. Использование момента инерции маховика позволяет получать кратковременный крутя­ щий момент, который во время раскрепления резьбового соедине­ ния в несколько раз превосходит

Рлс. 2. Механизм ПО-49А.

• корпус; 2 — съемный центратор; з — электродвигатель; 4 — подкладная вилка; 5 — ведущая вилка; б — водило; 7 — салазки; 8 — кожух.

момент, развиваемый электродвигателем. Для развинчивания даже сильно затянутого соединения, как правило, достаточно одного-двух ударов.

После окончания развинчивания замкового соединения ведущая вилка снимается (только при полной остановке водила), а свеча поднимается элеватором и устанавливается на подсвечник, после чего элеватор опускается вниз и надевается на муфту замка для подъема следующей свечи.

МЕХАНИЗМ П О - 4 7 Б

Механизм предназначен для свинчивания и развинчивания све­ чей бурильных труб диаметром 42,50 и 63,5 мм с муфтово-замковыми соединениями. Механизм ПО-47Б применяется главным образом при бурении скважин глубиной 500—600 м с начальным диаметром бурения не более 152 мм.