§ 2. Фрикционные и гидравлические устройства подачи долота

Силовым узлом этих УПД является фрикционный тормоз, удер­живающий часть веса бурильной колонны и таким образом обеспе­чивающий поддержание необходимой осевой нагрузки на долото. В качестве тормозного механизма используют непосредственно лен­точный тормоз буровой лебедки.

Одно из первых УПД этого типа—устройство подачи Шахназа­рова, разработанное в начале 30-х годов. В этом устройстве опреде­ленный натяг тормозных лент, а следовательно, и заданную нагруз­ку на долото обеспечивали грузы, действовавшие на тормозную рукоятку. Изменение скорости подачи достигалось добавлением или снятием грузовых пластин.

Вследствие несовершенства УПД, его примитивности, неоператив­ности управления (снятие и добавление грузов) это устройство не получило распространения. Дальнейшие конструкции УПД, постро­енные на принципе использования тормозного устройства буровой лебедки, эффекта не дали, ибо тормозная система лебедки предна­значена лля удержания грузов большого веса, спускаемых со ско­ростью 2—3 м/с, и не может обеспечить плавную подачу с необхо­димой скоростью, которая на три порядка меньше скорости спуска инструмента. Кроме того, изменение температуры окружающей сре­ды, попадание масла и влаги приводят к существенному изменению коэффициента трения между тормозными накладками и шкивами. Опыт показал, что вследствие указанных причин барабан лебедки проскальзывает, инструмент срывается и не удается достигнуть не­обходимого при бурении плавного изменения скорости подачи.

Гидравлические устройства подачи долота. В этих УПД вес бурового инструмента воспринимается силовым узлом, в качестве которого в общем случае применяют гидронасос. Расход жидкости такого гидронасоса пропорционален скорости подачи инструмента:

где Q—расход; w— скорость подачи, S—площадь поршня гидро­цилиндра; К — коэффициент пропорциональности, зависящий от сопротивления протеканию жидкости.

Из выражения (17.2) видно, что, изменяя расход, можно регули­ровать скорость подачи бурового инструмента. Расход можно изме­нять, дросселируя поток жидкости. На этом принципе основано управление скоростью подачи гидравлическими УПД.

Опыт показывает, что гидравлические УПД обладают эффектом самовыравнивания нагрузки при изменении твердости породы. Если увеличивается твердость породы, то увеличивается нагрузка на до­лото, что приводит к уменьшению веса инструмента на крюке, а сле­довательно, и к уменьшению скоро­сти подачи. С уменьшением твер­дости породы снижается нагрузка на долото, а скорость подачи и скорость бурения соответственно увеличиваются.

О

дним из вариантов гидравли­ческих регуляторов подачи, пока­завшим хорошие эксплуатационные качества, является УПД буровой установки БУ-50Бр-1. Это устрой­ство обеспечивает регулирование скорости подачи бурового инстру­мента, поддержание заданной на­грузки на долото и предохранение колонны бурильных труб от скру­чивания при чрезмерном момен­те. Гидравлический регулятор по­дачи (рис. 17.5) включает пяти­плунжерный коаксиальный насос 1 типа НПА-64, смонтированный на корпусе редуктора. Насос связан с ведущим валом через обгонную муфту 4. Ведомый вал редуктора соединяется с приводным валом лебедки через зубчатую передачу. Малая шестерня этой передачи соединена с блокировочным выключателем, который отключает элек­тродвигатели привода лебедки при включении устройства подачи долота. Усилие на крюке, создаваемое весом бурового инструмента, через талевую систему, лебедку и редуктор передается на вал насо­са, нагнетающий масло из бака в гидролинию.

Давление масла определяется весом бурового инструмента. В гидролинии установлен предохранительный клапан 5 типа Г52-14 с переливным золотником. Управление клапаном осуществляется дистанционно дросселем 6, с помощью которого бурильщик может установить необходимую нагрузку на забой. Каждому положению рукоятки дросселя соответствует определенная нагрузка на долото. При полностью закрытом дросселе 6 предохранительный клапан не пропускает масло по гидросистеме, насос 1 не вращается и подача инструмента прекращается. При давлении, превышающем макси­мально допустимое для гидросистемы, предохранительный клапан сработает, несмотря на то что дроссель дистанционного управления будет закрыт.

Для осуществления подачи бурильщик, открывая дроссель 6, уменьшает давление в цепи управления клапаном 5. При этом пере­ливной клапан 5 срабатывает и пропускает поток масла из нагнета­тельной линии в бак. Датчиком нагрузки является сам насос 1, давление на выходе которого пропорционально разности полного веса колонны и нагрузки на долото. Регулирующим элементом явля­ется предохранительный клапан с переливным золотником 5.

В этот УПД кроме регулятора подачи входит механизм, предо­храняющий колонну бурильных труб от скручивания. Работа его осуществляется следующим образом. Давление, развиваемое в мессдозе 7 от момента на роторе, передается реле давления 8 типа Г62-21, которое настраивается по моменту. Если крутящий момент на роторе будет возрастать и превысит определенный уровень, то от гидрав­лического давления в мессдозе срабатывает реле давления. Сраба­тывание реле давления 8 приведет к включению электромагнитной муфты 2. Электродвигатель 3 произведет подъем инструмента и разгрузит бурильные трубы. Обгонная муфта 4 обеспечивает подъем инструмента без отключения УПД. Настройка этого механизма осу­ществляется регулировкой реле по показаниям прибора, контроли­рующего крутящий момент и установленного на пульте бурильщика.