Талевая система
В процессе проводки скважины подъёмная система выполняет различные операции. В одном случае она служит для проведения спуско-подъёмных операций (СПО) с целью замены изношенного долота, спуска, подъёма и удержания на весу бурильных колонн при отборе керна или других работах на скважине, а также для спуска обсадных труб. В других случаях обеспечивает создание на крюке необходимого усилия для извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны или при авариях с ней. Для обеспечения высокой эффективности при этих разнообразных работах, подъёмная система имеет два вида скоростей подъёмного крюка – техническую для СПО и технологическую для остальных операций.
В связи с изменением веса бурильной колонны при подъёме, для обеспечения минимума затрат времени подъёмная система должна обладать способностью изменять скорость подъёма в соответствии с нагрузкой. Она также служит для удержания бурильной колонны, опущенной в скважину в процессе бурения.
Подъёмная система установки представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока, талевого (подвижного) блока, стального каната, являющегося гибкой связью между буровой лебёдкой, и механизмом крепления неподвижного конца каната. Кронблок устанавливается на верхней площадке буровой вышки. К талевому блоку присоединяется крюк, на котором подвешивается на штропах элеватор для труб или вертлюг.
В настоящее время талевый блок и подъёмный крюк во многих случаях объедиянют в один механизм – кронблок.
Теги: Талевая система
Кронблок
Кронблок устанавливают на верхней площадке вышки, называемой наголовником. Это неподвижный элемент талевой системы.
Кронблок
1 – шкивы; 2 – ось; 3 – рама; 4 – предохранительный кожух; 5 – вспомогательные шкивы
Конструкция кронблока зависит от типа вышки, действующей нагрузки и объёма СПО. Шкивы кронблоков монтируют на подшипниках качения на одной или двух соосно расположенных осях, установленных в опорах на раме, либо соосно. При несоосной схеме ось шкива, служащего для подвижной струны талевого каната, располагается перпендикулярно к оси остальных шкивов. Кронблоки с несоосным расположением шкивов применяют в мачтовых вышках, установках с буровой лебёдкой, расположенной ниже пола буровой, для того, чтобы подвижный конец каната не цеплял ферму мачты. Или при использовании АСП (автоматическая система подачи) с механизированной расстановкой свечей.
Кронблок
1 – ограждение; 2 – шкив; 3 – опора; 4 – ось шкивов; 5 – кожух; 6 – подкронблочная рама
Двухсекционный блок с соосным расположением осей, в котором шкив с осью перпендикулярны, смонтирован на опоре, установленной на полке рамы. Две секции (трёхшкивные) смонтированы на опорах. Каждый шкив смонтирован на оси на двух цилиндрических роликоподшипниках, внешние кольца которых зафиксированы в ступицы шкива пружинным кольцом, а внутренние – на оси распорными кольцами. Смазка к подшипникам каждого шкива подаётся через пресс-маслёнку по каналам, просверленным по оси.
Теги: Кронблок, Талевая система
Талевый блок
Талевый блок является подвижной частью талевой системы. Предназначен, также как кронблок, для выполнения спуско-подъёмных операций и других работ, необходимых при бурении скважин. В буровых установках применяют талевые блоки двух видов:
- одноосные – все шкивы смонтированы на одной оси, укреплённой в боковых щёках;
- соосные с двумя осями – две сборки шкивов смонтированы каждая отдельно, а между осями оставлено пространство для пропуска свечи.
Талевый блок шестишкивный
1 – серьга; 2 – подвеска; 3 – корпус; 4 – кожух; 5 – ось шкивов; 6 – роликоподшипники; 7 – шкив; 8 – крышка
Талевый блок должен иметь минимальные габариты, особенно ширину, т.к. он движется внутри вышки в пространстве между пальцами магазина с бурильными свечами. Поэтому должно быть обеспечено минимально безопасное расстояние между блоком и элементами вышки. Талевый блок обычно выполняют из двух сварных боковых щёк, соединённых наверху полой траверсой, а внизу – поперечной подвеской, которая присоединяется с помощью пальцев. Эти детали составляют силовой каркас блока.
Талевый блок
1 – траверса; 2 – шкивы; 3 – ось; 4 – предохранительные кожухи; 5 – щеки; 6 – серьга
В щеках неподвижно закреплена ось, на которой на подшипниках качения смонтированы шкивы (для предохранения смещения ось торцов закреплена гайками). Шкивы блока закрыты кожухами, снабжёнными прорезями для прохода струн каната.
Теги: Талевая система, Талевый блок
Крюкоблок
Буровой крюк предназначен для подвешивания бурильных и обсадных колонн. В процессе бурения крюк:
- удерживает подвешенный на штропе вертикально перемещающийся вертлюг с вращающейся бурильной колонной;
- воспринимает крутящий момент, возникающий на опоре вертлюга при вращении бурильной колонны ротором;
- обеспечивает автоматическое запирание центрального рога после ввода в него штропа вертлюга;
- когда ведущая труба находится в шурфе при переходе от спуско-подъёмных операций к бурению, освобождает штроп вертлюга с ведущей трубой, устанавливаемой в шурф;
- при переходе от бурения к спуско-подъёмным операциям, надёжно удерживает в зеве крюка штроп вертлюга при внезапных остановках в скважине спускаемой колонны.
При СПО крюк обеспечивает:
- надёжное удержание штропов при спуске и подъёме бурильной или обсадной колонны;
- лёгкий поворот и манипулирование в процессе захвата или освобождении свечей;
- разгрузку резьб замковых соединений;
- отвеса свечи при её отвинчивании от бурильной колонны;
- автоматический приподъём отвинченной от колонны свечи при её подъёме на высоту несколько большую длины замковой резьбы;
- автоматическую установку элеватора в заданной позиции для захвата очередной свечи.
Крюкоблоки: а – с пластинчатым крюком; б – с литым крюком
Буровой крюк состоит из трёх рогов – двух боковых и одного центрального. Центральный рог крюка служит для захвата штропа вертлюга; два боковых – для захвата штропов элеватора, что позволяет быстро снимать и надевать на крюк вертлюг при переходе от бурения к СПО. При этом штропы элеватора остаются висеть на крюке, что облегчает работу персонала.
В корпусе крюка размещают упорный подшипник, ствол, пружину, амортизатор и другие устройства. Подшипник служит для облегчения лёгкости поворота крюка при захвате свечей или их свинчивании во время СПО. Пружина нужна для автоматического извлечения нипеля из муфты замка свечи при её отвинчивании. Ход крюка несколько больше длины резьбы замка – от 127 до 254 мм, а усилие пружины больше веса свечи. В разжатом состоянии – от 13 до 30 Кн, в сжатом – от 25 до 50 Кн.
По способу изготовления крюки подразделяются на: кованые, составные пластинчатые и литые из стали. Буровые крюки из стального литья применяют на максимальных нагрузках; для больших нагрузок – составные пластинчатые крюки. Литые крюки легче и удобнее кованых и пластинчатых.
Центральный рог имеет зев минимальных размеров, что уменьшает напряжение изгиба и позволяет выполнить тело крюка меньшего сечения. В то же время защёлка центрального рога должна быть большей длины для удобства завода штропа вертлюга в зев крюка при подъёме ведущей трубы из шурфа.
Трёхрогий стальной литой крюк с универсальным корпусом, рассчитанный на нагрузку 1,6 Мн, может быть соединён с талевым блоком как жёстко при помощи двух проушин верхней части корпуса, так и шарнирно через серьгу.
Теги: Крюкоблок, Талевая система
Крепления неподвижного конца талевого каната
Неподвижный конец каната крепится к полу буровой при помощи механизма, который также предназначен для периодического перепуска каната с целью повышения его срока службы. Механизм состоит из литого стального корпуса, в отверстия кронштейна закреплена ось, на которой на двухрядном коническом подшипнике вмонтирован консольный рычаг. На этой оси также на двухрядном коническом подшипнике установлен барабан, на который навивается неподвижный конец каната.
После навивки на барабан, канат при помощи фиксатора соединяется с консольным рычагом, на противоположном конце которого – сжимное устройство талевого каната. Между проушинами консольного рычага и корпуса находится датчик усилия действующего в канате. Механизм рассчитан на канат диаметром до 30 мм и растяжением до 450 Кн. Канат пропускается следующим образом: отпускают болты зажимного устройства и подают запасную часть каната, а ведущий его конец наматывают на барабан лебёдки. После перепуска требуемой длины каната болты вновь затягивают и регулировочным винтом настраивают положение консольного рычага.
Теги: Талевая система
Буровые насосы
Устройство буровых насосов
Буровой насос состоит из приводного гидравлического блока, установленного на сварной раме. Приводной блок состоит из трансмиссионного вала, коренного вала и шатунного механизма, которые установлены на станине.
Станина представляет собой массивный металлический корпус в расточках которого монтируются подшипники трансмиссионного и коренного валов. Для удобства монтажа внутренних узлов и деталей станина имеет крышку. Стыкующиеся поверхности станины и крышки подвергаются механической обработке и уплотняются при помощи резинового шнура либо прокладки, затягиваемые болтами. Положение крышки относительно станины фиксируется коническими штифтами. Отверстия под подшипники растачивают в сборе станины с крышкой, в горловине станины устанавливают направляющие ползуны. Оси поверхности расточек станины под направляющие ползуна должны совпадать с отклонением не более 0,15 мм. Внутренняя полость станины окрашивается маслостойкой краской и используется в качестве резервуара для масла, смазывающего зубчатую передачу, установленную между трансмиссионным и коренным валами.
Горловина станины имеет боковые люки для монтажа и осмотра ползунов. Торец горловины снабжается отверстиями для штока и крепления гидравлического блока. В крышке станины имеется вентиляционный колпак для вытяжки масляных паров.
Трансмиссионный вал служит для передачи крутящего момента коренному валу насоса. Он выполнен в виде вводного вала шестерни, концы которого используются для установки клиноременного шкива или цепного колеса (в зависимости от принятой в приводе насоса передачи). Для облегчения сборки-разборки, шкивы имеют разрезную ступицу, затягивающуюся болтами, т.к. возможны перекосы в результате прогиба под действием нагрузки на консоли; а также, в следствии технологических неточностей, трансмиссионный вал устанавливают на сферических двухрядных роликоподшипниках, воспринимающих радиальные и осевые нагрузки от косозубой передачи.
Для предупреждения смятия и разбивания опорных поверхностей станины, а также для устранения брака дорогостоящей станины из-за расслабления отверстий при растачивании, подшипники устанавливают на стальные гильзы, наружный диаметр которых больше диаметра шестерни. Благодаря этому, при сборке насоса вал свободно протаскивается через отверстие станины. Соосность наружной и внутренней поверхности гильз обеспечивается жёсткими допусками на их разностенность. Эксцентриковый коренной вал имеет сборную конструкцию.
Прямой вал с эксцентриками опирается на коренном валу. Эксцентрики отливаются из углеродистой стали и соединяются сваркой. Число эксцентриков равно числу поршней бурового насоса. Угловое смещение шатунных шеек коренного вала определяется требованием равномерной подачи, согласно этому, в двух поршневых насосах двустороннего действия угловое смещение эксцентриков равно 90 градусов. Между эксцентриками располагается зубчатое колесо. Составная конструкция коренного вала удобна в техническом отношении, т.к. позволяет упростить форму заготовок и облегчить их механическую обработку. Окончательная обработка наружных поверхностей коренного вала и нарезка зубьев производится после посадки эксцентриков на прямой вал и соединение венца зубчатого колеса с его ободом. Шатун передаёт движение коренного вала к ползуну (крейцкопфу), и представляет собой кованый или литой стержень из углеродистой стали марки 35 с противоположно расположенными большой и малой шейками.
Большая шейка шатуна, называемая мотылёвой, охватывает коренной вал и имеет цельную либо разъёмную конструкцию. Независимо от конструкции, коренной вал соединяется с шатуном посредством конических роликоподшипников. У эксцентриковых валов мотылёвая шейка шатуна имеет значительно больший диаметр, чем у кривошипных и пальцевых валов, благодаря этому в эксцентриковых валах мотылёвые подшипники имеют больший диаметр и обладают большей долговечностью.
Малая шейка, называемая ползунной, служит для шарнирного соединения шатуна с ползуном, скользящим в прямолинейных направляющих. Центр шарнира движется аксиально, т.е. по прямой, проходящей через ось вращения коренного вала. Малая шейка шатуна соединяется с корпусом ползуна при помощи полого валика. При ремонтных работах через отверстия валика соседнего пропускается ломик для выпрессовки валика соседнего ползуна. Кроме того, пустотелая конструкция способствует более интенсивному охлаждению валика и подшипника шатуна, нагреваемых из-за трения. В расточку ползунной шейки запрессована втулка из оловянной бронзы или другого пластинчатого материала обычно используемого для подшипников скольжения. Запрессовка не гарантирует втулку от проворачивания и осевого смещения, и поэтому она стопорится дюбелем.
Диаметральный зазор между валиком и втулкой определяется в зависимости от диаметра валика и выбранной посадки. Валик снабжён центрирующим конусом, который входит в конусное отверстие ползуна. С помощью стопорной планки, входящей в поперечный паз торца валика и болтов, ввинченных в ползун, валик запрессовывается в конкусное отверстие и благодаря этому удерживается от продольного смещения и поворота относительно ползуна. Ползун состоит из литого корпуса и чугунных накладок, которые крепятся к цилиндрической поверхности болтами, застопоренными от самоотвинчивания упругими шайбами. В боковых стенках корпуса располагается ступица валика. В днище корпуса – резьбовые отверстия для ползунной части штока, представляющее собой стальной стержень с наружной резьбой для крепления с корпусом ползуна и внутренней резьбой для соединения с поршневой частью штока. Стопорение штока в ползуне осуществляется штифтом и гайкой.
Теги: Буровые насосы
Гидрокоробка
Гидрокоробки отливаются из углеродистой стали с горизонтальными расточками для цилиндровой втулки и вертикальными гнёздами для нагнетательных клапанов. Через общую надклапанную полость прокачиваемая жидкость из поршневой и штоковой камер цилиндра направляется в нагнетательный коллектор, толщина стенок которого равна 30-40 мм, что необходимо для создания прочности и герметичности гидрокоробки. Конструктивные формы обеспечивают:
- технологичность изготовления;
- удобство монтажа;
- осмотр и регулировку деталей и узлов насоса, размещённых в гидрокоробке.
В двух поршневых насосах различают левую и правую гидрокоробки, имеющие зеркальную конструкционную форму.
Приёмный и нагнетательные коллекторы имеют литую либо сварно-литую конструкцию. Для снижения гидравлических потерь и износа коллекторы имеют плавные переходы, диаметры переходных отверстий обеспечивают скорость потока до 6 м/с. На нагнетательный коллектор устанавливают предохранительный клапан, пневмокомпенсатор и присоединяют нагнетательный патрубок манифольда (труба).
Приёмный коллектор с всасывающими клапанами присоединяется к боковым приливам гидрокоробки. Втулки неподвижно установлены в горизонтальных расточках гидрокоробки, они являются более крупными по габаритам сменными деталями буровых насосов. Конструктивное исполнение, длина, наружные и внутренние диаметры их регламентируются отраслевыми стандартами. Цилиндровые втулки изготавливают из высокоуглеродистых и легированных сталей. За рубежом делают из хромистых чугунов и керамики. Внутренняя поверхность цилиндрических втулок упрочняется закалкой с нагревом токами высокой частоты, борированием, хромированием и другими химико-термическими методами.
Теги: Буровые насосы
Пневмокомпенсаторы
Пневмокомпенсаторы служат для выравнивания пульсации давления, которое вызывается колебаниями подачи жидкости из-за неравномерной скорости движения поршней в насосах.
Пневмокомпенсатор представляет собой закрытый сосуд, заполненный сжатым азотом. При подаче жидкости объём газа в нём уменьшается и в результате этого начальное давление газа возрастает до рабочего давления насоса. При работе насоса, объём газа в пневмокомпенсаторе периодически изменяется в пределах изменения подачи насоса за один двойной ход. Давление в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления газа к рабочему давлению насоса, при этом достигается максимально возможное выравнивание пульсации давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.
Для предохранения газа от утечек и растворения прокачиваемой жидкости пневмокомпенсаторы снабжаются разделителем диафрагменного или поршневого типа.
Диафрагменный компенсатор, широко использованный в отечественной и зарубежной практике бурения, состоит из толстостенного сферического корпуса, крышки, штуцера и эластичной диафрагмы. Корпус изготовляется из стального литья и после механической обработки имеет гладкую внутреннюю поверхность. Для такелажирования при монтаже и ремонте корпус снабжается проушинами. При одинаковой энергоёмкости пневмокомпенсатора, его сферическая форма, по сравнению с цилиндрической, придаёт ему компактность и меньшую массу.
Диафрагма, отделяющая верхнюю газовую полость от жидкости, поступающей через штуцер, имеет сферическую форму с горловиной, уплотняемой в проточках корпуса и крышки. Крышка затягивается шпильками, ввёрнутыми в корпус. Диафрагма изготовляется из прорезиненной ткани и при полной разрядке пневмокомпенсатора плавно прилегает к внутренней его поверхности. Образование складок и деформирование диафрагмы при этом нежелательны вследствие возможных потерь эластичности, особенно при низкой температуре. Отверстия пневмокомпенсатора перекрываются конусным утолщением диафрагмы.
Металлическая шайба и диск из прорезиненной ткани устраняют возможность выдавливания диафрагмы в отверстие штуцера и способствуют плотному прилеганию конуса диафрагмы к штуцеру при вытеснении жидкости из пневмокомпенсатора во время остановок насоса. На крышке установлен угловой вентиль для зарядки пневмокомпенсатора сжатым газом. Пневмокомпенсаторы заряжают сжатым азотом, доставляемым в баллонах, давление газа контролируется монометром, снабжённым вентилем. Монометр включается с помощью вентиля перед пуском насоса для контроля начального давления в пневмокамере. При работе насоса вентиль закрывается, поэтому монометр предохраняется от поломок, вызываемых пульсацией давления в пневмокамере. Из насоса жидкость поступает в пневмокомпенсатор через штуцер, затягиваемый шпильками, которые одновременно служат для крепления компенсатора к фланцу нагнетательного коллектора насоса.
Долговечность диафрагмы зависит от объёма газа и жидкости при работе насоса, определяемых отношением начального и рабочего давления в пневмокамере. При сравнительно небольших начальных давлениях плоскость перегиба под действием рабочих давлений смещается к верхним сечениям корпуса, имеющим по сравнению со средним сечением меньшую площадь, в результате этого увеличивается изгиб и амплитуда напряжений в деформированных сечениях диафрагмы, вызывающие снижение срока её службы. При больших начальных давлениях плоскость перегиба смещается вниз и возникает опасность повреждения диафрагмы от соударений с днищем корпуса. Для устранения этого требуется своевременное регулирование начального давления.
|
Рабочее давление жидкости, Мпа (кг/см²) |
Рабочее давление газа, Мпа (кг/см²) |
|
до 10 (100 атм) |
0,4 – 0,6 Па |
|
10 – 15 |
6 |
|
15 – 25 |
9 |
Теги: Буровые насосы
Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны предназначены для ограничения повышающегося давления жидкости сверх установленной величины с целью предупреждения аварий в насосном агрегате и нагнетательной линии от перегрузок, а также обеспечении безопасности работы.
Предохранительные клапаны действуют эпизодически, например, при образовании пробок, ошибочном пуске насоса, при закрытых задвижках и других случаях, вызывающих чрезмерное увеличение давления насосов.
Поршневые насосы почти не снижают подачу жидкости при возрастании сопротивления нагнетательной линии, поэтому в поршневом насосе для безопасного выхода промывочной жидкости в случаях превышения давления обязательно должен быть предохранительный клапан.
В буровых насосах У8-6 МА, УНБ-600 используются предохранительные клапаны диафрагменного пластинчатого типа, рабочая часть которых представляет собой герметично закреплённую по наружному контуру пластину, воспринимающую давление промывочной жидкости. При повышении давления сверх заданного значения, диафрагма срезается кромками зажимного калиброванного кольца. В буровых насосах используются диафрагмы из листовой латуни марки Л-62 толщиной 0,4-0,5 мм и наружным диаметром 88±0,5 мм. Согласно опытным данным, установлено, что среднестатистическое значение предела прочности на срез пластины из латуни Л-62 составляет 2,3 Мпа.
На нагнетательных линиях около каждого насоса после компенсаторов устанавливают отсекающую задвижку высокого давления или обратный клапан с целью возможности работы одним насосом в случае ремонта второго. Кроме этого, около насоса устанавливают пусковую задвижку, которая устраняет гидроудар при пуске насоса и выравнивает давление в нагнетательной линии при восстановлении циркуляции бурового раствора. Нагнетательный патрубок пусковой задвижки соединяют с приёмной ёмкостью. При монтаже для всех насосов нагнетательного трубопровода в конце его можно установить одну пусковую задвижку, которая обеспечит возможность пуска любого насоса.
Теги: Буровые насосы
Предохранительный клапан КП-250
Предохранительный клапан устанавливается на напорной линии насоса НБТ-600.
Предохранительный клапан служит для защиты гидравлической и трансмиссионной частей насоса и его привода от перегрузок при повышении давления в нагнетательном трубопроводе выше допустимого для установленного диаметра поршней насоса.
Клапан состоит из переходника, штока с поршнем, демпфера и кожуха. Шток упирается в нож, удерживаемый стержнем. Последний проходит через отверстие в ноже и втулках, запрессованных в корпусе. Семь отверстий в ноже соответствуют различных давлениям, при которых происходит срезание стержней и срабатывании клапана.
При подъёме давления в трубопроводе выше установленного на 10-15%, стержень срезается, шток с поршнем поднимается, и демпфером отбрасывается нож, а раствор сбрасывается в резервуар. Клапан рассчитан на давление до 25 Мпа.
Теги: Буровые насосы