какие типы оснастки применяются на талевых система подъемных агрегатах буровых вышках
Талевая система буровой установки
Талевая система буровой установки – это набор функциональных элементов, обеспечивающих выполнение операций:
Требования безопасности включают наличие кожухов на движущихся элементах, а также обтекаемость их форм для исключения возможности задевания буровой вышки.
Талевая система выполняет следующие важнейшие функции:
Стальной канат обеспечивает гибкую связь между буровой лебедкой и механизмом крепления неподвижного конца каната.
Талевая система преобразует вращательное движение барабана буровой лебедки в поступательное движение крюка или крюкоблока.
На крюк подвешивается колонна труб, благодаря чему она может с легкостью перемещаться и удерживаться на весу.
Под оснасткой талевой системы понимается подвешивание в определенной последовательности каната на шкивы талевого бока и кронблока с целью предотвращения перекрещивания каната и предупреждения трения его частей друг о друга.
Основные типы талевых систем:
В разведочном бурении активно применяются следующие типы талевых систем:
Спускоподъемные операции на прямом канате (на схеме а) выполняются только в случае небольших нагрузок на крюк.
Талевые канаты имеют круглое сечение и по диаметру должны совпадать с желобами шкивов.
Иначе:
Типы оснастки включают параллельный и крестовой, определяемые в зависимости от взаимного положения осей кронблока и талевого блока.
Крестовая оснастка, при которой оси кронблока и талевого блока перпендикулярны, является предпочтительной, поскольку позволяет предотвратить возможность закручивания каната.
Талевая система буровой установки
Талевая система буровой установки – это набор функциональных элементов, обеспечивающих выполнение операций:
Требования безопасности включают наличие кожухов на движущихся элементах, а также обтекаемость их форм для исключения возможности задевания буровой вышки.
Талевая система выполняет следующие важнейшие функции:
Стальной канат обеспечивает гибкую связь между буровой лебедкой и механизмом крепления неподвижного конца каната.
Талевая система преобразует вращательное движение барабана буровой лебедки в поступательное движение крюка или крюкоблока.
На крюк подвешивается колонна труб, благодаря чему она может с легкостью перемещаться и удерживаться на весу.
Под оснасткой талевой системы понимается подвешивание в определенной последовательности каната на шкивы талевого бока и кронблока с целью предотвращения перекрещивания каната и предупреждения трения его частей друг о друга.
Основные типы талевых систем:
В разведочном бурении активно применяются следующие типы талевых систем:
Спускоподъемные операции на прямом канате (на схеме а) выполняются только в случае небольших нагрузок на крюк.
Талевые канаты имеют круглое сечение и по диаметру должны совпадать с желобами шкивов.
Иначе:
Типы оснастки включают параллельный и крестовой, определяемые в зависимости от взаимного положения осей кронблока и талевого блока.
Крестовая оснастка, при которой оси кронблока и талевого блока перпендикулярны, является предпочтительной, поскольку позволяет предотвратить возможность закручивания каната.
Талевая система
НАЗНАЧЕНИЕ, СХЕМЫ И УСТРОЙСТВО
В процессе проводки скважины подъемная система выполняет различные операции. В одном случае она служит для проведения СПО с целью замены изношенного долота, спуска, подъема и удержания на весу бурильных колонн при отборе керна, ловильных или других работах в 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 подъемная система имеет два вида скоростей подъемного крюка: техническую для СПО и технологические для остальных операций.
В связи с изменением веса бурильной колонны при подъеме для обеспечения минимума затрат времени подъемная система должна обладать способностью изменять скорости подъема в соответствии с нагрузкой. Она также служит для удержания бурильной колонны, спущенной в скважину, в процессе бурения.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТАЛЕВЫХ СИСТЕМ
Подготовка талевого каната к оснастке:
Канат необходимой прочности должен иметь диаметр, соответствующий диаметру желоба шкивов талевого блока и кронблока.
Применять в талевых системах канаты с диаметром больше расчетного нельзя ввиду возможности его защемления в желобах шкивов и быстрого износа. Допускается применение канатов диаметром меньше расчетного на 10%. Необходимый для оснастки канат подбирают по паспорту и проверяют соответствие маркировки на бочке барабана паспортным данным, осматривают канат в соответствии с инструкцией и составляют акт приемки, о чем делают соответствующие записи в буровом журнале.
Фактический коэффициент запаса прочности каната проверяют путем сравнения агрегатной прочности каната, указанной в паспорте, с вероятной наибольшей нагрузкой на канат.
Для осмотра бочку с канатом устанавливают на козлы и вращают барабан по стрелке, указанной на бочке. При перемотке каната недопустимо образование петель и перекруток. Отрезают канат специальной канаторезкой. Перед тем, как отрезать канат, оба будущие его конца должны быть заделаны так, чтобы избежать их раскручивания. Концы заделывают плотной намоткой вязальной проволоки.
Новый канат следует хранить на барабане в помещении или под навесом, исключающим попадание влаги в барабан. Ржавые канаты или канаты, имеющие неплотности свивки прядей, порванные проволоки и другие дефекты к эксплуатации не допускаются.
Оснастка талевой системы:
Под оснасткой талевой системы понимается навеска каната на шкивы кронблока и талевого блока в определенной последовательности, исключающей перекрещивание каната и трение его струн друг о друга. В настоящее время создано несколько типов оснастки. Перед тем как приступить к оснастке системы необходимо определить число шкивов в талевом блоке, тип каната, диаметр и разрывное усилие каната. Диаметр каната должен соответствовать размеру канавок шкивов талевого блока и кронблока. При бурении глубоких скважин, когда глубина еще небольшая и бурильная колонна легкая, для ускорения СПО канатом оснащают не все шкивы системы, а только часть. В дальнейшем проводят переоснастку до полного использования всех шкивов. Однако переоснастка трудоемка и не всегда целесообразна.
Оснастку стремятся выполнить так, чтобы ведущая струна набегала на один из средних шкивов. В системах АСП струны каната не должны мешать спуску талевого блока с находящейся в нем свечой. Неправильно выполненная оснастка может вызвать трение канатов или закручивание талевого блока, что может привести к аварии.
Существует два типа оснасток: параллельная, когда ось талевого блока параллельна оси кронблока, и крестовая, когда оси талевого блока и кронблока перпендикулярны. Наиболее распространена крестовая оснастка (рис. III.14). Она имеет то преимущество, что исключает закручивание талевого блока и трение струн каната друг о друга.
Оснастку осуществляют следующим образом. Бухту каната устанавливают на металлическую ось приспособления, расположенного под полом буровой, и соединяют конец талевого каната с концом пенькового вспомогательного каната. Затем раскрепляют барабан механизма крепления и наматывают на него четыре-пять витков пенькового каната, после чего этот канат последовательно пропускают через шкивы 6 кронблока и V талевого блока, 1 кронблока и / талевого блока, затем 5—IV—2-//-4, как показано на рис. III.14.
БУРОВЫЕ ЛЕБЕДКИ
НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
Буровая лебедка состоит из сварной рамы, на которой установлены подъемный и трансмиссионный валы, коробка перемены передач (КПП), тормозная система, включающая основной (ленточный) и вспомогательный (регулирующий) тормоза, пульт управления. Все механизмы закрыты предохранительными щитами. Подъемный вал лебедки, получая вращение от КПП, преобразовывает вращательное движение силового привода в поступательное движение талевого каната, подвижный конец которого закреплен на барабане подъемного вала. Нагруженный крюк поднимается с затратой мощности, 
зависящей от веса поднимаемых труб, а спускается под действием собственного веса труб или талевого блока, крюка и элеватора, когда элеватор опускается вниз за очередной свечой.
Лебедки снабжаются устройствами для подвода мощности при подъеме колонны и тормозными устройствами поглощения освобождающейся энергии при ее спуске. Для повышения к. п. д. во время подъема крюка с ненагруженным элеватором или колонной переменного веса лебедки или их приводы выполняют многоскоростными. Переключение с высшей скорости на низшую и обратно осуществляется фрикционными оперативными муфтами, обеспечивающими плавное включение и минимальную затрату времени на эти операции. Во время подъема колонн различного веса скорости в коробках передач переключают периодически. Оперативного управления скоростями коробки не требуется.
В зависимости от скорости спуска или подъема крюка и числа струн в талевой оснастке канат на барабан лебедки навивается и свивается с различными скоростями. Скорость крюка при подъеме колонн большого веса во время технологических операций (расхаживание, ликвидация осложнения и аварий в скважине) составляет 0,15-0,25 м/с, а иногда и меньше. Эти скорости называются технологическими, а скорости подъема бурильных колонн и ненагруженного элеватора при СПО изменяются от 0,5 до 1,8 м/с и называются техническими. Более высокие скорости подъема ухудшают условия намотки каната на барабан и не дают существенного выигрыша во времени.
Скорости спуска колонн определяются их весом, длиной и технологическими условиями скважины. Наибольшая скорость спуска бурильных колонн обычно не превышает 3 м/с, наименьшая при спуске обсадных колонн 0,2 м/с. В процессе бурения с по- мощью лебедки подается бурильная колонна со скоростью до 1,5 м/мин.
При подъеме колонны канат навивается на барабан лебедки под действием силы тяжести всей колонны, а свивается при спуске ненагруженного элеватора с небольшим натяжением. В процессе спуска колонн канат навивается при небольшом натяжении и большой скорости, а свивается под действием веса всей колонны. Это создает тяжелые условия работы каната, и он быстро изнашивается, особенно при многослойной навивке на барабан.
Мощность, передаваемая на лебедку, характеризует основные эксплуатационно-технические ее свойства и является классификационным параметром.
Присоединительные размеры буровой лебедки: диаметр талевого каната; расстояние от середины барабана до центра звездочки, установленной на валу ротора. Диаметр каната должен соответствовать размерам канавок на наружной поверхности барабана лебедки и размерам канавок шкивов талевой системы. В случае несоответствия канат будет быстро изнашиваться. Нарушение базового расстояния от середины барабана до центра роторной звездочки вызовет быстрый выход из строя цепи привода ротора и практически сделает невозможным нормальное бурение скважины роторным способом.
Современные отечественные буровые лебедки в основном выполняются по двум компоновочным схемам:
На рис. IV.1 показана одновальная лебедка ЛБ-750, смонтированная на общей раме / с вспомогательным тормозом 7 и станцией управления 8. Эта лебедка имеет главный вал с барабаном 5, цепные трансмиссии Зяб,главный тормоз 4 и тормозную рукоятку 2, которая служит для управления лебедкой с поста бурильщика.
Двух- и трехвальные лебедки в настоящее время почти не изготовляются, но на нефтепромыслах они еще применяются.
Талевая система, предназначенная для уменьшения натяжения на подвижной ветви каната, навиваемого на барабан, состоит из кронблока, талевого блока, крюка, талевого каната и направляющего ролика.
Талевый канат попеременно огибает шкивы кронблока и талевого блока или крюкоблока; при этом подвижный его конец, проходящий через оттяжной ролик, закрепляют на барабане подъемной лебедки, а неподвижный — прикрепляют к рамному брусу вышки, а на передвижных установках — к специальной проушине на станине. В зависимости от глубины скважины, вида работ и предполагаемой нагрузки выбирают оборудование талевой системы соответствующей грузоподъемности.
Стальные (талевые) канаты выпускаются промышленностью различных конструкций и диаметра в зависимости от назначения, условий работы и предъявляемых к ним. требований.
Основное требование, предъявляемое к стальным канатам,— обеспечение заданного расчетного разрывного усилия при конструкции с оптимально минимальным диаметром, минимальными массой и жесткостью.
При ремонте скважин в основном применяются следующие типы оснасток: 2х3, 3х4, с диаметром каната 22, 25 мм.
За состоянием каната должен быть установлен контроль. Частота осмотров каната устанавливается в зависимости от характера и условий работы. Выбраковка и замена канатов производится в соответствии с критериями, установленными «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов». Запрещается использование канатов, если:
— одна из прядей оборвана, вдавлена или на канате имеется выдавление (расслоение) проволок в одной или нескольких прядях;
— выдавлен сердечник каната или пряди;
— на канате имеется деформация в виде волнистости, корзинообразности, местного увеличения или уменьшения диаметра каната;
— на канате имеется скрутка («жучок»), перегиб, залом;
— в результате поверхностного износа, коррозии диаметр каната уменьшился на 7% и более;
— при уменьшении диаметра наружных проволок каната в результате их износа, коррозии на 40% и более;
— на нем имеются следы пребывания в условиях высокой температуры (цвета побежалости, окалины) или короткого электрического замыкания (оплавление от электрической дуги).
При перетяжке каната перед подъемом талевого блока с пола буровой площадки на барабане лебедки должно быть намотано 3-4 витка талевого каната.
Применять срощенные канаты для оснастки талевой системы буровой установки, агрегатов для освоения и ремонта скважин, а также для подъема вышек и мачт, изготовления растяжек, грузоподъемных стропов, удерживающих, рабочих и страховых канатов запрещается.
Резка талевых канатов, а также канатов для подъема вышек и мачт, растяжек, страховочных канатов с использованием электросварки запрещается. Резку канатов следует производить с использованием специальных приспособлений с применением защитных очков (масок).
Талевая система буровой установки
Талевая система буровой установки предназначена для подъема и поддержания на весу тяжелого бурового инструмента. Она представляет собой ( рис.12.1 ) полиспастный механизм, который состоит из кронблока 1, установленного на вышке или мачте, талевого блока 2 и талевого каната 3, являющегося гибкой связью между буровой лебедкой 4 и подъемным крюком, подвешенным к талевому блоку. Под оснасткой талевой системы понимается навеска каната на шкивы кронблока и талевого блока в определенной последовательности, которая исключала бы перекрещивание каната и трение его ветвей друг о друга.
При небольших нагрузках на крюке спускоподъемные операции выполняют на прямом канате ( рис.12.1, а ). В геологоразведочном бурении применяют талевые системы трех типов:
Рис. 12.1. Схемы талевых систем
Талевая система с неподвижным концом каната (симметричная талевая система) обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на опоры вышки или мачты, а также позволяет устанавливать на неподвижной ветви талевого каната указатель веса инструмента и нагрузки на породоразрушающий инструмент.
При подвижном крюке ветви талевого каната равномерно нагружены силой
(12.1)
Поэтому нагрузка на крюке
(12.2)
Натяжение ведущей ветви
(12.3)
Усилие в неподвижной ветви каната
(12.4)
Коэффициент полезного действия талевой системы
(12.5)
При определении числа струн талевой оснастки исходят из набольшей нагрузки на крюк Q. Ее определяют при подъеме наиболее тяжелого бурильного инструмента или наиболее тяжелой колонны обсадных труб.
(12.6)
В геологоразведочном бурении применяются в основном следующие оснастки талевой системы: 0x1; 1×2 и 2×3 ( см.рис. 12.1 а,б,в ).
Коэффициент полезного действия для них составит:
При практических расчетах при эксплуатации буровых установок на нефть и газ можно воспользоваться выражением
Полученное по формуле (12.6) значение округляется до целого числа в большую сторону.
Общее число ветвей талевого каната
при симметричной оснастке
Глубину скважины до которой спускоподъемные операции можно проводить на прямом канате (оснастка 0х1) рассчитывают по формуле
(12.10)
Сухая скважина. 0,3-0,4
Вода. 0,2-0,4
Эмульсия. 0,12-0,2
В случае применения легкосплавных бурильных труб коэффициент трения µ следует уменьшить приблизительно на 10%.
Ниже приведены опытные значения коэффициента к пр для различных геолого-технических условий бурения:
Пример 12.1. Определить натяжение в ведущей (Р л ) и неподвижной (Р н ) ветвях талевого каната при подъеме инструмента весом Q=500к11 и к.п.д талевой системы, если оснастка 4×5, т.е. u т.с =8.
В неподвижной ветви
Коэффициент полезного действия талевой системы [ см.формулу (12.5)]
Пример 12.2. На подъемном крюке подвешена бурильная колонна весом Q=1,5 МН; вес подвижной части талевой системы Q т.с =0,08МН.
Найти: а) натяжение ведущего конца каната при оснастке 5×6; б) величину выигрыша в силе при данной оснастке.
Решение : находим к.п.д. талевой системы из выражения (12.7 )
Тогда максимальное натяжение ведущей струны составит
Следовательно при 10-ти струнной оснастке мы выигрываем в силе
т.е почти в 8 раз