Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

РотОры. Ротор, представляющий собой основной узел вра­щательного механизма буровой установки, кроме передачи вра­щения на бурильную колонну, служит также для поддержания на весу бурильной или обсадной колонны, а при бурении с за­бойными двигателями воспринимает, кроме того, реактивный момент. В связи с этим конструкция ротора должна обеспечи­вать необходимую частоту вращения бурильной колонны и об­ладать соответствующей наиболее тяжелой колонне проч­ностью.

Все роторы имеют сходную конструкцию и состоят из трех основных узлов: вращающегося стола с коническим зубчатым венцом, приводного вала с ведущей конической шестерней и ста­нины. Конструкция современного ротора типа У7-560-6 для бу­ровых установок класса БУ-4000, БУ-5000 и БУ-6500 приведена на рис. 8.24.

Стол ротора 17 установлен в станине на двух шариковых опорах — верхней основной 2 и вспомогательной нижней 5. Зуб­чатый венец на тыльной стороне стола находится в постоянном зацеплении с конической шестерней 10 приводного вала, уста­новленного на подшипниках 12 и 13 в стакане 11, который встав­ляется в расточку станины и крепится болтами. К нижней части стола болтами 7 крепится корытообразная опора 8 нижнего под-

Рис. 8.24. Ротор типа У7-560-6

шипника, которая вместе с запрессованной в станину втулкой 6 образует масляные ванны для подшипников. От попадания ра­створа масляные ванны предохраняют лабиринтное кольцо 4, прикрепленное к станине болтами 3, и отбойный щиток 9, пере­крывающий зазор между кольцом 4 и корытообразной опорой 8. Стопорение стола осуществляется фиксатором 18, входящим в пазы на диске стола 17. Фиксатор приварен к втулке 21, пе­ремещающейся вертикально в стакане 20. Поворот фиксатора с одновременным оттягиванием пружины 19 с помощью специ­альной рукоятки, установленной в пазах крышки 1 ротора, обес­печивает его стопорение или освобождение.

При работе с обычным элеватором в отверстие стола диамет­ром 560 мм вставляется втулка 14, закрепленная с помощью за­щелки 16, а во втулку вставляются зажимы 15 под ведущую трубу. В соответствии с требованиями ГОСТа ротор У7-560—6 в современных буровых установках оснащается пневматическим клиновым захватом ПКР-Ш8, который монтируется в столе ро­тора.

Привод ротора осуществляется с помощью двухрядной цеп­ной передачи от лебедки. В буровых установках завода «Барри­кады» для привода ротора используется карданная передача от коробки скоростей. Характеристика основных типов применяе­мых в промышленности роторов приведена в табл. 8.10.

Таблица 8.10 Техническая характеристика роторов Тип ротора Показатели Р-450 (БУ-75БР) Р560-Ш8 У7-520-3 У7-560-6 У 7-760 Диаметр проходного отвер­стия, мм 450 560 520 560 760 Передаваемая мощность, кВт 247 258 368 368 368 Максимальная допустимая статическая нагрузка на стол, кН 0,75 1.6 2 3,2 4 Максимальная частота вра­щения, об/мин 173 320 250 250 230

Вертлюги. Вертлюг, будучи промежуточным звеном между вращательным и подъемным механизмами буровой установки, служит верхней опорой для подвешенной на крюке бурильной колонны и обеспечивает подачу промывочной жидкости в ее внутренний канал. Любая конструкция вертлюга включает две группы деталей: неподвижную, связанную с подъемным крю­ком, и вращающуюся, связанную с бурильной колонной.

Вертлюг У6-ШВ14-160М (рис. 8.25) для буровых установок классов 2500, 3000, 4000 и 5000 состоит из вращательногб ствола 2 и неподвижного корпуса 6, в котором установлены опорные подшипники 10 и 8, воспринимающие осевые усилия, а также два радиальных подшипника 7 и 12, центрирующие ствол в корпусе вертлюга (подшипник 10 работает в масляной ванне). Герметизация зазора между вращающимся стволом и неподвижной напорной трубой 4 осуществляется напорным саль­ником 9, а масляная ванна герметизируется верхним и нижним масляными сальниками 5. Для подвески вертлюга к подъем­ному крюку служит штроп 3, закрепленный на пальцах 11 в кор­пусе вертлюга. На нижний конец ствола навинчивается пере­ходник 1 с левой резьбой для соединения с ведущей трубой.

Одним из перспективных направлений в разработке новых типов буровых установок является совмещение вертлюга с ро­тором в едином механизме — роторе-вертлюге.

Буровые лебедки. В современных установках буровая ле­бедка освобождена от несвойственных ей функций (свинчива­ние и развинчивание труб, подтаскивание грузов и т. п.) и слу­жит непосредственно для спуска и подъема бурильной колонны, спуска обсадных колонн и обеспечения подачи долота на забой. В установках Уралмашзавода от лебедки осуществляется также привод ротора. Сокращение числа выполняемых операций,

Рис. 8.26. Шиинопневматическая муфта

а также применение коробок перемены передач в кинематиче­ской схеме буровых установок позволили существенно упрос­тить конструкцию буровой лебедки. В отличие от установок ста­рых конструкций с многовальными лебедками все новые буро­вые установки для глубокого разведочного и эксплуатационного бурения оснащаются одновальными- лебедками. Лебедка ЛБУ — 1100 для установок классов БУ-4000, БУ-5000 кинематически по­добна лебедке ЛБУ-1400 для установок БУ-6500 и незначи­тельно отличается от лебедки установок БУ-2500. Привод ле­бедки осуществляется трехрядной втулочно-роликовой цепью от коробки скоростей или от редуктора регулятора подачи долота РПДЭ. Для плавного включения и выключения лебедки служат шинно-пневматические муфты, связывающие звездочки цепных
передач с валом лебедки. Конструкция шинно-пневматической муфты приведена на рис. 8.26.

На консоли вала 2 на шпонке посажена ступица 1, с кото­рой при помощи диска 3 жестко соединен стальной обод 4 муфты. К внутренней поверхности обода привулканизирован ре­зинотканевый кольцевой баллон 5 овального сечения. Снизу к баллону при помощи гладких шпилек прикреплены стальные колодки 6 с наклеенными фрикционными накладками из асбес­товой тканой ленты, пропитанной бакелитом. При подаче воз­духа через вертлюжок 7, трубку 8 и ниппель 9 баллон 5 расши-

Рис. 8.27. Схема ленточного тормоза буровой лебедки

ряется, прижимает колодки 6 к шкиву 10 цепного колеса 11, и вращение от колеса передается валу 2.

Полное торможение инструмента при спуске и удержание его на весу осуществляется с помощью главного двухленточиого тормоза лебедки. Принципиальная схема ленточного тормоза бу­ровой лебедки приведена на рис. 8.27. Тормозные стальные ленты 1 с фрикционными колодками соединяются одним концом с балансиром 2, а другим — с коленчатым валом 3. К левому концу коленчатого вала присоединена рукоятка управления 4, ■ а к правому — шток пневматического цилиндра 5. При переме­щении рукоятки 4 вниз с одновременным поворотом имеющейся на ней ручки управления в цилиндр подается сжатый воздух, который, перемещая поршень со штоком, создает дополнитель­ный момент на коленчатом валу и уменьшает усилие буриль­щика, необходимое для натяжения тормозных лент.

Стабилизация скорости спуска инструмента и уменьшение тормозного усилия достигаются с помощью системы вспомога­тельного торможения. В качестве вспомогательных в современ­ных буровых лебедках применяются гидродинамические и элек­тромагнитные тормоза. Гидродинамический тормоз (рис. 8.28) состоит из статора 1 с наклонно расположенными ребрами 2,

внутри которого вращается ротор 3, боковая поверхность кото­рого также снабжена наклонными ребрами 6. Ротор во время спуска инструмента с помощью кулачковой муфты 5 соединя­ется с валом лебедки 4. Холодильник 7 служит для регулирова­ния уровня воды в системе и ее частичного охлаждения. Тормо­жение при вращении ротора создается за счет сопротивле­ния воды, заполняющей гид­ротормоз. Гидродинамиче­скими тормозами оснащены установки старых конструк­ций, а также установки класса БУ-6500.

Слив

Вода из сети

Рис. 8.28. тормоза

Схема гидродинамического

взаимодействия магнитного по — возбуждения статора, с вихре­выми токами, наводимыми этим потоком во вращающемся ро­торе. В порошковых тормозах, применяемых на установках за-

Электромагнитные тормоза изготавливаются индукцион­ного (ЭМТ-4500) и порошко­вого (ТЭП-4500) типов. В ин­дукционных тормозах, приме­няемых в новых установках Уралмашзавода, тормозной момент возникает в результате тока, создаваемого обмотками

Неподвижный конец

2 Ходовой конец V Последовательность оснастки ш НК-6-Т-І-5-її — г-п-з-т Ч-ХК

Рис. 8.29. Схема оснастки талевой системы: / — механизм крепления; 2 — защитная труба; 3 — барабан

вода «Баррикады», торможение возникает в результате элек­тромеханической’ связи между статором и ротором при втяги­вании ферропорошка магнитным потоком в рабочий зазор. По­рошковые тормоза отличаются независимостью тормозного мо­мента от частоты вращения большей надежностью и могут быть использованы в качестве регуляторов подачи долота.

Талевая система. Талевая система предназначена для преоб­разования вращательного движения барабана лебедки в посту­пательное перемещение крюка и увеличения грузоподъемности буровой установки. Она состоит из кронблока, устанавливае-

мого на верхней раме вышки, подвижного талевого блока с подъ­емным крюком и стального талевого каната, соединяющего та­левый блок и кронблок с барабаном лебедки (рис. 8.29).

В зависимости от условий работы и типа установки приме — і

няют талевую оснастку 4X5, 5×6 и 6×7, что указывает соот­ветственно количество рабочих шкивов в талевом блоке и крон- блоке. Для предотвращения перекручивания канатов оси крон­блока и талевого блока усті па вливаются во взаимно перпенди-

кулярных плоскостях, а шкивы блоков оснащаются канатами в последовательности, указанной на рис. 8.29.

Конструкции кронблока и талевого блока зависят от способа выполнения спуско-подъемных операций. При ручной расста­новке свечей применяют кронблок, состоящий из двух секций, на осях которых, расположенных соосно, установлены на под­шипниках канатные шкивы (рис. 8.30). При использовании ком­плекса механизмов АСП для механизации спуско-подъемных операций применяют крон — блок, в котором шкив для хо­довой ветви талевого каната располагается перпендику­лярно к осям двух других сек — — ций с тремя и двумя шкивами.

Снизу к раме кронблока обычно подвешиваются вспо­могательный и тартальный блоки. Талевый блок для руч­ной расстановки свечей кон­структивно совмещается

с подъемным крюком и вы­полняется в виде крюкоблока (рис. 8.31). При использова­нии комплекса АСП применя­ется талевый блок специаль­ной конструкции с расположе­нием шкивов в двух секциях, между которыми установлены направляющая труба и ста­кан, обеспечивающие возмож­ность перемещения талевого Рис. 8.31. Талевой блок блока вдоль бурильной свечи.

Талевые канаты состоят из шести прядей проволок из высо­кокачественной стали и металлического или пенькового сердеч­ника, пропитанного смазкой. Проволочки свиты в пряди по спи­ралям. В бурении применяют канаты правой крестовой свивки, в которых проволока свита в пряди против часовой стрелки, а пряди в канате — по часовой стрелке. Диаметры канатов в зависимости от глубины бурения выбирают в пределах 25— 38 мм (см. табл. 8.9). Запас прочности при спускоподъемных операциях в бурении должен составлять не менее трех, а при ликвидации аварий и спуске обсадных колонн — не менее двух.

Один конец талевого каната (ходовой) крепится на бара­бане лебедки, а другой, неподвижный (мертвый), — к полу бу­ровой с помощью специального механизма, позволяющего осу­ществить перепуск каната.

Буровые насосы. В глубоком бурении широкое применение получили поршневые двухцилиндровые насосы двойного дей­
ствия. Наиболее распространенным стал модернизированный на­сос типа У8-6М гидравлической мощностью 500 кВт, которым оснащаются буровые установки классов БУ-3000, БУ-4000 и БУ-5000.

Двухцилиндровые насосы отличаются значительной неравно­мерностью подачи и сильными колебаниями давления, что тре­бует применения специальных компенсаторов давления, увели­чивающих габариты и массу насосного оборудования. Для этой цели применяют пневматические компенсаторы, в’ которых воз-

Рнс, 8.32. Схема обвязки буровых насосов: 1,2 — компенсаторы; 3, 4, 5 — задвижки высокого давления; 6 — нагнетательная линия к стояку; 7 — нагнетательная линия к запасным емкостям

душная или газовая подушка отделяется от жидкости резино — вой мембраной, что предотвращает растворение воздуха или газа в жидкости при повышении давления.

Существенно меньшей неравномерностью подачи (28 про­центов вместо 48) обладают трехпоршневые насосы, отличаю­щиеся к тому же меньшими габаритами и массой. В перспек­тиве насосы этого типа получают преимущественное распрост­ранение.

Для изменения производительности поршневых насосов ис­пользуют сменные цилиндровые втулки и поршни различных диаметров. При использовании дизель-гидравличе. ского привода число двойных ходов поршня, а следовательно, и производитель­ность насоса плавно изменяются с изменением давления.

На буровой установке монтируют обычно два насоса, объ­единенных в единую систему с помощью специальной обвязки (рис. 8.32). Промывочная жидкость от буровых насосов пода­ется по нагнетательному трубопроводу из бурильных труб к стояку, вертикально установленному в вышке вблизи устья скважины. Стояк высотой 10—12 м изготавливается из буриль­ных труб диаметрами 140,168 мм и служит для соединения нагнетательного трубопровода с буровым шлангом. Нагнета­тельный’ трубопровод оборудуют пусковыми задвижками высо­кого давления, а на буровом насосе устанавливают предохрани­тельный клапан с тарированной на определенное давление пла­стиной. Клапан соединяется со сливной трубой, через которую промывочная жидкость при разрыве предохранительной пла­стины отводится в приемную емкость.

Полезно включать в схему обвязки подпорные центробеж­ные насосы, подающие промывочную жидкость во всасываю­щую линию. Это повышает коэффициент наполнения камер бу­ровых насосов и позволяет увеличить их гидравлическую мощ­ность. Технические характеристики некоторых типов буровых насосов приведены в табл. 8.11.

Таблица 8.11 Техническая характеристика буровых насосов Шифр насоса Число цилинд­ров Диаметр цилиндровых втулок, мм Теоретиче­ская подача. дм’1, с Давление» МПа Гидравлическая мощность, кВт Масса, кг 1 мини­ мальная макси­ мальная мини- 1 мальная макси­ мальная мини­ мальная макси­ мальная ■ У 8-4 2 120 200 16,3 50 6,7 20 ■ 330 18 400 У8-6М 2 130 200 18,9 50,9 10 25 500 27 720 У8-7М 2 140 170 22,7 50,9 9,9 32 480 26 500 БРН-2 3 120 180 13 43 11,3 25 475 18 800 9МГр 2 80 127 6 16,7 3,5 10 60 2 760 ПГрИ 2 80 90 3,8 6,5 4,0 6,3 25 1 150

Буровой шланг состоит из внутреннего рукава из нефтестой­кой резины, оплетенного несколькими слоями прочной прорези­ненной ткани, которые чередуются со стальными лентами, на­мотанными сплошными перекрывающимися слоями под углом 45°. Шланги имеют встроенные металлические штуцеры для сое­динения с вертлюгом и стояком. Внутренний диаметр шлангов изменяется от 40 до 100 мм, а расчетное рабочее давление — от

3 до 30 МПа.

Привод буровых установок. Буровые установки имеют глав­ный привод для лебедки, ротора и насосов и дополнительный— для обеспечения вспомогательных механизмов. Главный привод может быть групповым, когда передача мощности на основные буровые механизмы осуществляется от единой трансмиссии или редуктора, объединяющих все или несколько двигателей в один агрегат,’ или индивидуальным, когда тот или иной механизм при­водится от отдельного двигателя. Применение той или иной схемы главного привода зависит от класса установки и ее мо­дификации.

В зависимости от типа двигателей наиболее широкое рас­пространение получили дизельный и электрический приводы. Ав­тономный дизельный привод применяется в основном на уста­новках разведочного бурения, электропривод — на установках эксплуатационного бурения. В стадии освоения находится газо­турбинный привод буровых установок, работающий на природ­ном или попутном газе и отличающийся небольшой массой, вы­сокой мощностью и гибкой рабочей характеристикой.

Улучшение эксплуатационной характеристики дизельного привода в современных буровых установках достигается путем

широкого применения гидро­динамических передач — тур­ботрансформаторов. Турбо — трансформатор (рис. 8.33) состоит из центробежного на­соса А, закрепленного на ве­дущем валу I, турбинного колеса В, посаженного на ве­домом валу II, и направляю­щего колеса С, неподвижно закрепленного в корпусе трансформатора. В турбо­трансформаторе происходит преобразование крутящего момента двигателя и плавное изменение частоты вращения ведомого вала при неизмен­ной величине передаваемой мощности. Турботрансформа­торами комплектуются ди- зель-гидравлические силовые агрегаты буровых установок.

Рис. 8.33. Схема турботрансформа­тора

Вспомогательное оборудо­вание. К вспомогательному оборудованию относятся тех­нические средства, используемые для механизации спуско-подъ — емных операций, подачи долота на забой, приготовления и очи­стки промывочных жидкостей, производства погрузочно-разгру­зочных, ремонтных и прочих работ, управления основными механизмами и их приводом, освещения и отопления буровой установки, подготовки и хранения топлива и горючесмазочных материалов, монтажа и демонтажа буровой вышки.

Для механизации спуско-подъемных операций применяются комплексы АСП-ЗМ и АСП-4, пневматические клинья, встроен­ные в ротор ПКР-Ш8, автоматические буровые ключи АКБ — ЗМ2, пневматический раскрепитель резьбовых соединений труб, вспомогательная лебедка со шпилевой безопасной катушкой и электроприводом, автлзатаскиватель ведущей трубы в шурф.

Подача долота на забой осуществляется с помощью регуля­торов подачи, из которых наиболее распространен регулятор типа РПДЭ-3.

Для приготовления промывочных растворов применяются глиномешалки и гидромешалки с электроприводами, емкости, водяные насосы с электроприводами, специальные блоки приго­товления растворов из порошковых материалов (БПР).атакже блоки приготовления и хранения химических реагентов. Очистка промывочных растворов производится с помощью вибрацион­ных сит, гидроциклонных пескоотделителей, желобной системы, емкостей и дегазаторов.

Для выполнения погрузочно-разгрузочных, ремонтных и про­чих работ используются консольно-поворотные краны грузо­подъемностью 2—3 т, кран-балки, устанавливаемые в силовом и насосном блоках, а также вспомогательные лебедки.

Системы пневматического управления основными агрегатами обеспечиваются компрессорными установками в виде станций КС-5М с механическим приводом и КСЭ-5М с электроприводом подачей 5 м3/мин и максимальным давлением 0,8 МПа.

Питание осветительной сети и привод ряда вспомогательных механизмов осуществляются дизель-геиераторными станциями мощностью 100 кВт. Для отопления буровых установок приме­няются котельно-отопительные установки ПКН-1С или ПКН-2С производительностью 1 лг/ч пара при давлении 0,8 МПа. Топли — вомаслоустановка, используемая для хранения топлива и сма­зочных масел, состоит из цистерн, расходных и сливных емко­стей, а также насосов с электроприводом, сдублированных на­сосами с ручным приводом.

Буровые установки, оборудованные А-образными вышками, оснащаются стрелой с полиспастной системой для подъема и опускания вышки с помощью буровой лебедки.

Буровые вышки. При бурении глубоких скважин применяют вышки башенного и мачтового типов. Вышки башенного типа применяются на установках старых конструкций, находящихся в эксплуатации, и имеют высоту 41 и 53 м. Современные буро­вые установки оснащаются А-образными вышками мачтового типа, которые имеют ряд преимуществ: быстрый монтаж и де­монтаж, лучшая транспортабельность, меньшая загроможден — ность пола буровой. А-образная вышка (рис. 8.34) состоит из двух колони, опирающихся внизу на шарниры и соединенных вверху связями. Колонны, выполненные из сварных решетчатых форм в виде трехгранных призм, подпираются двумя жесткими подкосами из обсадных труб и расчаливаются канатными от­тяжками. Вышка оборудуется балконами, кронблочной площад­кой, маршевыми лестницами. В связи с установлением в пара­метрическом ряде буровых установок длины свечи в 25—27 м высота А-образных вышек для бурения скважин с учетом раз­мещения талевой системы составляет 41—44 м.

Вышки А-образного типа монтируют в горизонтальном поло­жении на земле и поднимают с помощью стрелы и буровой ле­бедки. Вышки башенного типа сооружают с помощью вышко — подъемника ПВК-1 методом «сверху — вниз». В соответствии

Рис. 8.34. А-образная секционная вышка ВАС-42

с правилами безопасности исправность вышки должна проверяться до начала и после передвижения, перед спуском обсадных колонн, после сильных ветров, от­крытых нефтегазопроявле — ний и нагрузок, связанных с ликвидацией аварий.

Монтаж буровых уста­новок. Способ монтажа бу­ровых установок зависит от их назначения и условий производства работ. Лег­кие буровые установки для структурного и разведоч­ного бурения монтируют на автомобилях, тракторах и прицепах.. ‘

Установки для эксплуа­тационного н глубокого раз­ведочного бурения монти­руют на металлических блочных сборно-разборных основаниях. Развитие блоч­ного метода монтажа при­вело к созданию буровых установок универсальной монтажеспособиости, кото­рые могут перевозиться крупными блоками на тя­желовозах Т-40, ТК-40 или ТГ-60 грузоподъемностью 40 и 60 т, мелкими бло­ками на передвижных плат­формах ПП-40 Бр грузо­подъемностью 40 т или по — агрегатно автомобильным, железнодорожным и воз­душным транспортом.

Во всех случаях основания блоков представляют собой свар­ные металлоконструкции из профильного проката или отрабо­танных бурильных труб. Под блочные основания сооружают фундамент из досок и брусьев, железобетонных плит с песчаной
подушкой или монтируют из отработанных бурильных труб фун­даментные сани высотой 0,6 м с приваренными снизу полозь­ями из листовой стали.

В условиях Западной Сибири получили распространение на­сыпные подушки из опилок, шлака, песка с послойным промо­раживанием и созданием глинистой прослойки, обеспечивающие тепло — и водоизоляцию поверхности многолетнемерзлого грунта. Для передвижения буровых в условиях заболоченной местности здесь был разработан метод транспортирования установок круп-

ными блоками на воздушной подушке. Для этого верх блока-ос­нования делается воздухонепроницаемым, а по периферии уста­навливается завеса из эластичной ткани. На блоке устанав­ливаются вентиляторы, приводимые от силовых агрегатов бу­ровой установки и подающие воздух под основание, где он создает подъемную силу, равную весу блока с установленным на нем оборудованием. Транспортировка блока осуществляется одним-двумя болотоходами или лебедкой.

Современные установки для кустового бурения монтируют на платформах, установленных на железнодорожных тележках, передвигающихся по рельсам, уложенным на фундаменте. На платформах с помощью буровой лебедки передвигаются вышеч — ный и силовой блоки. Насосную группу, систему приготовления и очистки промывочных жидкостей и другое вспомогательное оборудование монтируют на стационарных основаниях. Специ­фическими особенностями отличается монтаж буровых устано­вок для бурения скважин на море. Для этой цели применяются:

а) крупноблочные морские основания с постоянной опорой на морское дно; б) плавучие буровые основания с опорой на мор­ское дно в период бурения (погружные и полупогружные плат­формы); в) заякоренные буровые суда; г) плавучие буровые ос­нования с динамической стабилизацией.

В СССР наиболее распространены крупноблочные морские основания, представляющие собой металлические пространств венные фермы с телескопическими опорами (рис. 8.35). Опор­ные блоки транспортируются и устанавливаются с помощью кранового судна. Пролеты между опорными блоками перекры­ваются фермами жесткой конструкции. На каспийских промыс­лах буровые основания соединяются эстакадами, смонтиро­ванными аналогичным образом, на которых располагаются транспортные магистрали, трубопроводы, линии электропере­дач, жилые дома для буровиков и т. п. (Нефтяные Камни).

Для бурения скважин при глубине моря 60—90 м освоено производство буровых установок на плавучих полупогружных платформа

Комментарии запрещены.