Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Талевая оснастка — система блоков и кана­тов — является неотъемлемым элементом буровой вышки. Од­нако в зависимости от условий работы и особенностей ре­шаемых технологических задач одна и та же буровая вышка (мачта) может оснащаться различными талевыми системами, отличающимися друг от друга как количественными парамет­рами (число струн, грузоподъемность, металлоемкость), так и конструктивными особенностями исполнения, обусловливаю­щими различную надежность и предел возможностей экс­плуатации.

Принципиальные схемы талевых систем различного типа представлены на рис. 11.13.

Рис. 11.13. Основные типы талевых систем:

а — бурение на прямом канате; б, г — талевая оснастка с мертвым концом, закрепленным соответственно на полу буровой и кронблоке; в — талевая оснастка со свободным концом каната, закрепленным на талевом блоке; 1 — лебедка; 2, 4 — ходовой и свободный (мертвый) конец каната соответственно; 3 — кронблок; 5 — талевый блок; 6 — струны; Рл — усилие лебедки; 0гр — усилие на талевом блоке

При анализе талевых систем выделяют следующие элемен­ты.

Ходовой конец каната — конец каната, наматывае­мый на барабан лебедки и воспринимающий усилие лебедки. Ходовой конец каната располагается под некоторым углом у к вертикальной оси, так как лебедка с целью безопасного веде­ния работ располагается в стороне от устья скважины и вер­тикальной линии, по которой ведется спуск-подъем снаряда.

Свободный конец снаряда — второй конец каната, закрепляемый непосредственно на грузоподъемной гарнитуре (при бурении на прямом канате) либо присоединяемый к эле­

ментам вышки и талевой оснастки. В зависимости от места крепления свободного конца каната изменяется грузоподъем­ность талевой системы, а также характер воздействия со сто­роны свободного конца на конструкции вышки: опрокиды­вающее, изгибающее или уравновешивающее усилие. В том случае, когда свободный конец каната закрепляется на непод­вижных элементах вышки, он именуется мертвым концом.

Канаты, используемые для талевой оснастки буровых вы­шек, при работе подвергаются сложной нагрузке: растяжению, чередующемуся изгибу, контактным напряжением, истиранию, вибрации. Для тяжелого и среднего режима работы рекоменду­ется выбирать канаты с линейным касанием проволок в пряди. При отношении D/d > 25 (D — диаметр каната, d — диаметр проволоки) целесообразно выбирать конструкцию каната 6х х19 + 18 С: канат, образованный шестью прядями, содержа­щими по 19 проволок в каждой пряди и стальной сердечник, содержащий 18 проволок. При отношении D/d < 25 можно ре­комендовать более гибкие канаты, например 6×37 + 1 ОС или 6×36 + 1 ОС (ОС — органический сердечник).

Существуют стандартные правила, согласно которым канат рассчитывают на растяжение:

(11.17)

P>SK,

где Р — разрывное усилие каната (паспортная величина); Б — наибольшее натяжение ветви каната без учета динамических нагрузок, но с учетом коэффициента полезного действия та­левой системы; К — коэффициент запаса прочности, К = 5,0 при легком и среднем режиме работы, К = 6,0 при тяжелом режиме работы.

Прочность и длительность службы стальных канатов зави­сит от правильной их навески и эксплуатации. Необходимо систематически проверять поверхность канавок роликов бло­ков и барабанов лебедки, следя за тем, чтобы на них не было задиров, заусениц и раковин. При заделке каната в петли не­обходимо закладывать коуши, а концы каната закреплять за­жимами. Избегать перекрещивания каната при навивке его на барабан лебедки, а также не допускать петель и переломов каната. Канат необходимо регулярно смазывать специальной канатной мазью НК, смазкой УНЗ. Примерный состав смазки (в %) приведен ниже.

46 14 23

Битум БН…………………………..

Гудрон……………………………..

Петролатум……………………….

Масло индустриальное (ма­шинное С)

Кронблок — верхний блок, неподвижно закрепленный на верхнем основании буровой вышки и представляющий со­бой набор роликов (дисков с желобами по окружности для пропускания по ним канатов), свободно вращающихся на кронблочной оси и помещенных в металлический корпус че­рез ролики (диски) кронблока перепускается канат талевой оснастки. Кронблок — ответственное грузоподъемное устрой­ство, к которому предъявляются высокие требования в отно­шении надежности и прочности.

Наиболее распространенные кронблоки имеют следующие характеристики.

Условное наименование………………….. БИ249-139 БИ249-141 БИ249-142

TOC o "1-5" h z Грузоподъемность, МН…………………… 0,10 0,15 0,30

Число роликов……………………………….. 2 2 2

Диаметр, мм:

ролика……………………………………… 300 440 440

каната………………………………………. 15 17 21,5

Габаритные размеры, мм…………………. 770x330x406 100x420x630 1100x420x630

Масса, кг……………………………………….. 117 242 279

Талевый блок — подвижный блок, подвешенный через ро­лики к канату талевой оснастки и перемещающийся при спуск-подъеме вместе с закрепленной на нем грузоподъемной гарнитурой и буровым снарядом.

Конструктивное исполнение талевого блока аналогично кронблоку.

Характеристики наиболее распространенных талевых бло­ков приведены ниже.

Условное наименование………………….. БИ249-143 БИ249-138А БИ249-179А2

TOC o "1-5" h z Грузоподъемность, МН…………………… 0,1 0,2 0,35

Число роликов……………………………….. 12 3

Диаметр, мм:

ролика……………………………………… 440 440 530

каната………………………………………. 17 21,5 21,5

Габаритные размеры, мм…………………. 880x550x150 877x550x240 1080x636x508

Масса, кг……………………………………….. 155 237 530

Струнами в талевых системах именуются части рабочего каната, располагающиеся между роликами кронблока и тале­вого блока и обеспечивающие взаимодействие между ними — при движении талевого блока вверх (подъем снаряда) или вниз (спуск снаряда) длина струн соответственно уменьшает­ся или увеличивается.

Благодаря применению талевой оснастки усилием лебедки (Рл) поднимается и опускается груз (Окр). немного его превы­шающий: приближенно усилие, развиваемое на талевом бло­ке, во столько раз превышает усилие, развиваемое лебедкой, сколько струн содержит данная талевая система. Следует от­метить, что выигрыш в силе сопровождается проигрышем в скорости перемещения груза: скорость спускоподъемных опе­раций замедляется кратно повышению грузоподъемности та­левой системы.

Число струн — основная, но не единственная конструк­тивная характеристика талевой системы. В зависимости от количества роликов кронблока и талевого блока одна и та же талевая система может иметь разное количество струн и обеспечивать разную степень кратности повышения грузо­подъемности. Признаком, отличающим одну систему от дру­гой, является место крепления свободного конца каната; от этого зависит характер усилий, деформирующих вышку при критических нагрузках, удельная металлоемкость талевой ос­настки (приращение массы вышки на единицу увеличения грузоподъемности) и общая масса талевой оснастки.

Бурение на прямом канате осуществляется на небольших глубинах, так как данная талевая система не дает прироста грузоподъемности, но обеспечивает наивысшую скорость вы­полнения спуска и подъема снаряда. Схема данной талевой оснастки (рис. 11.13, а) реализуется перепусканием каната че­рез ролик кронблока с закреплением свободного конца кана­та непосредственно на грузоподъемной гарнитуре (элеваторе, вертлюжной скобе и т. д.). Усилие, развиваемое в этом случае на рабочем конце каната (усилие на крюке Окр) несколько меньше усилия лебедки из-за наклонного положения ходово­го конца каната

<?„=** — ■ (11.18)

cos у

Достоинствами данной талевой системы являются ее мини­мальные металлоемкость и масса.

Нагрузка на кронблочную раму при подъеме груза на пря­мом канате определяется как двухкратная нагрузка на крюке:

Оо = 20кр. (11.19)

Некоторая диссимметрия усилий в ходовой и рабочей (сво­бодной) частях каната практически не сказывается и ею пре­небрегают.

Применение данной талевой системы ограничивается усло­виями бурения: глубиной скважины и усилием сопротивления извлеченного снаряда или обсадных труб из скважины.

Талевая оснастка с мертвым концом, закрепленным на по — лу буровой вышки (рис. 11.13, б) может содержать разное число роликов и, следовательно, разное число струн и различ­ную кратность увеличения грузоподъемности. Грузоподъем­ность ее может быть определена по формуле

Окр = Рлтц, (11.20)

где т — число струн; г| — КПД талевой системы, определяемый числом задействованных в ней роликов:

т………………….. 2 3 4 5 6 8

Т1……………….. 0,94 0,92 0,90 0,89 0,87 0,84

Данная талевая система обладает наименьшей относитель­ной (удельной) грузоподъемностью и обладает наибольшими металлоемкостью и массой, требует применения каната мак­симальной длины. Нагрузка на кронблочную раму в данной талевой системе определится следующим образом

Оо = ОкР(1 + 2тг|). (11.21)

В то же время она обладает двумя немаловажными досто­инствами:

а) симметричностью усилий в ходовом и свободном концах каната, что исключает опрокидывающие и изгибающие воз­действия на буровую вышку при критических нагрузках;

б) возможностью размещения на мертвом конце каната динамометра, точно фиксирующего нагрузку в ходовой и за­крепленной ветвях каната.

Талевая оснастка с мертвым концом каната, закрепленным на полу буровой вышки (рис. 11.13, б), наиболее эффективна при ликвидации прихватов и в других ситуациях (при буре­нии скважин большой глубины), когда буровая вышка под­вергается предельным нагрузкам. В этом случае проигрыш в металлоемкости сочетается с выигрышем в надежности и контролируемости работы системы.

Талевые оснастки с закреплением свободного конца кана­та на талевом блоке (рис. 11.13, в) и с закреплением мертвого конца на кронблоке (рис. 11.13, г) отличаются повышенной относительной грузоподъемностью и пониженной металлоем­костью: соотношение роликов блоков и рабочих струн в этих системах 1:1 (при закреплении мертвого конца на полу буро­вой 3:2). В данных системах понижена нагрузка на кронблоч­ную раму

Оо = ОкР(1 + П1Т1). (11.21а)

Однако несимметричность усилий в ходовом и свободном концах каната, а также невозможность непосредственного размещения динамометра в ветвях каната снижают надеж­
ность и удобство регулирования работы системы, что имеет немаловажное значение в некоторых аварийных ситуациях и при бурении на предельных глубинах.

При выборе системы талевой оснастки выполняется расчет предельных значений нагрузок на крюке (расчет максималь­ной грузоподъемности):

(11.22)

Окр ^доп (^£7бтДзт "Ь ^ТубтАбт)’

где Кдоп — коэффициент дополнительных нагрузок (Кдоп = = 1,2+1,3 при глубине скважин более 500 м в устойчивых по­родах; Кд0П = 1,4+1,б в искривленных, наклонных скважинах глубиной до 500 м); а — коэффициент, учитывающий вес со­единительных элементов бурильных колонн различного типа (а = 1,04+1,06 в колоннах ниппельного соединения; а = = 1,06+1,1 в колоннах муфтово-замкового соединения); дбт — вес 1 м гладкой части бурильных труб; 1бт — длина бурильных труб; дГубТ — вес 1 м УБТ; 1у6т — длина УБТ.

Максимально допустимая кратковременная нагрузка на бу­ровую вышку рассчитывается по формуле

(11.23)

Отах=Р> + 2)ЯЛ,

где Рл7 — грузоподъемность лебедки на первой (минимальной) скорости; т — число струн талевой оснастки; К — коэффици­ент перегрузки двигателя привода станка {К = 1,7+2,2 для электродвигателя; К — 1,1 для дизеля); г| — КПД талевой сис­темы.

Грузоподъемная гарнитура — комплекс устройств, обеспе­чивающих быстрое и надежное присоединение элементов бу­рового снаряда (колонны бурильных и обсадных труб) к тале­вой системе и отсоединение от нее — включает в себя следую­щие основные элементы.

Вертлюжные скобы — устройства, предназначенные для подвешивания к талевому блоку грузоподъемных принад­лежностей (элеваторов и фартшулей). Вертлюжные скобы конструктивно выполнены в виде стального цилиндрического корпуса диаметром от 108 до 245 мм и длиной от 230 до 1135 мм. В верхней части корпуса размещена серьга для при­соединения к талевому блоку, а в нижней части — серьга, по­средством которой через фиксируемый палец крепится элева­тор или фартшуль. Верхняя и нижняя части корпуса верт­люжной скобы подпружинены относительно друг друга по­средством цилиндрической пружины, расположенной внутри корпуса, и могут свободно вращаться друг относительно дру­
га. Грузоподъемность вертлюжных скоб изменяется от 0,01 МН (для БИ249-89А-00) до 0,35 МН (для БИ249-192-00).

Вертлюг-сальник, представляющий собой элемент систем гибких трубопроводов бурового насоса, в то же время является соединительным звеном между талевой системой и бурильной колонной, подвешенной к вращающейся части вертлюга. Схема конструкции вертлюга-сальника приведена на рис. 11.10.

Грузоподъемность вертлюгов-сальников изменяется от 0,025 МН (для ВС-2,5) до 0,35 МН (для БИ249-298). Соответст­

венно масса их изменяется от Кольцевые элеваторы подъемных принадлежностей, удержание бурильных труб при

f,0 до /ои кг.

— основные элементы грузо­обеспечивающие захват и их подъеме и спуске и осво-

Вид А

Рис. 11.14. Элеватор МЗ-50-80-2:

1 — подвеска; 2 — шарнирная головка; 3 — гайка; 4 — серьга; 5 — корпус; 6 — пружина; 7 — защелка; 8 — ролик; 9 — ось

бождение при постановке на подсвечник или при подвешива­нии над устьем скважины на специальной подкладной вилке.

Существует множество конструкций элеваторов. В одних случаях работу элеватора обеспечивает специальный верхо­вой рабочий, находящийся на верхней рабочей площадке бу­ровой вышки и выполняющий операции по присоединению и отсоединению захватных устройств элеватора от бурильных труб.

Полуавтоматические элеваторы предполагают ра­боту без верхового рабочего, но требуют использования наго­ловников — специальных устройств, позволяющих фиксиро­вать элеватор на бурильной трубе. Операции с наголовника­ми выполняет помощник бурильщика (оператора или маши­ниста буровой установки).

В качестве примера конструктивного исполнения полуав­томатического элеватора рассмотрим элеватор МЗ-50-80-2, схема которого изображена на рис. 11.14.

Основные узлы элеватора следующие: поворотная шарнир­ная головка 2, серьга 4, корпус 5 и быстросъемный затвор. Поворотная головка обеспечивает вращение элеватора отно­сительно талевого блока и во время свинчивания и развинчи­вания свечей бурильных труб. Серьга соединяется с корпусом пальцами. В сторону зева корпуса серьга поворачивается на 45°, в противоположную сторону — на 7-9°. К серьге приварен отражатель для отсоединения элеватора от свечи, извлечен­ной из скважины.

В корпусе элеватора выполнена вертикальная цилиндриче­ская расточка с опорным буртом в нижней части для подхва­та свечи за наголовник. Зев в корпусе служит для наведения (снятия) элеватора. Во время спуска снаряда в скважину зев корпуса закрывается быстросъемным затвором. В закрытом положении затвор фиксируется защелкой. Закрывается эле­ватор автоматически, открывается при нажатии на клапан.

Наголовник (рис. 11.15) состоит из корпуса 1, стержня 2, фиксирующего винта 3 и головки 4. На муфту бурильного замка наголовник надевают при верхнем положении стержня. Затем стержень опускают и поворачивают относительно кор­пуса на 180°. Нижняя часть стержня входит внутрь резьбовой расточки муфты и препятствует отсоединению от нее наго­ловника. При подъеме из скважины на верхнем конце свечи должны находиться муфта или ниппель. На муфту (ниппель) надевают наголовник, под который заводят элеватор, и подни­мают колонну бурильных труб на длину свечи.

Во время подъема колонны затвор с элеватора снимают.

Рис. 11.15. Наголовник для бу­рильных труб

Рис. 11.16. Полуавтоматический элеватор Э-18/50: 1 — серьга с отражателем; 2 — корпус; 3 — кулачки; 4 — штифт; 5 — хвостовик; 6 — створки; 7, 11 — пружины; 8 — траверса; 9 — крышка; 10 — тяга; 12 — копир; 13 — ось

При спуске колонны элеватор надевают на нижний конец свечи и с закрытым затвором поднимают по свече вверх, под­хватывая свечу за наголовник. После спуска свечи в скважи­ну и установки колонны на подкладную вилку снимают сна­чала элеватор, а затем наголовник.

Грузоподъемный комплекс "Уралец-22" принципиально от­личается от элеватора МЗ-50-80-2 выполнением конструкции наголовника — подъемной муфты, которая представляет собой цанговый захват за наружные прорези на муфте замка бу­рильной свечи.

Аналогичные конструкции полуавтоматических элеваторов используют для спускоподъемных операций при бурении комплексами со съемным керноприемником (КССК).

Существуют полуавтоматические элеваторы, не требую­щие использования наголовников. Элеватор Э-18/50 (рис.

11. 16) имеет в своем корпусе центральное отверстие диамет­ром 70 мм, боковой зев шириной 55 мм и внутренние отвер­стия, в которых размещены детали запорного механизма и захватного устройства. Серьга шарнирно присоединена к корпусу двумя пальцами. В нижней части корпуса шарнирно установлены валики с жестко закрепленными на них кулачка­ми, в верхней части — копир.

Запорный механизм элеватора состоит из створок, шар­нирно закрепленных на осях, и пружинах кручения. В нера­бочем положении створки полностью углублены в соответст­вующие пазы корпуса элеватора и удерживаются в этом по­ложении пружинами. В рабочем положении створки частично перекрывают зев корпуса элеватора. При этом от приложен­ного усилия они должны повернуться на осях и углубиться в пазы корпуса, а после снятия усилия возвратиться в исходное положение.

В основу работы элеватора положен принцип захвата дву­мя кулачками, управляемыми одним копиром, муфты буриль­ного замка. Перед спуском колонны бурильных труб в сква­жину элеватор со створками надевают вручную на нижнюю часть свечи, стоящей на подсвечнике. При надевании элева­тора и его последующем перемещении с помощью лебедки по свече копир отводится в верхнее положение, а кулачки углуб­ляются в пазы корпуса. При сходе со свечи копир под дейст­вием пружин перемещается в исходное положение, а кулачки выходят из пазов корпуса и захватывают муфту за кольцевую проточку.

После спуска свечи в скважину и установки колонны бу­рильных труб на подкладную вилку кулачки элеватора при помощи цепи отводятся в пазы корпуса, элеватор с помощью лебедки поднимается вверх и отсоединяется от свечи. Перед подъемом колонны бурильных труб из скважины створки эле­ватора переводят в нерабочее положение. Элеватор спускают сверху на выступающий из скважины конец колонны буриль­ных труб. Кулачки при этом автоматически захватывают све­чу за кольцевую проточку, после чего колонну бурильных труб поднимают из скважины на длину свечи.

При установке нижней части отвинченной свечи на под­свечник зев корпуса элеватора ориентируют в сторону штан — гоприемника, и элеватор опускают. Копир отводится свечой в верхнее положение, а кулачки убираются в пазы корпуса. Элеватор, скользя по свече, отсоединяется от нее и продол­жает свободно опускаться.

Комментарии запрещены.