Компоновочные схемы
Спускоподъемного комплекса буровых установок
Ст.преподаватель Л.А.Гаврилова
Уральская государственная горно-геологическая академия
В зависимости от выполняемых функций спуско-подъемный комплекс характеризуется различным составом и степенью сложности и представляет совокупность агрегатов, механизмов и органов, служащих для спуска, подъема и удержания на весу колонн бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, обеспечения технологически необходимых манипуляций с ними при проводке, ремонте и исследовании скважин.
Применяемый в настоящее время комплекс технических средств для этих процессов весьма велик по номенклатуре, типажу и назначениям и отличается исключительным многообразием, типоразмеров параметров и характеристик машин, оборудования, агрегатов, сооружений, инструмента и средств механизации. В основном это объясняется разнообразием операций, составляющих процессы. Это объясняется и тем, что часты случаи, когда, даже для выполнения одних и тех же операций, разными заводами, фирмами выпускаются совершенно разные по схеме и по конструкции машины, оборудование и инструмент, что часто объясняется производственными и конструкторскими традициями, возможностями, уровнем развития, масштабами производства.
Органы, входящие в СПК в различной степени определяют его тип. Для выделения основных типов СПК можно пренебречь частью органов. В качестве основных следует выделить:
- механизм подъема;
- вращатель;
- механизм свинчивания-развинчивания;
- механизм захвата труб;
- трубоприемник;
- механизм укладки труб.
Следует отметить, что сочетание механизмов СПК друг с другом, используемых в настоящее время в работающих установках, зависит от назначения установки и условий работы.
Подвижный вращатель может применяться как с лебедочным подъемом, так и с механизмом подачи. Толкатель используется только при лебедочном подъеме. Проходной ключ для свинчивания-развинчивания входит в состав СПК в станках с лебедочным подъемником. С кассетирующим устройством сочетается механизм подачи. Шпиндельный вращатель является элементом СПК в станках колонкового бурения, а для бурения глубоких скважин используется ротор и подвижный вращатель. Клиновые захваты колонны труб сочетаемы с ротором, но не приемлемы с подвижным и шпиндельным вращателем. Труборазвороты РТ-1200М, предназначенные для труб замкового соединения, не могут свинчивать трубы ниппельного соединения и соединения “труба в трубу”. Автоматизированные электроприводные штанговые ключи типа КД2 эффективны на больших глубинах и не выгодны для текущего ремонта. Цепные ключи типа КЦН для свинчивания-развинчивания обсадных труб применяются только на установках малой и средней грузоподъемности, а не на тяжелых установках. Ключ АКБ-3М свинчивает свечи при СПО с трубами всей типов замковых соединений при эксплуатационном бурении и капитальном ремонте, но не может быть использован на геологоразведочном бурении в станках шпиндельного типа. Кольцевой ручной элеватор не применяется на буровых без верхового рабочего, а полуавтоматические элеваторы для труб муфто-замкового соединения – в комплекте с ротором и при работе с трубами ниппельного соединения. Они сочетаются со шпиндельным вращателем.
Для учета возможного сочетания механизмов проведена их систематизация на основе выполняемых ими функций и составлена классификация средств СПК. Это позволит осуществлять выбор структуры СПК в соответствии с технологическим процессом ремонта и бурения скважины.
По виду механизма подъема, как наиболее важного элемента всего комплекса спуско-подъемных операций, можно выделить две группы СПК:
- СПК со специальным механизмом подъема (лебедка, талевая система, грузоподъемные приспособления);
- СПК с механизмом, совмещающим функцию подачи и подъема.
Систематизируя применяемые в различных установках для бурения и ремонта скважин сочетания механизмов, выделим следующие характерные схемы СПК:
1) Лебедочный подъем:
- роторный вращатель, вертикальная систематизированная укладка труб манипулятором, механизм свинчивания с разрезным корпусом, захват для подъема подхватывающего действия;
- шпиндельный вращатель, вертикальная несистематизированная укладка труб толкателем, проходной механизм свинчивания, захват элеватором подхватывающего действия;
- подвижный вращатель, горизонтальная несистематизированная укладка поворотным захватом (вращателем), свинчивание вращателем, зажим принудительного действия;
- роторный вращатель, горизонтальная несистематизированная укладка труб;
- роторный вращатель, вертикальльная несистематизированная укладка труб.
2) Подъем механизмом подачи:
- подвижный вращатель, вертикальная систематизированная укладка труб в кассету, торцевой труборазворот, захват резьбового типа;
- подвижный вращатель, горизонтальная несистематизированная укладка труб поворотным захватом, свинчивание вращателем, захват элеватором подхватывающего действия;
- подвижный вращатель проходной, вертикальная систематизированная укладка труб манипулятором, труборазворот с разрезным корпусом, зажим принудительного действия;
- подвижный вращатель торцевой, систематизированная укладка труб манипулятором, зажим принудительного действия;
- подвижный вращатель, горизонтальная систематизированная укладка труб манипулятором, торцевой труборазворот, резьбовой захват.
Анализ существующих конструкций буровых установок показывает, что классическая схема подъемного механизма (лебедка, канатно-полиспастная система, вышка) является наиболее распространенной. Дальнейшее снижение металлоемкости и габаритов, повышение мобильности оборудования, степени механизации и автоматизации буровых работ, сокращение обслуживающего персонала при соответствующем обеспечении надежности оборудования может существенно повысить ее технико-экономические показатели. Использование в этой схеме исполнительных механизмов на основе объемного гидропривода обеспечит повышение степени механизации спуско-подъемных операций, тем самым, позволит иметь оборудование с новыми, более высокими эксплуатационными возможностями и снизит себестоимость буровых и ремонтных работ.
Если условия эксплуатации установок для бурения и ремонта скважин требуют компактности, хорошей транспортабельности и монтажеспособности, то таким условиям наиболее полно отвечают установки с подвижным вращателем. Использование подвижного вращателя дает следующие преимущества:
- возможность совмещения функций (бурение, свинчивание, развинчивание, захват труб), что позволяет отказаться от специальных механизмов для выполнения этих операций;
- сокращение числа вспомогательных операций при выполнении СПО и бурения;
- увеличение степени механизации вспомогательных операций;
- упрощение автоматизации, по сравнению с другими конструктивными схемами;
- возможность совмещения операций во времени, уменьшающей затраты времени на СПО;
- возможность передачи вращения колонне труб при необходимости и без дополнительных подготовительных работ;
- отсутствие необходимости демонтажа ротора для герметизации устья скважины;
- упрощение операций по подаче промывочной жидкости в скважину.
Перемещение подвижного вращателя по мачте установки может осуществляться различными способами. Для этой цели могут быть использованы следующие конструктивные схемы:
1. Гидроцилиндры прямого подъема, непосредственно связанные с кареткой вращателя (рис. 1).
2. Гидроцилиндры с талевой системой и удвоителем хода (рис. 2).
3. Лебедка с талевой системой, стрела крана и направляющие (рис. 3).
4. Лебедка с талевой системой, мачта с направляющими (рис. 4).
Каждая из перечисленных схем имеет свои преимущества и недостатки. Как правило, гидроцилиндры в качестве подъемников используются в установках небольшой грузоподъемности, хотя существуют опытные образцы (Уралмаш 125) с грузоподъемностью 1250 кН. Но опыт ее эксплуатации показал ненадежность работы из-за значительных утечек рабочей жидкости при работе гидроцилиндров.
Лебедочный подъем подвижного вращателя проще при реализации данной схемы, но вместе с тем обладает недостатком, присущим любой установке с талевой системой, т.е. низким к.п.д.
Тем не менее, применение гидроприводной лебедки, типа мотор-барабан, талевой системы с двумя подвижными концами делает эту схему более выгодной.
Расширение области применения объемных гидродвигателей и гидроцилиндров в узлах и механизмах техники для бурения может существенно снизить их массогабаритные характеристики, повысить мобильность оборудования и степень механизации работ
Система укладки труб существенно влияет на степень механизации вспомогательных работ и на время работы СПК с одной тубой (цикл СПО). Для систематизированной укладки труб можно выделить два варианта выполнения этой функции: укладка труб манипулятором с угловым перемещением трубы в горизонтальную плоскость; укладка труб поворотным подвижным вращателем (угловое перемещение в горизонтальную плоскость).
Для первого варианта необходим достаточно дорогой и сложный механизм - манипулятор, требующий соответствующего обслуживания. Использование манипулятора с горизонтальной укладкой труб увеличивает затраты на изготовление укрытия для СПК. Еще одним недостатком является сложность обеспечения точности фиксации на оси скважины.
Вариант использования подвижного вращателя позволяет исключить эти недостатки. В этом случае не требуется применения сложных дополнительных механизмов (за исключением устройства для подвода и отвода труб к механизму захвата вращателя). Вращатель при укладке не совершает холостого хода. При движении вращателя вниз происходит отклонение вращателя и одновременная укладка трубы. А при спуске колонны совершаются операции подъема трубы и перевода ее в вертикальное положение. Центрирование трубы решается автоматически, т.к. она захватывается гидропатроном вращателя, перемещающимся по оси захвата трубы и скважины.
В отечественных установках для ремонта скважин укладка труб осуществляется элеватором с применением ручного труда буровых рабочих. В основном трубы укладываются горизонтально на мостки, реже – в вертикальный стеллаж. Систематизированная автоматизированная укладка с помощью манипулятора и вращателя выполняется на зарубежных установках с применением системы верхнего привода. Это дает значительный выигрыш во времени и сокращение трудоемких ручных операций.
Список литературы:
1. Гаврилова Л.А., Порожский К.П., Эпштейн В.Е. Функциональная систематизация спуско-подъемных комплексов буровых установок. /Совершенствование техники и техн. бурения скважин на тв. ПИ. Вып.19: Межвуз. науч. темат. сб.- Екатеринбург. УГГГА, 1996.-156 с.
2. Гаврилова Л.А., Порожский К.П. Классификация вращателей буровых установок/ Совершенствование техники и техн. бурения скважин на тв. ПИ. Вып.: Межвуз.науч. темат.сб. - Екатеринбург. УГГГА,2001.- с.
|
| |||
| Рис.1. Схема СПК: 1- подвижный вращатель; 2 - гидропатрон вращателя; 3 - спайдер; 4 – гидроцилинд-ры; 5 - направляющие; 6 – основание. | Рис. 2. Схема СПК: 1- подвижный вращатель; 2 - гидропатрон вращателя; 3 - спайдер; 4 - гидроцилиндры; 5 - полиспаст; 6 – мачта с направляющими. | |||
| 
| |||
| Рис.3. Схема СПК: 1 – подвижный вращатель; 2 – гидро-патрон вращателя; 3 – спайдер; 4 - лебедка; 5 - направляющие; 6 – телескопическая стрела крана; 7 - манипулятор. | Рис.4. Схема СПК: 1 - подвижный вращатель; 2 - гидропатрон вращателя; 3 - спайдер; 4 - лебедка; 5 - мачта. |
