Роторлар. Тағайындалуы, құрамы, конструкцияға қойылатын талаптар, параметрлері, құрылымы

Ротор, бұрғыдау қондырғысының негізгі қызмет етуші механизмдерінің бірі болып табылып, оның үстеліне орнатылатын бұрғылау және шегендеу тізбегінің салмағынан болатын жүктемені қабылдауға және бұрғылау тізбегін айналдыра отырып механикалық энергияны жер асты жетек арқылы қашауға жеткізуге арналады.

Ротордың негізгі атқаратын қызметтері мыналар:

- белгілі бір бұрыштық жылдамдықтарда қашауға айналу моментін беру үшін ұңғыны роторлы бұрғылау кезінде бұрғылау тізбегінің айналуы;

- ұңғыны түптік қозғалтқыштармен бұрғылау кезінде, бұрғылау тізбегін тоқтату арқылы пайда болатын реактивті моментті қабылдауы;

- түпте апаттық аспаптардың (фрезерлер, метчиктер және т.б.) жұмыс істеу кезінде, сонымен қатар, ұңғыларды түптік қозғалтқыштармен бұрғылау кезінде бұрғылау тізбегінің «тоқтап қалуына» жол бермеу үшін бұрғылау тізбегінің айналыму жиілігін ( 10 айн./мин) азайтуды қамтамасыз ету;

- шегендеу тізбегін ұңғыға түсіру және КТО кезінде бұрғылау роторының үстеліне бұрғылау тізбегін орнықтырудан болатын вертикальді әсер ететін күштердің қабылдануы.

Роторлардың негізгі параметрлері.Ротордың талап етілген параметрлері ұңғы конструкциясына, бұрғылау тізбегінің компоновкасына, бұрғылау технологиясына және ұңғылардың бекітілуіне байланысты болып келеді.

Ротордың негізгі параметрлері төменде көрсетілгендей таңдалады.

15.7 сурет. Роликті төсемі бар ротордың пневматикалық сынасы:

1 - сына; 2 - плашкалар; 3 — траверстер; 4 — ротор үстелі; 5 – роликті қысқыш

- Ротор үстелінің өткізу тесігінің диаметрі,бұрғылау және ұңғыны бекіту кезінде қолданылатын қашаулар мен шегендеу құбырларының өткізгіштігін қамтамасыз ету шартымен таңдалады. Ереже бойынша, ротордың үстеліндегі тесік, төменде көрсетілген бағытта бұрғылау кезіндегі қашаудың диаметрі бойынша қабылданады

D = D_ДН+ (15.1)

бұл жердегі D – ротор үстеліндегі өткізгіш тесігінің диаметрі; D_ДН – ұңғы бағытында бұрғылау кезіндегі қашаудың диаметрі; – қашаудың еркін өтуіне қажетті диаметральді саңылау ( =30+50 мм).

Ротор үстеліне түсіруге рұқсат етілген статикалық салмақ ұңғыны бұрғылау кезінде ротордың үстеліне орнатылған ауырлатылған шегендеу (немесе бұрғылау) тізбегін қозғалтпай ұстап тұруға жеткілікті болуы тиіс.

Q_max P C_o (15.2)

бұл жердегі g_max ауырлатылған шегендеу (немесе бұрғылау) тізбегінің салмағы; Р – ротор үстеліне түсірілетін статикалық салмақ; C_o – ротор үстеліндегі негізгі тірек подшипнигінің статикалық жүк көтергіштігі.

Ротордың негізгі тірегінің статикалық жүк көтергіштігі, ереже бойынша, ілмекке түсірілетін максимальді тең салмақпен қабылданып, төмендегі формула бойынша тірек элементтерінің (шарлардың саны мен диаметрлері) беріктігі мен геометрикалық сипаттамасы бойынша анықталады.

C_o = 49,0 ∙Z∙D²_w ∙sin (15.3)

=45° болғанда қолымызда бары

C₀=34,6 ∙Z∙D²_w ,(H) (15.4)

бұл жердегі Z – шарлардың саны; D_w – шарлардың диаметрі, мм.

- Ротор үстелінің айналу жиілігі бұрғылау технологиялары талаптарына сәйкес болуы керек және п_р = 50 250 айн./мин шамасында болуы керек.

Максимальді айналу жылдамдығы ұңғының үстіңгі интервалдарын бұрғылау кезінде қабылданады, қашаулар мен негізгі тіректің ең рұқсат етілген айналу жылдамдығымен шектеледі. Ротор үстелінің айналу жылдамдығы, ұңғы тереңдігі мен ұңғының оқпанының жағдайына байланысты, жер қабаттары қойнауының шарттары мен олардың механикалық қасиеттеріне байланысты кең шектеулерде баяу реттелуге (немесе текпіршекті өзгеріске ұшырауға) тиісті. Терең скважиналардың астыңғы интервалдарын бұрғылау кезінде қашаумен бұрғылау тізбегін айналу жылдамдығы минималды түрде 50 айн./мин және одан аз қабылданады.

- Ротордың үстелі арқылы берілетін қуат қашаумен бұрғылау тізбегін айналдыруға және ұңғының түбіндегі тау жыныстарын бұзуға жеткілікті болуы тиіс.

N_P =N_T(XB)+N_Д

мұндағы N_P - ротордың үстелімен берілетін қуат; N_T(XB) - құбырлардың (бұрғылау тізбегінің) бос айналуына жұмсалған қуат; N_Д - қашауды айналдыруға және ұңғы түбінің тау жыныстарын бұзуға жұмсалатын қуат.

Ұңғыны бұрғылау кезінде ротордың үстелі арқылы берілетін қуат шығынын есептеу әдістемесі 11.4 қосымшада көрсетілген.

Ротор арқылы берілетін қуат, бұрғылау тізбегінің ұзындығына L = 2000 м, ротордың айналу жиілігіне n_p = 120 айн./мин, қашауға түсірілетін нақты салмаққа Р_УД=8 кН/см сәйкес келетін мысалдар белгілермен көрсетілген номограммадан (15.8 сурет) анықтауға болады. Бұларға берілетін қуат N_p = 126 кВт [18].

Сонымен қатар қашауға түсірілетін салмақ анықталады

Р_Д =Р_УД ∙ Д_д

Мұндағы Р_УД - қашауға түсірілетін нақты салмақ, кН қашау диаметрінің 1 см-не (Р_УД 2 16кН/см және одан жоғары); Д_д – қашау диаметрі, см.

Ротордың үстелін айналдыруға қажетті қуат

= ∙ω= π∙n_р/30

бұл жерде М_р – ротордың үстеліндегі айналу моменті;

М_р = М_к + М_д; со – ротордың айналуының бұрыштық жылдамдығы, п_р – ротор үстелінің айналу жиілігі, айн./мин.

Ротор үстелінің көмегімен қарқындайтын максималды айналу моментіне,бұрғылау тізбегін айналдыру кезінде бұрғылау құбырларының сынуына жол бермеу мақсатымен шектеу қойылған.

Ротордың үстелі арқылы берілетін айналу моменті жалпы алғанда

төмендегідей анықталады:

= / = / n_р

- Ротор үстелінің ортасынан бастап жүрдек біліктің шынжырлы жеткізу жұлдызшасының ортасына дейінгі арақашықтық.Бұл параметр, ротор бұрғылау шығырынан немесе беріліс қабылдау қорабынан (БҚҚ) жеткізілген жағдайда өте маңызды болып табылады.

- Ротордың негізгі тірегінің динамикалық жүк көтергіштігі.Бұл па­раметр, негізінде салмақ салу режимімен негізгі тіректің ұзақ қызмет етуін қамтамасыз етеді. Тіректің динамикалық жүк көтергіштігі жүгіру жолдарының беріктік және геометриялық сипаттамаларымен және төмендегі формула бойынша анықталады

С = 3,647∙ _c

=45° болғанда

С =2,86

мұндағы С – подшипниктің динамикалық жүк көтергіштігі, Н; Z – шарлардың саны; D_w – шарлардың диаметрі, мм; f_c – подшипник детальдарының геометриясына, олардың жасалу нақтылығы мен материалына байланысты коэффициент (11.6 кестені қараңыз).

Роторлардың шайқалу тірек подшипниктерінің сипаттамасы 15.4 -кестесінде

көрсетілген.

Салмақ салу және ротордың негізгі тірегінің ұзақ қызмет ету режимін есептеу методикалары 11 бөлімде көрсетілген.

Ротор конструкциясы.

Ротор келесі негізгі тораптар мен бөлшектерден тұрады. Жақтау 7 ротордың негізгі элементі болып табылады. Ол ішіне қақпақ 1 пен шынжырлы дөңгелекті 9 қоса, қалған тораптар мен бөлшектердің барлығы дерлік жинақталған, болат құймадан тұрады. Жақтаудың ішкі жарты бөлігі ротор үстеліне тірек және сонымен қатар конустық буға арналған майлы ванна болып табылады.

Ротор үстелі 2 – ротордың негізгі айналдырушы бөлігі. Ол қаптағыш 4 пен жетекші құбыр 5 қысқыштарының көмегі арқылы және оның ұңғыға түсірілген бұрғылау тізбегінің қосылыстарын айналдыруға арналған. Ротор үстелі басты 3 және көмекші 8 екі шарлы тіректерге жинақталады. Басқы тірек ұңғыға түсірілген тізбектередің салмағынан болатын өстік статикалық жүктемелерді және айналу моменттінен берілетін радиальді, ротор үстелі салмағынан және тізбектің құбырға берілісі кезінде жетекші құбырдың үйкелісінен болатын өстік-әсер етуші динамикалық жүктемелерді қабылдайды.

Көмекші тірек бұрғылау немесе тізбектерлі көтеру кезінде болатын өстік соққылар мен тісті берілістерден болатын радиальді жүктемелерді қабылдау үшін қызмет көрсетеді.

Үстелдің жоғарғы бөлігінде ротродың үстелі мен корпусының арасында лабиринтті тығыздағышы 2 болады. Ол бұрғылау ерітіндісінің жақтау ішіне кіру мүмкіндігін және үстелді айналдыру кезінде ротордан майдың шашырауын ескертеді.

Жетекші білік 6 жақтауға екі роликті подшипниктермен қондырылған. Біліктің бір ұшына конустық шестерня, ал екінші ұшына шынжырлы дөңгелек 9 отырғызылған. Олар жақтаудан тыс, біліктің копусты бөлігіне орнатылған. Бұл дөңгелек шынжырмен шығырдың жұлдызшасы арқылы жалғанған. Жетек айналдыру арқылы пневматикалық муфтаның қосылуын іске асырады.

Жоғарғы қақпақ 1 көтеріп-түсіру операциясы кезіндегі жұмыс үшін қолайлы, сонымен бірге жақтаудың ішкі бөлігін ластанудан сақтайтын алаңды құрайды.

11 кронштейн көтеріп-түсіру операциясы кезінде механизмдерді жалғастыру үшін қолданылады. Екі жарты бөліктен тұратын қаптағыш 4, ротордың кіру саңылауын жабады. Көтеріп-түсіру операциясы үшін қаптағышқа сына, ал бұрғылау кезінде-жетекші құбырдың квадратты қысқыштары қойылады. Қысқыштар 5 әдетте жетекші құбырға болттармен бекітіліп және сонымен бірге қаптағыш саңылауына түсіріледі.

Тоқтатқышты 10 қондырғы ротор үстелін белгілеуге арналған.

3-сурет. Ротор қимасы

Процестерді механизациялау және жұмысшылардың еңбегін жеңілдету үшін көтеріп-түсіру операциясы кезінде қазіргі кездегі роторлар әртүрлі өлшемдегі бұрғылау құбырлары үшін сыналар жинағымен жасақталынады.

2-кесте

ТМД-да шығарылатын роторлардың өлшемдері мен негізгі параметлері

Параметлері	Р560-14 «Бакинец»	У7-520-3	У7-560-6	У7-760
Үстелге түсенін ең үлкен статикалақ жүктеме, МН	1,6	2,0	3,2	4,0
Бұрғылау тізбегінің ең үлкен салмағы, МН	1,0	1,3	2,0	3,0
Ең үлкен берілетін қуат, кВт
Ротор үстелінің ең үлкен айналу жиілігі, айн/мин
Ротор үстелінің кіру тесігі (саңылауы), м	0,56	0,52	0,56	0,76
Конустық қисық тісті берілістің тістер саны: Жетекші шестерня Тәж
Үстел ортасынан шынжырлы дөңгелектің ортасына дейінгі арақашықтық, мм
Беріліс қатанасы	2,76	3,22	1,51	3,13
Тіректер: Негізгі-диаметрі 75 мм шарлардың саны Көмекші-диам. 50 мм шарлардың саны
Габаритті өлшемдері мм: Ұзындығы Ені Биіктігі
Ротор массасы	4,0	4,8	6,6	5,9

Ротор үстеліндегі саңылау диаметрі қашаудың өту өлшемін анықтайды және ротордың негігі өлшемдерін сипаттайды.

Ең үлкен жіберілу жүктемесі ротордың жүктемесі мен саңылау диаметрінің арасында қатынастық болады, өйткені белгілі саңылау диаметрі бар ротор ереже бойынша анықталынатын ұңғы қонструкциясының жүктемесіне сәйкес болады.

Роторды есептеу.

Ротордың ұзақ уақыт жарамдылығы негізінен әсер етуші жүктемелердің шамасына, оның жасалыну сапасы мен конструкциясына, подшипниктер мен тісті берілістердің монтажына қатысты болады.

Конустық тісті дөңгелек берілісі спиральді немесе иілу бұрышы қисық тісті болып жасалшынады.

Конустық берілістің қоршау жылдамдығы 15-20 м/с және одан жоғарыға жететіндіктен, беріліс дәлдіктің үшінші сыныбынан кем етілмей жасалынады. Роторлаларда әдетте беріліс қатынасы . Жетектегі дөңгелектің өлшемдері ротор үстелінің кіру саңылауының диаметріне конструктивті анықталынатын болғандықтан, оның тістер саны беріліс қатынасы мен есептеу жолымен алынған модулге байланысты таңдап алынады. Конустық жұптың модулі әдетте 12-16 тең.

Конустық беріліс үшін тісті дөңгелектің ені Е, мұндағы Е-конусты дисстанция; шестернаның ені 6(0,15 0,2) А, мұндағы А-берілістің орталық аралық ара қашықтығы.

Жетекші біліктің тірегіне роликті подшипниктердің барлық түрлері дерлік қолданылады. Ең көп жүктелген радиалді күш болып, жетекші конустық дөңгелекке қондырылған подшипниктер болып табылады. Конустық подшипниктерді қолданылғанда жетекші білікті стақанда жинақтайды, және конустық берілісті реттеуді іске асыру қажет. Реттеуді әдетте стақан фланеці мен қақпақтың арасына қойылған жұқа металл пластиналар жинағымен іске асырады.

Тірекке әсер ететін жүктемелер машиналар бөлшектерінде жалпы қолданылатын әдістермен анықталынады.

Ротор үстелі тірегінің өлшемдері ротор тесігінің диаметрлеріне байланысты конструктивті таңдалады, ал шарлар саны мен олардың диаметрі-әсер етуші жүктемелердің мөлшеріне байланысты алынады. Подшипниктердің ұзақ уақыт жарамдылығы подшипникке әсер етуші, шартты жүктемені табатын эквиваленті жүктемемен анықталынады.

Роторлар үшін динамикалық коэффициент .

ЛБУ-1400 бұрғылау шығырының білігін жетектеу кезіндегі ротор үстелінің айналу жиілігін анықтау.

Ротор трансмиссиясындағы шығырының жетекші шынжырлы дөңгелегінің тістер саны .

Осы дөңгелектің айналу жиілігі (айн./мин)

1-ші жылдамдықта ,

2-ші жылдамдықта ,

3-ші жылдамдықта .

Осыған сәйкес ротор үстелінің айналу жиілігі (айн./мин) болады:

,

=ротор білігіндегі жұлдызды тістердің саны. =2,76-ротордың конустық берілісінің берілістік қатынасы;

айн/мин.

Трансмиссялық біліктегі жұлдызшаның айналу жиілігіне сәйкес ауыстырып ж/е табуға болады.

айн./мин.

айн./мин.

2.1 Ұңғыларды бұрғылау кезінде, бұрғылау қондырғысы роторына әсер етуші күштерді анықтау

Берілген тереңдікті бұрғылау кезінде, бұрғылау қондырғысы роторына әсер етуші күштер бұрғылау немесе шегендеуші тізбектердің салмағына және бұрғылау тізбегінің айналу моментіне байланысты болады. Сондықтан бірінші кезекте ұңғылардың конструкциясын және оларға тәуелді бұрғылаумен шегендеу тізбегінің параметрлерін анықтау керек. Бұрғылау процесінде тау жыныстарын бұзушы құрал (трубиналық, бұрандалы, электрлі немесе роторлы) айналу әдісіне қарамастан, бұрғылау тізбегі ұңғыға ілінісу үшін бұралуы қажет [5]. Сондықтан көбнесе роторды есептеуді роторлары бұрғылау кезіндегідей төмендегі ұсынылған сұлба бойынша рациональді орындайды [2].

Бұрғылау процесінде жыныс бұзышы құрал (трубиналық, бұрандалары, электірлі, немесе роторлы) айналу әдісіне қарамастан, бұргылау тізбегі ұңғыға ілінісу үшін бұралуы қажет [5]. Сондықтан көбнесе роторды есептеуді роторды бұрғылау кезіндегідей төмендегі ұсынылған сүлбе боынша рациональді орындайды [2].

Тау жыныстары қасиеттеріне байланысты, ұңғы диаметрі белгілі болғанда, қашау түрі таңдап алынады. Белгілі бұрғылау шарты үшін ең тиімдісі, ұңғыға бір метр өтімділікте ең аз пайдалану шығындарымен қамтамасыз ететін қашау болып табылады. Қашауды таңдау әдістері, тау жыныстарының қасиеттері мен қашаулардың параметірлері: шарты белгісі (шифр), диаметрі, биіктік, жалғастырушы бұрында, мүмкін жүктеме, масса және өндіруші зауыттарына сәйкес [1 және 2] кестелерге жазылған. Қашаулардың параметірлерін анықтап болғаннан соң аурлатылған бұрғылау құбырлары (АБҚ) есептелінеді.

Қашау ұңғыны цилиндр пішінде бұрғылау кезінде тау жыныстарын бұзуға арналған. Қашаулардың әр типті және моделді алуан түрлі бар, оларды таңдау бұрғыланушы тау жыныстарының абразивті және механикалық қасиеттерімен анықталады. Ұңғыны бұрғылауда кең тарағаны талқандап-бұзушы шарошкалы қашаулар.

Жұмысшы мүшелерінің санына байланысты шарошкалы қашаулар бір-, екі-, үш-, төрт-, бес-, алты- және көп шарошкалы болады. Ең көп тарағаны – үш шарошкалы қашау нұсқасы. Терең мұнайгаз ұңғыларын бұрғылауда МЕСТ 20692-75 сәйкес жасалынған үш шарошкалы қашаулар жиі қолданылады және олардың типтері мен өлшемдері 1.2-кестеде келтірілген.

2.1-кесте

Қашау түрі	Диаметр	Қашаумен бұрғыланатын тау жыныстары
М	190,5 215,9 295,3 349,2 393,7	Жұмсақ, әлсіз цементтелген, жоғары пластикалық
М3	190,5 215,9	Образивті пропласткалы жұмсақ
МС	190,5 215,9 295,3	Орташа қаттылықты пропласткалы жұмсақ
МС3	190,5	Орташа қаттылықты пропласткалы жұмсақ, образивті
С	98,4 120,6 139,7 165,1 190,5 215,9 269,9 295,3 394,2 444,4	Орташа қаттылықты
СЗ	190,5 215,9 269,9 295,3	Орташа қаттылықты образивті
СТ	190,5 215,9 269,9	Орташа қаттылықты пропласткалы қатты
Т	98,4 120,6 139,7 165,1 190,5 215,9 244,5 269,9 295,3 349,2 397,7	Қатты тау жыныстары
ТЗ	215,9 269,9 295,3	Қатты образивті
ТК	215,9 244,5 269,9 295,3	Қатты пропласткалы мықты
ТКЗ	190,5 215,9 295,3	Қатты образивті, пропласткалы мықты
К	190,5 215,9 244,5 269,9 295,3	Мықты кварцит түріндегі
ОК	98,4 215,9 244,5 269,9	Өте мықты кварцит түріндегі, кремнилі, базальтті

2.2 АБҚ тізбегінің салмағын есептеу (қашауының үстіңгі бөлігінде)

Ауырлатылған бұрғылау құбырларын (АБҚ) [1] бірнеше түрге бөледі: ыстық өңделген құбырлардан дайындалған АБҚ, құбырларды прокаттау станоктарында жасалынған, мұндай бұрғылау құбырларының мерзімінің шегі = 380 мен δ =550 МПа және АБҚС- 1, АБҚС-2, АБҚС-3 ішкі арнасы сверломен тесілген, ал сыртқы арнасы беті жонылатын және қыздырылып өңделген. Мұндай құбырларды мерзімінің шегі АБҚ-ға қарағанда үлкен және δ =650 мен δ =750 МПа құрайды.

Ауырлатылған бұрғылау құбырларының шарты белгілерінде, түрлерінің белгілерінен кейін оның сыртқы диаметрі көрсетіледі [2.2 кесте].

АБҚ диаметрі ұңғы қабырғасы мен құбыр арасындағы кеңістік қимасының ауданы және құбыр қимасының ең үлкен қаттылығымен қамтамасыз ету шартарына байланысты таңдап алынады [2.2].

2.2-кесте