Буровые вышки и наземные строения

С 1946 года полукомплектные буровые установки начал изготавливать Уральский Завод Тяжёлого Машиностроения (Уралмаш).В комплект первых установок этого завода входит: 4-ёх скоростная лебёдка У2-4-1 с цепными передачами и кулачковыми муфтами и кулисными управлениями, насосы У8-1, кронблок, талевый блок, крюк, вертлюг грузоподъёмностью 130 тонн. С этого времени для привода установок стали использоваться силовые дизельные агрегаты с двигателями В2-300. Для индивидуального привода лебёдки применяли силовые агрегаты САЛ, а для привода насоса – САН. В комплект таких агрегатов входили: два двигателя и спаривающая трансмиссия. Силовой агрегат лебёдки выпускали в двух вариантах: с клиноременной передачей и редуктором РД2-2. Затем, Уралмаш создал установку УЗТМ-1М с групповым приводом на лебёдку, ротор и насосы с клиноременными трансмиссиями. В установке использовалась лебёдка У2-4-3 с кулачковыми муфтами управления. В это же время на Волгоградском Заводе Буровой Техники («Баррикады») начался выпуск буровых установок БУ-40 для бурения скважин на глубину до 1000 метров. Вся установка состояла из двух блоков оборудования, установленного на металлических санных основаниях. На основании вышечного блока 2,2 м монтировали вышку высотой 39 м с открытой передней гранью; лебёдку, ротор и два двигателя В2-300 с коробкой передач, редукторами и трансмиссией на лебёдку, ротор и насосы. На основании насосного блока устанавливали два насоса НТ-150. В 1954 году завод «Баррикады» совместно с Институтом Гипронефтемаш создают опытную комплектную установку БУ-75БР с дизельным, а затем и электрическим приводом. Серийный выпуск установок начался с 1958 года.Эти буровые установки оснащаются полным комплектным оборудованием для бурения скважин глубиной до 1800 м, имеют транспортируемую на тяжеловесах вышку на крупноблочном основании вышечно-лебёдочного блока с укрытием. Они широко применяются на нефтепромыслах страны, особенно в Татарии и работают до настоящего времени. В это же время на базе БУ-75БРД заводом «Баррикады» совместно с Гипронефтемашем были разработаны и выпущены опытные образцы установок БУ-75БРМ в мелкоблочном исполнении. Конструкция основания и компоновка блоков установки была рассчитана на транспортировку универсальным транспортом, а также вертолётами в труднодоступных районах. С 1967 года завод «Баррикады» приступает к выпуску комплектных установок БУ-80БР на дизельном и электрическом приводах для бурения скважин на глубину до 2800 м. На базе этих буровых установок и в замену их с 1979 года завод приступил к выпуску новых комплектных установок БУ-2500 с дизельным и электрическим приводами для бурения скважин на глубину до 2500 м. А с 1984 года – выпускает установку БУ-2500ЭУК для кустового бурения с электроприводом.

Все буровые установки завода «Баррикады» комплектуются вышками мачтообразного типа. На базе установок УЗТМ-1М в 1950 году «Уралмаш» создаёт полукомплектную буровую установку Уралмаш-5Д для бурения скважин глубиной до 3000 м. Установка снабжается лебёдкой У2-4-5, в которой кулачковые муфты заменяются шинопневматическими; насосами У8-3, ротором У7-520-2, компрессорами КС-3М для пневматического управления установкой; талевым блоком, кронблоком, 5-ти дизельным приводом с клиноременной трансмиссией. Для электрифицированных районов создаётся установка Уралмаш-6М с индивидуальными электроприводами на лебёдку и насосы. Эти установки завода комплектуются вышками, основаниями, системой очистки раствора, коммуникациями. Несколько позже заводом проектируются и выходят в серийный выпуск полукомплектные установки Уралмаш-3Д и Уралмаш-4Э для бурения скважин глубиной до 5000 м, которые применяются по сей день. В 1959 году на Уралмаш возлагается комплексное проектирование и выпуск комплектных буровых установок, включая вышки, основания, укрытия, коммуникации, средства механизации и автоматизации трудоёмких процессов бурения. С 1963 года Уралмаш выпускает буровые установки Уралмаш-300Э с электроприводом постоянного тока и Уралмаш-300ДЭ с дизельным и электроприводом для бурения скважин глубиной до 8000 м. Установки комплектуются вышкой пилонного типа с механизмами для автоматизации спуско-подъёмных операций (СПО), автоматической системы подачи свечей АСП-5, основаниями, подъёмными кранами для механизации работ на мостках и обслуживания оборудования, системой очистки и приготовления раствора и другим оборудованием. В этом же году для бурения скважин до 3000 м завод Уралмаш создал опытные образцы новых комплектных установок Уралмаш-125БД и Уралмаш-125БЭ, серийный выпуск которых начат с 1965 года. Установки укомплектованы крупноблочными основаниями, укрытиями, циркуляционной системой, мачтовыми вышками с комплексным механизмом АСП-3 и другим оборудованием. Применение механизмов АСП-3 вызвало необходимость в изменение кронблока, талевого блока и подсвечников. В 1967 году эти установки модернизированы до БУ-125БД-67 и БУ-125БЭ-67. У них были заменены насосы У8-4 на У8-6М; ротор У7-520-3 со встроенными пневмоклиньями ПКР-У7 на ротор У7-560-6 с клиньями ПКР-Ш8. В приводе буровой лебёдки вместо двух электродвигателей АКБ-1362-8 установлен только один электродвигатель; на привод насоса вместо двигателя СД3-13-42-8А мощностью 450 Квт установлен электродвигатель СД3-13-52-8 мощностью 630 Квт. Гидродинамический тормоз лебёдки диаметром 1000 мм заменён на тормоз УТГ-2500 с ротором диаметром 1200 мм. Деревянный пол заменён на металлический.

В 1970 году внесены коррективы технической документации установок. Были изменены отдельные узлы и конструкция основания. Высота основания вышечно-лебёдочного блока увеличена до 4,5 м вместо 3,7, а силового блока до 3 м вместо 2,14 м. В буровой вышке применены шарнирные опоры. С этого времени эти установки стали серийно выпускаться с индексом 70. В 1969 году Уралмаш изготовил новые опытные образцы буровых установок БУ-125Э и БУ-125ДГ второй серии для бурения скважин глубиной до 4200 м. Эти установки стали серийно выпускаться с 1972 года взамен установок БУ-125БЭ-70, БУ-125БД-70 и Уралмаш-5Д-67. Установки БУ-125Э и БУ-125ДГ (II серии) комплектуются крупноблочными основаниями, мачтовой вышкой ВМА-44-200, механизмами АСП-3М, новой одновальной лебёдкой ЛБУ 1100 с коробкой переменных передач и электромагнитным тормозом ЭМТ-4500, регулятором подачи долота РПДЭ-3, насосами У8-6М, ротором У6-560-6 со встроенными пневмоклиньями ПКР-Ш8, элементами талевой системы, автоматическим ключом АКБ-3М2, вспомогательной лебёдкой, консольно-поворотным краном КП2 для механизации погрузочно-разгрузочных работ на мостках, циркуляционной системой с механизмами очистки раствора и другим оборудованием. В установке БУ-125ДГ (II серии) применён групповой дизель-генераторный привод, состоящий из 4-ёх силовых агрегатов СА-6 с дизелями В2-450ТК-С3 мощностью 331,2 Квт и турботрансформаторами ТТК-669, которые обеспечивают в определённых диапазонах бесступенчатую передачу вращения основных направляющих механизмов. В трансмиссиях буровых установок используется карданно-цепные передачи для привода насосов вместо клиноременных передач. Для бурения скважин глубиной до 6500 м в 1969 году завод Уралмаш выпустил установки БУ-200ДГ (III серии) с дизель-гидравлическим приводом и БУ-200Э (III серии) с электроприводом. Установки комплектуются мелкоблочными сборно-разборными основаниями, башенными вышками ВБА-53-320 для работы со свечами длиной 36 м, механизмами АСП, одновальной буровой лебёдкой ЛБУ-1400 с насосом для охлаждения тормозных шкивов и гидродинамическим вспомогательным тормозом с обгонной муфтой, регулятором подачи долота тремя насосами У8-7М, котельно-отопительной установкой ПКМ-1С или ПКМ-2С, сборно-разборными металлическими каркасами укрытия, циркуляционной системой с очистными механизмами, кранами для погрузочно-разгрузочных ремонтных работ. Установка БУ-200ДГ (III серии) имеет групповой привод на лебёдку, ротор и два буровых насоса от 3-ёх силовых агрегатов АДГ-1000 и индивидуальный на 3-ий буровой насос от одного такого же агрегата. АДГ-1000 состоит из дизеля 6Д-49 мощностью 736 Квт и турботрансформатором ТТК-932. Привод насосов осуществляется карданно-цепными передачами.

Установка БУ-200Э (III серии) имеет индивидуальный привод на лебёдку от двух электродвигателей. В дальнейшем эти установки модернизируются и станут выпускаться под шифром БУ-6500ДГ и БУ-6500Э. Высота рабочей площадки вышечно-лебёдочного блока увеличивается до 7 м, что улучшает размещение и обслуживание необходимого противовыбросового оборудования (ПВО). По техническому уровню установки БУ-6500 с дизельными и электроприводами соответствует современным требованиям, а по применяемым средствам механизации и автоматизации трудоёмких процессов в бурении превосходят зарубежные установки для этих глубин. В 1970 году завод Уралмаш выпустил установки БУ-160ДГ (III серии) с дизель-гидравлическим и БУ-160Э с электрическим приводами для бурения скважин глубиной до 5000 м. Установки снабжаются башенными вышками ВБ-53-300, механизмами АСП-4М, лебёдками ЛБУ-1100, регуляторами подачи долота РПДЭ-3, оборудованием для приготовления и очистки бурового раствора, крупноблочными сборно-разборными основаниями и каркасами укрытий. Установка БУ-160ДГ (III серии) имеет групповой привод на лебёдку, ротор и два буровых насоса У8-6М, состоящий из 4 силовых агрегатов СА-6 и индивидуальный привод на 3-ий насос от двух таких же агрегатов с карданной-цепными передачами. Установка БУ-160Э (III серии) имеет групповой привод на лебёдку и ротор от двух электродвигателей. Кроме этого, ротор снабжён резервным индивидуальным приводом от электродвигателя постоянного тока мощностью 250 Квт. Для привода каждого насоса используется электродвигатели мощностью 700 Квт. Установки были предназначены для замены БУ-3Д-67 и БУ-4Э-67. В 1973-1977 годах Уралмаш изготовил буровые установки универсальной монтажеспособности БУ-400ДГУ с дизель-гидравлическим приводом и БУ-400ЭУ с электроприводом вместо ранее выпускаемых установок БУ-125ДГУ и БУ-125ЭУ. В этих установках карданно-цепные передачи привода насоса заменены клиноременными; конструкции оснований и компоновка блоков позволяют транспортировать оборудование установок крупными блоками на тяжеловозах, мелкими блоками – на специальных платформах и поагрегатно на универсальном транспорте. В эти же годы разработаны установки БУ-5000ДГУ с дизель-гидравлическим приводом и БУ-5000ЭУ с электроприводом переменного тока взамен установок БУ-160ДГУ и БУ-160ЭУ. Установки прошли приёмочные испытания, откорректирована техническая документация и начат серийный выпуск. На основе модернизации бурового оборудования установок БУ-3Д-76 и БУ-4Э-76 были разработаны для серийного производства установки БУ-4000Д1 с дизельным приводом и БУ-4000Э1 с электроприводом универсальной монтажеспособности. Эти установки поставляются комплектно крупноблочными основаниями, мачтовой вышкой с механизмами АСП, каркасами укрытий.

Предусмотрена отметка пола буровой 6,3 м и нижнее расположение лебёдки и её привода. Установки могут иметь оснастку талевой системы 5 на 6 или 6 на 7, при которой глубина бурения допускается до 5500 м. В период с 1976 по 1980 годы Уралмаш разработал и освоил промышленное производство установки БУ-3000ЭУК с электроприводом для кустового бурения скважин глубиной до 3300 м в Западной Сибири. Конструкция оборудования установки обеспечивает перемещение вышечно-лебёдочного блока в пределах куста на колёсно-рельсовом ходу и выравнивается в горизонтальной плоскости в процессе работы встроенными в основание гидродомкратами. Для бурения сверхглубоких разведовательных скважин до 8000 м Уралмаш выпускает установку БУ-8000Э с электроприводом постоянного тока грузоподъёмностью 400 тонн. Источником постоянного тока служат мощные теристорные преобразователи. Основное оборудование, кроме ротора, вспомогательные лебёдки и пульт бурильщика располагаются стационарно на фундаментах на большой высоте от уровня земли. Монтаж установки предусмотрен агрегатным способом. По спецзаказу выпускаются установки БУ-15000 для бурения скважин на глубину до 15000 м, которые успешно используются для бурения исследовательских скважин на Кольском полуострове.

Буровые вышки

В бурении применяют вышки двух типов – башенные и мачтовые. Мачтовые вышки делятся на А-образные и П-образные. Башенные вышки имеют 4 несущих ноги, связаны решёткой в единую пространственную систему в виде 4-гранной усечённой пирамиды. Они имеют 4 опоры, которые устанавливаются на фундамент или на основание. Такие вышки изготавливаются из труб и профильного проката. Каждая секция состоит из отдельной детали: 4-ёх ног, поясов, соединяющих ноги секций в верхних и нижних частях, и диагональных тяг или раскосов в зависимости от конструкции вышки.

При сборке детали вышки соединяют болтами. У вышек высотой 41 м верхнее основание равно 2 на 2 м, а нижнее – 8 на 8 м. Нижнее основание у вышек высотой 53 м равно 10 на 10 м. Нижние и верхние секции вышек имеют опорные плиты, которыми они крепятся к основанию при помощи болтов. На плиты верхних секций устанавливают подкронблочную раму. Внизу, в передней со стороны приёмного мостка и в задней гранях выше, имеются ворота высотой 10,5-12 м, состоящие из двух полураскосов. Вышки высотой 41 м оборудуют одним балконом, а высотой 53 м – двумя. На балконе устанавливают люльку для работы верхового и пальцы для установки свечей. При сборке детали вышки соединяют болтами.

1 – башенная вышка; 2 – мачтовая вышка

По исполнению основных несущих элементов, ног, поясов, вышки можно подразделить на трубные и из профильного проката. Современные конструкции трубных вышек имеют ряд преимуществ перед профильными – в них меньше болтовых соединений, они имеют меньшую массу и основные элементы этих выше при перевозке более устойчивы к деформации. Наибольшее распространение получили трубные вышки типа 2ВБ-53-320.

Вышки обозначаются следующим образом: ВБА-53-320, где В – вышка, Б – башенная, А – рассчитанная на применение АСП, 53 – высота в м, 320 – грузоподъёмность на крюке в тоннах. Мачтовые (А-образные, П-образные) вышки выполняются отдельными секциями, сваренными из труб в виде решётчатых ферм. В сечении фермы имеют вид равнобедренного треугольника (вышки ВМ-40-185БР, ВМА-41-170) или прямоугольника. Каждая нога вышки состоит из 4-ёх секций длиной около 10 м. На концах секций имеются фланцы, соединяемые между собой болтами или специальными быстросъёмными хомутами. Нижние и верхние секции имеют проушину. Верхняя секция соединяется шарнирно с подкронблочной рамой, которая является связующим звеном мачт вышки в верхней части. Кроме этого, мачты верхней части шарнирно соединяются между собой двумя поясами и двумя парами накрест расположенных винтовых стяжек. В нижней части мачты вышек шарнирно соединяются со стойками, расположенными на подвышечном основании. Устойчивость вышки в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости ферм, обеспечивается двумя подкосами из труб. В верхней части подкосы шарнирно соединены с мачтами вышки, а в нижней части – с опорами, установленными на основании. Для центрирования вышки в плоскости, перпендикулярной плоскости ферм, опоры могут перемещаться по направляющим при помощи винтов. К мачтам вышки на определённой высоте крепят балкон с двумя люльками для второго помбура и пальцами для установки свечей, или площадку для механизма расстановки свечей АСП и магазины для установки свечей. Одна из ног вышки с внешней стороны от пола буровой до балкона оборудована маршевыми лестницами с переходными площадками, а от балкона до кронблока – лестницами тоннельного типа внутри ферм секций. Для предотвращения случайного падения свечей в сторону приёмного поста или лебёдки, на мачтах устанавливают предохранительные пояса. Вышки мачтового типа по сравнению с башенными имеют ряд преимуществ: им требуется меньше металла на изготовление, они имеют меньшее число деталей, что упрощает и ускоряет сборку и разборку. Открытое пространство между мачтами позволяет удобнее вести вспомогательные работы. По конструктивной схеме и способу монтажа все мачтовые вышки идентичны.

Способы сборки вышек башенного типа

Буровые вышки башенного типа собираются четырьмя способами.

1. Подвесной монтажной стрелой, которую перемещают по собранным секциям вышки для сборки последующих секций методом «снизу-вверх».

2. Двумя шагающими стрелами, также методом «снизу-вверх».

3. Сборкой вышки в горизонтальном положении с последующим её подъёмом в вертикальное положение.

4. При помощи вышечных подъёмников методом «сверху-вниз», когда вначале собирают верхнюю секцию, а в последнюю очередь нижнюю. Способ сборки вышек вышечными подъёмниками является основным широко применяемым в настоящее время. Этим способом вышки башенного типа можно собирать как на подвышечных основаниях, так и непосредственно на фундаментах.

Буровые ключи АКБ

Автоматический буровой ключ предназначен для свинчивания-развинчивания буровых труб при спуско-подъёмных операциях (СПО). Ключ рассчитан на совместную работу с пневмоклиньями в роторе при работе на элеваторах. АКБ состоит из трёх узлов: блока ключа, колонны с кареткой и пульта управления.

Ключ буровой АКБ-ЗМ

1 – блок ключа; 2 – каретка с пневматическими цилиндрами; 3 – стойка; 4 – пульт управления.

Блок ключа – основной механизм, выполняющий операции по свинчиванию-развинчиванию труб. Блок ключа представляет собой корпус, на котором смонтировано трубозажимное устройство, понизительный редуктор, маховик, пневмодвигатель, цилиндр зажима челюстей и пневмомаслёнки.

Блок ключа имеет направляющие полозья, на которых он передвигается вдоль каретки двумя пневмоцилиндрами двойного действия. Трубозажимное устройство состоит из верхнего плавающего корпуса, зажимного приспособления, нижнего зажимного приспособления, вмонтированного в корпус редуктора, разрезной шестерни с втулкой и промежуточного диска с тремя ведущими пальцами. Трубозажимное устройство и корпус ключа передней части имеют вырезы для прохода трубы.

Верхние и нижние устройства состоят из двух сменных челюстей, вставленных в челюстедержатели и вкладыши со спиральной поверхностью. Челюстедержатели из первоначального положения могут поворачиваться на некоторый угол относительно своих корпусов, при этом челюсти, скользя по спиральной поверхности вкладышей, сближаются и зажимают замок трубы. Челюсть с замком сцепляется при помощи вставных сухарей. Нижний челюстедержатель поворачивается от пневмоцилиндра зажима челюстей, шток которого шарнирно связан с поводком челюстедержателя. В верхнем челюстедержателе размещены подвижной и неподвижный шарики. Подвижной шарик выдвигается штоком блока цилиндров в момент зажатия замка трубы. При вращении разрезной шестерни в момент упора неподвижного шарика в подвижной шарик, выдвинутый штоком цилиндра, происходит кратковременная остановка втулки и связанного с ней верхнего челюстедержателя. В результате дальнейшего вращения верхнего корпуса относительно неподвижного челюстедержателя замок зажимается.

Для установки и фиксации верхнего челюстедержателя в среднем нейтральном положении при холостом вращении верхнего корпуса относительно трубы, челюстедержатель подпирается двумя байками и стопорится шариковым фиксатором. Быстрая и точная остановка всех вращающихся механизмов трубозажимного устройства по окончанию свинчивания-развинчивания осуществляется специальными стопорным устройством блока цилиндра. Шток цилиндра стопора совмещения, выдвигаясь вверх, попадает в углубление разрезной шестерни и останавливает механизм. Для смягчения удара и предохранения деталей от поломок верхняя часть штока с двух сторон имеет такие же скосы, как и в гнезде шестерни.

Верхний корпус трубозажимного устройства удерживается на некотором расстоянии относительно промежуточного диска четырьмя стаканами, которые внутри имеют пружины. При свинчивании корпус сжимает пружины стакана и спускается вниз, а при развинчивании – поднимается вверх, удерживаясь на замке трубы за счёт сжатия трубы челюстями.

Кроме вертикального перемещения верхний корпус имеет два горизонтальных относительно разрезной шестерни. Одно перемещение осуществляется за счёт зазоров между ведущими пальцами и овальными окнами корпуса, а другое – перпендикулярно первому за счёт зазоров между двумя пальцами разрезной шестерни и окнами промежуточного диска. Такая конструкция позволяет верхнему корпусу самоустанавливаться по замку трубы и прижиматься к нему с помощью двух толкателей.

Колонна ключа с кареткой состоит из каретки, двух пневмоцилиндров, колонны, основания и винтового домкрата. Каретка свободно вращается в верхней части колонны и положение её при работе ключа чекой. Шток пневмоцилиндров, служащих для подвода и отвода ключа соединяется проушинами блока ключа при помощи подвески. Для установки ключа на разной высоте, колонна может перемещаться в основание и фиксироваться по отверстиям к колонне валиком. Безступенчатая регулировка ключа по высоте осуществляется винтовым домкратом.

Пульт управления состоит из корпуса и двух пар кранов, каждая пара кранов снабжена одной рукояткой. На пульте имеется указания по включению рукояток кранов. Сжатый воздух к пульту управления подаётся от воздухосборника пневматической системы буровой установки через кран и коллектор пульта, который соединён с кранами, а от них – по гибким шлангам с цилиндром и двигателем.

Конструкция опоры ключа позволяет монтировать его на различные основания. Для монтажа ключа устанавливают спициальную плиту размером 650×650 мм и жёстко крепят её к подроторным балкам или к подвышечному основанию.

Машинные ключи УМК

Машинный ключ предназначен для раскрепления и закрепления буровых труб в период спуско-подъёмных операций (СПО).

Закрепление обсадных труб, спускаемых в скважину, осуществляется при помощи машинных ключей, подвешенных на специальных канатах в горизонтальном положении внутри буровой на высоте 1,4-1,6 м от пола. Одни концы канатов огибают спец.блоки, прикреплённые к поясу вышки, на других концах находится противовесы, уравновешивающие ключи. При такой системе ключи легко могут перемещаться в вертикальной плоскости на необходимую высоту.

В буровой у ротора друг против друга подвешивают два ключа. При помощи ключа, находящегося с левой стороны, если смотреть на лебёдку со стороны мостков, задерживают трубы от проворачивания. На конец ручки этого ключа надет канат, другой конец которого прикреплён к ноге буровой. Ключ, установленный и закрытый на замковой муфте нижней трубы, отводится в крайнее положение. Второй ключ располагается на нижней части замка отвинчиваемой верхней трубы. К его концу с помощью вертлюжка присоединяется тяговый канат пневмораскрепителя. Рычаг ключа устанавливают на расстоянии, которое перед подачей воздуха в пневмораскрепитель позволяет тяговому канату находиться в натянутом состоянии. Под давлением воздуха поршень раскрепителя увлекает этот канат и поворачивает рычаг ключа на 6-70 градусов, в результате чего замковое соединение раскрепляется.

Универсальный машинный ключ УМК-1

Ключ УМК-1 четырёхзвенной конструкции состоит из рычага 6 и четырёх челюстей 4, 5, 7, 8. Ключ захватывает бурильные трубы и замки всех размеров диаметром от 103 до 212 мм, что достигается заменой сменных челюстей 8 – одна для труб диаметром 108-178 мм, вторая – 140-212 мм. Все звенья ключа соединены между собой и рычагом 6 шарнирно при помощи пальцев 2. Ключ закрывается защёлкой 1, прикреплённой к челюсти 4. Под действием пружин 3, смонтированных на челюсти 4, при установке на трубу или замок, ключ автоматически закрывается. На пазы челюсти 7 вставлено по три сменных плашки сухаря с насечкой на внутренней поверхности, соприкасающейся с телом замка или трубы. В каждом пазе корпуса ключа находится по два таких же сухаря, эти сухари удерживают ключ от вращения вокруг тела трубы в первый момент, когда между ними ещё не создалось достаточное трение.

В дальнейшем, вследствие того, что отдельные звенья ключа плотно обхватывают замок (труб) и сильно прижимаются к поверхности рукояткой, создаётся трение, предупреждающее проскальзывание ключа по телу замка.

Параметры ключа УМК-1:

длина ключа – 1,64 м;

ширина ключа – 0,57 м;

масса (без подвески) – 147 кг;

масса (с подвеской) – 203 кг.

Основные детали ключа отливаются из стали 40-АЛ, а пальцы – из стали 40-Х. Для обсадных труб 146-530 мм применяют пятизвенные ключи ОМН аналогичной конструкции.

Лебедки

Буровые лебёдки являются основными исполнительными механизмами для подъёма-спуска бурильной колонны, удержания её навесу или медленного опускания при подаче долота на забой в процессе бурения, спуска обсадных колонн и других работ.

По конструкции буровые лебёдки делятся на две группы:

Двух или трёхвальные (У2-5-5 и У2-2-11). Расшифровка обозначений: У – завод Уралмаш; первая цифра – номер агрегата; вторая цифра – число скоростей лебёдки (для У2-5 с учётом скоростей коробки скоростей, а для У2-2 с учётом только скоростей лебёдки без коробки скоростей); третья цифра – номер модели в хронологической порядке проектирования.

Одновальные с коробкой переменных передач (ЛБУ-750, ЛБУ-1100, ЛБУ-1700). Расшифровка обозначений: ЛБ – лебёдка буровая; У – завод Уралмаш; 750, 1100, 1700 – мощность на барабане в лошадиных силах.

Буровые лебёдки первой группы состоят из сварной рамы, на которой вмонтирован подшипник качения, подъёмный вал с барабаном для навивки талевого каната, промежуточные и трансмиссионные валы. Все валы кинематически связаны между собой цепными передачами, которые передают им крутящие моменты и используются для регулирования частоты вращения валов. На промежуточном валу, кроме звёздочек цепной передачи, в ряде случаев установлены специальные катушки для проведения работы по подтаскиванию грузов, навинчиванию и развинчиванию труб, при спуско-подъёмных операциях. Такие валы называются катушечными. В одно и двухвальных лебёдках катушки не устанавливаются, а для выполнения работ по подтаскиванию грузов и свинчиванию труб используют вспомогательные лебёдки и пневмораскрепители. Рама лебёдки закрыта предохранительными щитами.

Подъёмный вал лебёдки оборудуется двумя видами тормозов – ленточным с ручным и пневматическим управлением (расположенными на тормозных шкивах барабана лебёдки) и гидравлическим или электрическим (соединённым через муфту с подъёмным валом).

Ленточные тормоза служат для удержания колонны труб навесу, регулирования скорости спуска и полного торможения, а также для подачи долота на забой при бурении скважин. Гидравлические или электрические тормоза нужны для замедления спуска колонны и облегчения работы на ленточном тормозе.

Для обеспечения равномерной подачи долота на забой все современные конструкции лебёдок оснащаются автоматами АПД или регуляторами РПД подачи долота, которые соединяются цепными передачами с подъёмным валом и во время бурения включаются с цепными кулачковыми муфтами. Лебёдки снабжены специальной трансмиссией для вращения ротора.

В лебёдках ЛБУ-1100, ЛБУ-1700, ЛБУ-3000, входящих в комплекты буровых установок соответственно БУ-5000, БУ-6500, БУ-8000 с электроприводом, трансмиссия ротора отсутствует, а привод ротора осуществляется от отдельного электродвигателя.

Буровая лебедка ЛБУ-750

Одновальная лебёдка ЛБ-750 состоит из: станины, на которой на двух кронштейнах в подшипниках смонтирован подъёмный вал барабана с тормозными шкивами, шинопневматическими фрикционными муфтами и кулачковой муфтой, а также звёздочками цепных передач. На станине также смонтирован пульт управления лебёдкой, промежуточный вал привода ротора и вспомогательный тормоз.

Вспомогательная лебедка.

Вспомогательная лебёдка предназначена для подтаскивания и подъёма в буровую грузов с приёмных мостков, свинчивания и развинчивания бурильных труб. Ими комплектуются буровые установки, имеющие буровые лебёдки без фрикционныхкатушек (БУ-80, БУ-2500, БУ-5000).

Вспомогательная лебёдка состоит из сварной металлической рамы 2 с двумя вертикальными стойками 1, на которых смонтирован редуктор 10, электродвигатель 9, трансмиссионный вал, колодковый грузовой тормоз с электромагнитом 12, катушечный вал 11, направляющие ролики 5, закреплённые в специальном кронштейне, образованном из двух планок 3. При помощи этих роликов создаётся возможность работы грузовыми канатами под необходимым углом. В полках планок имеется ряд отверстий, в которые устанавливаются ролики в зависимости от необходимого направления каната. Безопасная шпилевая катушка 4 посажена неподвижно на консольный конец катушечного вала. Барабан лебёдки 6 посажен на катушечный вал на подшипниках и подключается к валу зубчатой муфтой 7 с помощью рукоятки 8. Трансмиссионный вал соединён с катушечным цепной передачей.

Лебёдка управляется с пульта, который установлен на стойке. Некоторые конструкции вспомогательных лебёдок имеют два барабана различного диаметра – один для свинчивания-развинчивания труб, а второй для подтаскивания и подъёма груза. При монтаже вспомогательная лебёдка устанавливается на основании вышечно-лебёдочного блока и надёжно закрепляется с помощью болтов.

Рама лебёдки должна быть зафиксирована от смещения её в плоскости пола буровой к центру скважины. Смещение может возникнуть во время свинчивания-развинчивания труб. Место расположения лебёдки выбирается с таким расчётом, чтобы ось барабанного вала находилась перпендикулярно к оси скважины, и работающий на ней мог видеть расположенные на приёмных мостках грузы.

РПД

РПД предназначен для автоматической подачи долота на забой при заданной с пульта бурильщика осевой нагрузке на долото, и для постоянной скорости подъёма или спуска бурильной колонны, заданной с пульта управления. Его также используют в качестве аварийного привода для подъёма инструмента и мачт вышек в вертикальное положение.

В бурильных установках в основном применяют электрический регулятор подачи долота РПДЭ-3. РПД состоит из рамы, редуктора, колодочного тормоза, электродвигателя постоянного тока с охладительным вентилятором и цепной звёздочкой. Электродвигатель соединён с редуктором эластичной муфтой, а редуктор – с цепной звёздочкой зубчатой муфтой. В комплект РПД входит:

станция управления;

дизель-генератор для питания электродвигателя;

пульт управления регулятором;

электрический датчик для измерения нагрузки на долото.

Схема регулятора подачи долота РПДЭ-3

Принцип работы регулятора подачи долота следующий: осевая нагрузка на долото измеряется с помощью электрического датчика 6, который устанавливают на неподвижной ветви талевого каната, и передаётся на пульт управления 5, где сравнивается с величиной нагрузки на долото Pq, задаваемой бурильщиком. Разность электрических сигналов ΔP между нагрузкой на долото и заданной на пульте поступает на усилители, установленные в станции управления 1. Усиленные электрические сигналы действуют на обмотку возбуждения электрогенератора 2, который состоит из генератора постоянного тока, вращаемого асинхронным электродвигателем. Генератор питает двигатель постоянного тока 3 регулятора подачи долота, редуктор 4 которого цепной передачей соединён с подъёмным валом буровой лебёдки.

Монтируют РПД при помощи крана на основании лебёдочного блока и центрируют по звёздочке лебёдки. Раму РПД крепят к основанию болтами. Между рамами регулятора и лебёдки устанавливают винтовые распорки. На звёздочки лебёдки и регулятора надевают втулочно-роликовую цепь и регулируют её натяжение таким образом, чтобы стрела провисания цепи была в пределах 30-40 мм.

Буровые насосы

Устройство буровых насосов

Буровой насос состоит из приводного гидравлического блока, установленного на сварной раме. Приводной блок состоит из трансмиссионного вала, коренного вала и шатунного механизма, которые установлены на станине.

Станина представляет собой массивный металлический корпус в расточках которого монтируются подшипники трансмиссионного и коренного валов. Для удобства монтажа внутренних узлов и деталей станина имеет крышку. Стыкующиеся поверхности станины и крышки подвергаются механической обработке и уплотняются при помощи резинового шнура либо прокладки, затягиваемые болтами. Положение крышки относительно станины фиксируется коническими штифтами. Отверстия под подшипники растачивают в сборе станины с крышкой, в горловине станины устанавливают направляющие ползуны. Оси поверхности расточек станины под направляющие ползуна должны совпадать с отклонением не более 0,15 мм. Внутренняя полость станины окрашивается маслостойкой краской и используется в качестве резервуара для масла, смазывающего зубчатую передачу, установленную между трансмиссионным и коренным валами.

Горловина станины имеет боковые люки для монтажа и осмотра ползунов. Торец горловины снабжается отверстиями для штока и крепления гидравлического блока. В крышке станины имеется вентиляционный колпак для вытяжки масляных паров.

Трансмиссионный вал служит для передачи крутящего момента коренному валу насоса. Он выполнен в виде вводного вала шестерни, концы которого используются для установки клиноременного шкива или цепного колеса (в зависимости от принятой в приводе насоса передачи). Для облегчения сборки-разборки, шкивы имеют разрезную ступицу, затягивающуюся болтами, т.к. возможны перекосы в результате прогиба под действием нагрузки на консоли; а также, в следствии технологических неточностей, трансмиссионный вал устанавливают на сферических двухрядных роликоподшипниках, воспринимающих радиальные и осевые нагрузки от косозубой передачи.

Для предупреждения смятия и разбивания опорных поверхностей станины, а также для устранения брака дорогостоящей станины из-за расслабления отверстий при растачивании, подшипники устанавливают на стальные гильзы, наружный диаметр которых больше диаметра шестерни. Благодаря этому, при сборке насоса вал свободно протаскивается через отверстие станины. Соосность наружной и внутренней поверхности гильз обеспечивается жёсткими допусками на их разностенность. Эксцентриковый коренной вал имеет сборную конструкцию.

Прямой вал с эксцентриками опирается на коренном валу. Эксцентрики отливаются из углеродистой стали и соединяются сваркой. Число эксцентриков равно числу поршней бурового насоса. Угловое смещение шатунных шеек коренного вала определяется требованием равномерной подачи, согласно этому, в двух поршневых насосах двустороннего действия угловое смещение эксцентриков равно 90 градусов. Между эксцентриками располагается зубчатое колесо. Составная конструкция коренного вала удобна в техническом отношении, т.к. позволяет упростить форму заготовок и облегчить их механическую обработку. Окончательная обработка наружных поверхностей коренного вала и нарезка зубьев производится после посадки эксцентриков на прямой вал и соединение венца зубчатого колеса с его ободом. Шатун передаёт движение коренного вала к ползуну (крейцкопфу), и представляет собой кованый или литой стержень из углеродистой стали марки 35 с противоположно расположенными большой и малой шейками.

Большая шейка шатуна, называемая мотылёвой, охватывает коренной вал и имеет цельную либо разъёмную конструкцию. Независимо от конструкции, коренной вал соединяется с шатуном посредством конических роликоподшипников. У эксцентриковых валов мотылёвая шейка шатуна имеет значительно больший диаметр, чем у кривошипных и пальцевых валов, благодаря этому в эксцентриковых валах мотылёвые подшипники имеют больший диаметр и обладают большей долговечностью.

Малая шейка, называемая ползунной, служит для шарнирного соединения шатуна с ползуном, скользящим в прямолинейных направляющих. Центр шарнира движется аксиально, т.е. по прямой, проходящей через ось вращения коренного вала. Малая шейка шатуна соединяется с корпусом ползуна при помощи полого валика. При ремонтных работах через отверстия валика соседнего пропускается ломик для выпрессовки валика соседнего ползуна. Кроме того, пустотелая конструкция способствует более интенсивному охлаждению валика и подшипника шатуна, нагреваемых из-за трения. В расточку ползунной шейки запрессована втулка из оловянной бронзы или другого пластинчатого материала обычно используемого для подшипников скольжения. Запрессовка не гарантирует втулку от проворачивания и осевого смещения, и поэтому она стопорится дюбелем.

Диаметральный зазор между валиком и втулкой определяется в зависимости от диаметра валика и выбранной посадки. Валик снабжён центрирующим конусом, который входит в конусное отверстие ползуна. С помощью стопорной планки, входящей в поперечный паз торца валика и болтов, ввинченных в ползун, валик запрессовывается в конкусное отверстие и благодаря этому удерживается от продольного смещения и поворота относительно ползуна. Ползун состоит из литого корпуса и чугунных накладок, которые крепятся к цилиндрической поверхности болтами, застопоренными от самоотвинчивания упругими шайбами. В боковых стенках корпуса располагается ступица валика. В днище корпуса – резьбовые отверстия для ползунной части штока, представляющее собой стальной стержень с наружной резьбой для крепления с корпусом ползуна и внутренней резьбой для соединения с поршневой частью штока. Стопорение штока в ползуне осуществляется штифтом и гайкой.

Гидрокоробки

Гидрокоробки отливаются из углеродистой стали с горизонтальными расточками для цилиндровой втулки и вертикальными гнёздами для нагнетательных клапанов. Через общую надклапанную полость прокачиваемая жидкость из поршневой и штоковой камер цилиндра направляется в нагнетательный коллектор, толщина стенок которого равна 30-40 мм, что необходимо для создания прочности и герметичности гидрокоробки. Конструктивные формы обеспечивают:

технологичность изготовления;

удобство монтажа;

осмотр и регулировку деталей и узлов насоса, размещённых в гидрокоробке.

В двух поршневых насосах различают левую и правую гидрокоробки, имеющие зеркальную конструкционную форму.

Приёмный и нагнетательные коллекторы имеют литую либо сварно-литую конструкцию. Для снижения гидравлических потерь и износа коллекторы имеют плавные переходы, диаметры переходных отверстий обеспечивают скорость потока до 6 м/с. На нагнетательный коллектор устанавливают предохранительный клапан, пневмокомпенсатор и присоединяют нагнетательный патрубок манифольда (труба).

Приёмный коллектор с всасывающими клапанами присоединяется к боковым приливам гидрокоробки. Втулки неподвижно установлены в горизонтальных расточках гидрокоробки, они являются более крупными по габаритам сменными деталями буровых насосов. Конструктивное исполнение, длина, наружные и внутренние диаметры их регламентируются отраслевыми стандартами. Цилиндровые втулки изготавливают из высокоуглеродистых и легированных сталей. За рубежом делают из хромистых чугунов и керамики. Внутренняя поверхность цилиндрических втулок упрочняется закалкой с нагревом токами высокой частоты, борированием, хромированием и другими химико-термическими методами.

Пневмокомпенсаторы

Пневмокомпенсаторы служат для выравнивания пульсации давления, которое вызывается колебаниями подачи жидкости из-за неравномерной скорости движения поршней в насосах.

Пневмокомпенсатор представляет собой закрытый сосуд, заполненный сжатым азотом. При подаче жидкости объём газа в нём уменьшается и в результате этого начальное давление газа возрастает до рабочего давления насоса. При работе насоса, объём газа в пневмокомпенсаторе периодически изменяется в пределах изменения подачи насоса за один двойной ход. Давление в пневмокомпенсаторе стабилизируется по мере приближения начального давления газа к рабочему давлению насоса, при этом достигается максимально возможное выравнивание пульсации давления и скорости жидкости, нагнетаемой в бурильную колонну.

Для предохранения газа от утечек и растворения прокачиваемой жидкости пневмокомпенсаторы снабжаются разделителем диафрагменного или поршневого типа.

Диафрагменный компенсатор, широко использованный в отечественной и зарубежной практике бурения, состоит из толстостенного сферического корпуса, крышки, штуцера и эластичной диафрагмы. Корпус изготовляется из стального литья и после механической обработки имеет гладкую внутреннюю поверхность. Для такелажирования при монтаже и ремонте корпус снабжается проушинами. При одинаковой энергоёмкости пневмокомпенсатора, его сферическая форма, по сравнению с цилиндрической, придаёт ему компактность и меньшую массу.

Диафрагма, отделяющая верхнюю газовую полость от жидкости, поступающей через штуцер, имеет сферическую форму с горловиной, уплотняемой в проточках корпуса и крышки. Крышка затягивается шпильками, ввёрнутыми в корпус. Диафрагма изготовляется из прорезиненной ткани и при полной разрядке пневмокомпенсатора плавно прилегает к внутренней его поверхности. Образование складок и деформирование диафрагмы при этом нежелательны вследствие возможных потерь эластичности, особенно при низкой температуре. Отверстия пневмокомпенсатора перекрываются конусным утолщением диафрагмы.

Металлическая шайба и диск из прорезиненной ткани устраняют возможность выдавливания диафрагмы в отверстие штуцера и способствуют плотному прилеганию конуса диафрагмы к штуцеру при вытеснении жидкости из пневмокомпенсатора во время остановок насоса. На крышке установлен угловой вентиль для зарядки пневмокомпенсатора сжатым газом. Пневмокомпенсаторы заряжают сжатым азотом, доставляемым в баллонах, давление газа контролируется монометром, снабжённым вентилем. Монометр включается с помощью вентиля перед пуском насоса для контроля начального давления в пневмокамере. При работе насоса вентиль закрывается, поэтому монометр предохраняется от поломок, вызываемых пульсацией давления в пневмокамере. Из насоса жидкость поступает в пневмокомпенсатор через штуцер, затягиваемый шпильками, которые одновременно служат для крепления компенсатора к фланцу нагнетательного коллектора насоса.

Долговечность диафрагмы зависит от объёма газа и жидкости при работе насоса, определяемых отношением начального и рабочего давления в пневмокамере. При сравнительно небольших начальных давлениях плоскость перегиба под действием рабочих давлений смещается к верхним сечениям корпуса, имеющим по сравнению со средним сечением меньшую площадь, в результате этого увеличивается изгиб и амплитуда напряжений в деформированных сечениях диафрагмы, вызывающие снижение срока её службы. При больших начальных давлениях плоскость перегиба смещается вниз и возникает опасность повреждения диафрагмы от соударений с днищем корпуса. Для устранения этого требуется своевременное регулирование начального давления.

Предохранительный клапан

Предохранительные клапаны предназначены для ограничения повышающегося давления жидкости сверх установленной величины с целью предупреждения аварий в насосном агрегате и нагнетательной линии от перегрузок, а также обеспечении безопасности работы.

Предохранительные клапаны действуют эпизодически, например, при образовании пробок, ошибочном пуске насоса, при закрытых задвижках и других случаях, вызывающих чрезмерное увеличение давления насосов.

Поршневые насосы почти не снижают подачу жидкости при возрастании сопротивления нагнетательной линии, поэтому в поршневом насосе для безопасного выхода промывочной жидкости в случаях превышения давления обязательно должен быть предохранительный клапан.

В буровых насосах У8-6 МА, УНБ-600 используются предохранительные клапаны диафрагменного пластинчатого типа, рабочая часть которых представляет собой герметично закреплённую по наружному контуру пластину, воспринимающую давление промывочной жидкости. При повышении давления сверх заданного значения, диафрагма срезается кромками зажимного калиброванного кольца. В буровых насосах используются диафрагмы из листовой латуни марки Л-62 толщиной 0,4-0,5 мм и наружным диаметром 88±0,5 мм. Согласно опытным данным, установлено, что среднестатистическое значение предела прочности на срез пластины из латуни Л-62 составляет 2,3 Мпа.

На нагнетательных линиях около каждого насоса после компенсаторов устанавливают отсекающую задвижку высокого давления или обратный клапан с целью возможности работы одним насосом в случае ремонта второго. Кроме этого, около насоса устанавливают пусковую задвижку, которая устраняет гидроудар при пуске насоса и выравнивает давление в нагнетательной линии при восстановлении циркуляции бурового раствора. Нагнетательный патрубок пусковой задвижки соединяют с приёмной ёмкостью. При монтаже для всех насосов нагнетательного трубопровода в конце его можно установить одну пусковую задвижку, которая обеспечит возможность пуска любого насоса.