Шинно-пневматическая муфта

Обжимная ШПМ (см. рисунок) состоит из резинового баллона 3 с ниппелем 5, который закрепляется на стальном ободе 4 гайкой. Ниппель нужен для подвода сжатого воздуха. К внутренней цилиндрической поверхности баллона прикреплены металлические колодки с прикреплёнными фрикционными накладками 1. Колодки крепятся с помощью гладких шпилек, пропущенных через отверстия в протекторной части баллона и прошплинтованных по бокам проволокой.

Баллон – резинотканная кольцевая камера овального сечения. Он предназначен не только для прижатия фрикционных прокладок к шкиву муфты 2, но и для передачи крутящего момента. Баллон состоит из внутренней резиновой камеры, многослойной обкладки из прочных прорезиненных тканей (корда) и наружного слоя резины, предназначенной для защиты корда от внешней среды и механических повреждений. По наружной цилиндрической поверхности баллона привулканизированы металлические планки с резьбовыми отверстиями для крепления баллона с помощью винтов к наружному стальному ободу. Реборда наружного обода муфты с помощью болтов соединяется с диском, ступица которого на шпонке посажена на один из соединяемых валов. На втором валу также на шпонке посажен находящийся внутри муфты шкив. При поступлении сжатого воздуха через ниппель в баллон муфты, он расширяется и прижимает фрикционные накладки к шкиву; в результате трения между колодками и шкивом происходит сцепление ведущего вала с ведомым.

Роторы

Роторы буровой установки предназначены для передачи вращения буровому инструменту при роторном бурении, периодическом проворачивания инструмента при бурении забойными двигателями, а также для удержания колонны бурильных и обсадных труб при спуско-подъёмных операциях. Ротор является редуктором, передающим вращение вертикально подвешенной колонне бурильных труб от горизонтального вала трансмиссий.

Ротор состоит из станины, имеющей расточку для стакана, в котором смонтирован приводной вал с конической шестернёй зубчатой передачи. В станине установлен основной упорный подшипник, на который упирается стол ротора с посаженным на него зубчатым венцом зубчатой передачи. Станина и стол ротора имеют кольцевые проточки, образующие лабиринтные уплотнения для предохранения масляной ванны от попадания раствора. В станину ротора запрессована втулка, образующая полость для масляной ванны основной опоры ротора. Снизу в станине установлен вспомогательный подшипник, предназначенный для центрирования стола ротора и восприятия направленных вверх нагрузок; подшипник опирается на фланец, который крепится болтами к нижнему торцу стола ротора. Фланец выполнен с цилиндрической вертикальной стенкой, образующий полость для масляной ванны вспомогательного подшипника. Для предохранения попадания раствора в масляную ванну снизу установлено лабиринтное кольцо, крепящееся болтами к станине ротора. Зазор между фланцем и лабиринтным кольцом перекрыт отбойным щитком, прикреплённым к фланцу вращающимся столом. Сверху установлена крышка ротора, прикреплённая к станине болтами. Приводной вал опирается на два конических подшипника и роликовый подшипник, которые смонтированы в стакане. Стакан со стороны шестерни перекрыт торцовой крышкой, а со стороны роликового подшипника – торцовым лабиринтным уплотнением.

Между подшипниками имеется полость для масляной ванны. На приводной вал устанавливается цепное колесо. По торцу диск стола ротора имеет вертикальные пазы, в которые входит фиксатор стопорного устройства стола. Фиксатор приварен к втулке, перемещающейся вертикальной в стакане, сверху к втулке приварена рукоятка с пластинами, входящими в пазы на крышке ротора. На одной пластинке имеется стрелка, указывающая положение фиксатора.

Снизу стопор подсоединён к пружине, удерживающей его в нужном положении. Стол ротора с наружного торца имеет квадратное углубление, в которое входит фланец втулки, устанавливаемой в стол со смонтированной в ней вертикальными стойками для поднятия клиньев пневматического клинового захвата (ПКР).

Частоту вращения ротора изменяют при помощи передаточных механизмов путём смены цепных колёс. В основном все роторы имеют одинаковую конструкцию, различаются по грузоподъёмности, проходным отверстиям в столе и приводом ведущего вала – цепным или карданным.

Монтируют ротор по центру вышечного основания на двух подроторных балках. Современные конструкции оснований вышечно-лебёдочного блока комплектуются под роторными балками, которые определяют место монтажа ротора. При агрегатном способе монтажа можно установить ротор на деревянных брусьях сечением 36 на 36 см с пазами под ротор шириной 15 см и глубиной 8-10 см. На основании ротор поднимают краном, а на подроторной балке – при помощи талевой системы. Монтируют ротор после установки шахтового направления, расстояние от нижней плоскости ротора до торца шахтового направления должно быть не меньше 400 мм.

Правильность монтажа ротора проверяется на точке пересечения шнуров, натянутых по диагонали ног вышки: вертикальная ось ротора должна совпадать с отвесом, опущенным из точки пересечения шнуров; в горизонтальной плоскости ротор проверяется по уровню. Если привод ротора осуществляется от цепной передачи лебёдки, то продольная ось ротора по приводному валу должна находиться на поперечной оси буровой. В этом случае проверяется правильность монтажа ротора по совпадению цепных колёс ротора и лебёдки в одной плоскости. Параллельное смещение колёс допускается не более 2 мм на 1 м длины – это проверка осуществляется с помощью шнура. Для предохранения ротора от смещения в сторону лебёдки, при натяжении цепи между станиной ротора и рамой лебёдки устанавливают распорку или ввинчивают упорные болты в кронштейн, приваренные к подроторным балкам.

ПКР-560

Пневматический клиновой захват ПКР-560

ПКР-560 состоит из втулки, двух конических вкладышей, клиньев с плашками. Втулка и вкладыши неподвижны относительно стола, а клинья с плашками могут перемещаться по наклонным пазам вкладыша. При перемещении вниз, клинья скользят по наклонным пазам вкладыша и сближаются в радиальном направлении. Под действием радиального усилия, возникающего в клиньях от собственного веса колонны, плашки зажимают трубу, и колонна удерживается в роторе; для освобождения зажатой трубы клинья перемещаются вверх одновременно с колонной труб, поднимаемой крюком.

Привод клинового захвата осуществляется при помощи пневматического цилиндра, закреплённого на кронштейне станины ротора. Шток пневматического цилиндра соединяется с коротким плечом рычага, длинное плечо рычага на конце имеет вилкообразную форму и надевается на ролики кольцевой рамы, с которой соединяются стойки, перемещающиеся в вертикальных направляющих пазах втулки. Верхние концы стоек укреплены в траверсе, которая рычагами соединяется с клиньями; под действием сжатого воздуха, подаваемого в поршневую полость пневмоцилиндра, шток поршня поворачивает рычаг против часовой стрелки, при этом кольцевая рама вместе со стойками, траверсой и рычагами перемещаются вверх и поднимает клинья. Обратное перемещение клиньев осуществляется при подаче сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра и повороте рычага по часовой стрелке. Рычаги обеспечивают перемещение клиньев в радиальном направлении при их подъёме и опускании.

Вес бурильной колонны, удерживаемый клиновым захватом, ограничивается допускаемым контактным давлением между плашками и телом трубы. Для снижения контактных давлений пользуются удлинёнными клиньями и специальными плашками, охватывающими трубу с минимальным зазором между их продольными торцами. В некоторых конструкциях вместо 3-ёх используется 6 клиньев, что способствует более равномерному распределению контактного давления.

Талевая система

В процессе проводки скважины подъёмная система выполняет различные операции. В одном случае она служит для проведения спуско-подъёмных операций (СПО) с целью замены изношенного долота, спуска, подъёма и удержания на весу бурильных колонн при отборе керна или других работах на скважине, а также для спуска обсадных труб. В других случаях обеспечивает создание на крюке необходимого усилия для извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны или при авариях с ней. Для обеспечения высокой эффективности при этих разнообразных работах, подъёмная система имеет два вида скоростей подъёмного крюка – техническую для СПО и технологическую для остальных операций.

В связи с изменением веса бурильной колонны при подъёме, для обеспечения минимума затрат времени подъёмная система должна обладать способностью изменять скорость подъёма в соответствии с нагрузкой. Она также служит для удержания бурильной колонны, опущенной в скважину в процессе бурения.

Подъёмная система установки представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока, талевого (подвижного) блока, стального каната, являющегося гибкой связью между буровой лебёдкой, и механизмом крепления неподвижного конца каната. Кронблок устанавливается на верхней площадке буровой вышки. К талевому блоку присоединяется крюк, на котором подвешивается на штропах элеватор для труб или вертлюг.

В настоящее время талевый блок и подъёмный крюк во многих случаях объедиянют в один механизм – кронблок.

Кронблок

Кронблок устанавливают на верхней площадке вышки, называемой наголовником. Это неподвижный элемент талевой системы.

1 – шкивы; 2 – ось; 3 – рама; 4 – предохранительный кожух; 5 – вспомогательные шкивы

Конструкция кронблока зависит от типа вышки, действующей нагрузки и объёма СПО. Шкивы кронблоков монтируют на подшипниках качения на одной или двух соосно расположенных осях, установленных в опорах на раме, либо соосно. При несоосной схеме ось шкива, служащего для подвижной струны талевого каната, располагается перпендикулярно к оси остальных шкивов. Кронблоки с несоосным расположением шкивов применяют в мачтовых вышках, установках с буровой лебёдкой, расположенной ниже пола буровой, для того, чтобы подвижный конец каната не цеплял ферму мачты. Или при использовании АСП (автоматическая система подачи) с механизированной расстановкой свечей.

Кронблок

1 – ограждение; 2 – шкив; 3 – опора; 4 – ось шкивов; 5 – кожух; 6 – подкронблочная рама

Двухсекционный блок с соосным расположением осей, в котором шкив с осью перпендикулярны, смонтирован на опоре, установленной на полке рамы. Две секции (трёхшкивные) смонтированы на опорах. Каждый шкив смонтирован на оси на двух цилиндрических роликоподшипниках, внешние кольца которых зафиксированы в ступицы шкива пружинным кольцом, а внутренние – на оси распорными кольцами. Смазка к подшипникам каждого шкива подаётся через пресс-маслёнку по каналам, просверленным по оси.

Талевый блок

Талевый блок является подвижной частью талевой системы. Предназначен, также как кронблок, для выполнения спуско-подъёмных операций и других работ, необходимых при бурении скважин. В буровых установках применяют талевые блоки двух видов:

одноосные – все шкивы смонтированы на одной оси, укреплённой в боковых щёках;

соосные с двумя осями – две сборки шкивов смонтированы каждая отдельно, а между осями оставлено пространство для пропуска свечи.

Талевый блок шестишкивный

1 – серьга; 2 – подвеска; 3 – корпус; 4 – кожух; 5 – ось шкивов; 6 – роликоподшипники; 7 – шкив; 8 – крышка

Талевый блок должен иметь минимальные габариты, особенно ширину, т.к. он движется внутри вышки в пространстве между пальцами магазина с бурильными свечами. Поэтому должно быть обеспечено минимально безопасное расстояние между блоком и элементами вышки. Талевый блок обычно выполняют из двух сварных боковых щёк, соединённых наверху полой траверсой, а внизу – поперечной подвеской, которая присоединяется с помощью пальцев. Эти детали составляют силовой каркас блока.

Талевый блок

1 – траверса; 2 – шкивы; 3 – ось; 4 – предохранительные кожухи; 5 – щеки; 6 – серьга

В щеках неподвижно закреплена ось, на которой на подшипниках качения смонтированы шкивы (для предохранения смещения ось торцов закреплена гайками). Шкивы блока закрыты кожухами, снабжёнными прорезями для прохода струн каната.

Крюкоблок

Буровой крюк предназначен для подвешивания бурильных и обсадных колонн. В процессе бурения крюк:

удерживает подвешенный на штропе вертикально перемещающийся вертлюг с вращающейся бурильной колонной;

воспринимает крутящий момент, возникающий на опоре вертлюга при вращении бурильной колонны ротором;

обеспечивает автоматическое запирание центрального рога после ввода в него штропа вертлюга;

когда ведущая труба находится в шурфе при переходе от спуско-подъёмных операций к бурению, освобождает штроп вертлюга с ведущей трубой, устанавливаемой в шурф;

при переходе от бурения к спуско-подъёмным операциям, надёжно удерживает в зеве крюка штроп вертлюга при внезапных остановках в скважине спускаемой колонны.

При СПО крюк обеспечивает:

надёжное удержание штропов при спуске и подъёме бурильной или обсадной колонны;

лёгкий поворот и манипулирование в процессе захвата или освобождении свечей;

разгрузку резьб замковых соединений;

отвеса свечи при её отвинчивании от бурильной колонны;

автоматический приподъём отвинченной от колонны свечи при её подъёме на высоту несколько большую длины замковой резьбы;

автоматическую установку элеватора в заданной позиции для захвата очередной свечи.

Крюкоблоки: а – с пластинчатым крюком; б – с литым крюком

Буровой крюк состоит из трёх рогов – двух боковых и одного центрального. Центральный рог крюка служит для захвата штропа вертлюга; два боковых – для захвата штропов элеватора, что позволяет быстро снимать и надевать на крюк вертлюг при переходе от бурения к СПО. При этом штропы элеватора остаются висеть на крюке, что облегчает работу персонала.

В корпусе крюка размещают упорный подшипник, ствол, пружину, амортизатор и другие устройства. Подшипник служит для облегчения лёгкости поворота крюка при захвате свечей или их свинчивании во время СПО. Пружина нужна для автоматического извлечения нипеля из муфты замка свечи при её отвинчивании. Ход крюка несколько больше длины резьбы замка – от 127 до 254 мм, а усилие пружины больше веса свечи. В разжатом состоянии – от 13 до 30 Кн, в сжатом – от 25 до 50 Кн.

По способу изготовления крюки подразделяются на: кованые, составные пластинчатые и литые из стали. Буровые крюки из стального литья применяют на максимальных нагрузках; для больших нагрузок – составные пластинчатые крюки. Литые крюки легче и удобнее кованых и пластинчатых.

Центральный рог имеет зев минимальных размеров, что уменьшает напряжение изгиба и позволяет выполнить тело крюка меньшего сечения. В то же время защёлка центрального рога должна быть большей длины для удобства завода штропа вертлюга в зев крюка при подъёме ведущей трубы из шурфа.

Трёхрогий стальной литой крюк с универсальным корпусом, рассчитанный на нагрузку 1,6 Мн, может быть соединён с талевым блоком как жёстко при помощи двух проушин верхней части корпуса, так и шарнирно через серьгу.