Крепления неподвижного конца талевого каната

Неподвижный конец каната крепится к полу буровой при помощи механизма, который также предназначен для периодического перепуска каната с целью повышения его срока службы. Механизм состоит из литого стального корпуса, в отверстия кронштейна закреплена ось, на которой на двухрядном коническом подшипнике вмонтирован консольный рычаг. На этой оси также на двухрядном коническом подшипнике установлен барабан, на который навивается неподвижный конец каната.

После навивки на барабан, канат при помощи фиксатора соединяется с консольным рычагом, на противоположном конце которого – сжимное устройство талевого каната. Между проушинами консольного рычага и корпуса находится датчик усилия действующего в канате. Механизм рассчитан на канат диаметром до 30 мм и растяжением до 450 Кн. Канат пропускается следующим образом: отпускают болты зажимного устройства и подают запасную часть каната, а ведущий его конец наматывают на барабан лебёдки. После перепуска требуемой длины каната болты вновь затягивают и регулировочным винтом настраивают положение консольного рычага.

Вертлюг

Вертлюг – промежуточное звено между поступательно перемещающимся талевым блоком с крюком, буровым рукавом и вращающейся бурильной колонной, которая при помощи замковой резьбы соединяется через ведущую трубу со стволом вертлюга. Для обеспечения подачи бурового раствора или газа перемещающийся вертлюг соединен с напорной линией при помощи гибкого бурового рукава, один конец которого крепится к отводу вертлюга, а второй – к стояку на высоте чуть большей половины его длины.

Вертлюг обеспечивает возможность свободного вращения бурильной колонны при невращающихся корпусе и талевой системе. Он подвешен на её крюке и выполняет функции сальника для подачи внутрь вращающейся колонны бурового раствора, закачиваемого насосами по гибкому рукаву.

На рисунке показана принципиальная схема вертлюга для бурения глубоких скважин. Основная вращающаяся его деталь – полый ствол 1, воспринимающий вес бурильной колонны. Ствол смонтирован в корпусе 3 на радиальных 4 и 7 и упорных 5 и 6 подшипниках, снабжён фланцем, передающим вес колонны через главную опору 5 на корпус 3, подвешенный к крюку на штропе 12. Опоры ствола фиксируют его положение в корпусе, препятствуют осевым, вертикальным и радиальным перемещениям, и обеспечивают устойчивое положение и легкость вращения.

Вес корпуса вертлюга со шлангом, осевые толчки и удары колонны снизу вверх воспринимаются вспомогательной опорой 6. Ствол вертлюга – ведомый элемент системы. При принятом в бурении нормальном направлении вращения бурильной колонны (по часовой стрелке, если смотреть сверху на ротор) ствол и все детали, связанные с ним, во избежание самоотвинчивания, имеют левые резьбы.

Штроп 12 крепится к корпусу на осях 16, смонтированных в приливах корпуса. Приливы имеют форму карманов, которые ограничивают угол поворота штропа (40°) для установки его в положение, удобное для захвата крюком, когда вертлюг с ведущей трубой находится в шурфе.

К крышке корпуса 15 прикреплён отвод 13, к которому присоединяется буровой рукав 14. Буровой раствор поступает из рукава через отвод в присоединённую к нему напорную трубу 9, из которой он попадает во внутренний канал ствола вертлюга. Зазор между корпусом напорного сальника 10 и напорной трубой 9 уплотнён сальником 11, обеспечивающим герметичность при больших рабочих давлениях бурового раствора.

Напорный сальник 11 во время роторного бурения эксплуатируется в тяжёлых условиях, срок его службы (50-100 ч) во много раз меньше, чем остальных деталей вертлюга, поэтому он выполняется быстросменным. В верхней и нижней частях корпуса вертлюга для уплотнения зазора между корпусом и вращающимся стволом устанавливают самоуплотняющиеся манжетные сальники 2 и 8, которые предохраняют от вытекания масла из корпуса и попадания в него снаружи влаги и грязи.

В вертлюгах есть устройства для заливки, спуска масла и контроля его уровня, а также сапун для уравновешивания с атмосферным давлением паров внутри корпуса, создающегося при нагреве в процессе работы. Это устройство не пропускает масло при транспортировке вертлюга в горизонтальном положении.

Типоразмер вертлюга определяется динамической нагрузкой, которую он может воспринимать в процессе вращения бурильной колонны, допустимой статической нагрузкой и частотой вращения, предельным рабочим давлением прокачиваемого бурового раствора, массой и габаритными размерами. Каждый вертлюг имеет стандартную левую коническую замковую резьбу для присоединения к ведущей трубе двух-трёх размеров. Корпус вертлюга выполняется обтекаемой формы для того, чтобы он не цеплялся за детали вышки при перемещениях.

Вертлюги приспособлены к транспортировке любыми транспортными средствами без упаковки.

Циркуляционные системы

Циркуляционная система служит для подачи бурового раствора от устья скважины к приёмным емкостям, очистки от выбуренной породы и дегазации.

На рисунке представлена упрощённая схема циркуляционной системы ЦС100Э: 1 – трубопровод долива; 2 – растворопровод; 3 – блок очистки; 4 – приемный блок; 5 – шкаф управления электрооборудованием.

Упрощённая конструкция циркуляционной системы – это желобная система, которая состоит из желоба для движения раствора, настила около желоба для хождения и очистки желобов, перил и основания.

Желоба могут быть деревянными из досок 40 мм и металлическими из листового железа 3-4 мм. Ширина – 700-800 мм, высота – 400-500 мм. Применяют желоба прямоугольного профиля и полукруглые. С целью уменьшения скорости течения раствора и выпадения из него шлаба в желобах устанавливают перегородки и перепады высотой 15-18 см. На дне желоба в этих местах устанавливают люки с клапанами, через которые удаляют осевшую породу. Общая длина желобной системы зависит от параметров применяемых растворов, условий и технологии бурения, а также от механизмов, используемых для очистки и дегазации растворов. Длина, как правило, может быть в пределах 20-50 м.

При использовании комплектов механизмов очистки и дегазации раствора (вибросита, пескоотделители, илоотделители, дегазаторы, центрифуги) желобная система применяется только для подачи раствора от скважины к механизму и приёмным емкостям. В этом случае длина желобной системы зависит только от расположения механизмов и емкостей по отношению к скважине.

В большинстве случаев желобная система монтируется на металлических основаниях по секциям, имеющим длину 8-10 м и высоту до 1 м. Такие секции устанавливают на стальные телескопические стойки, регулирующие высоту установки желобов, это облегчает демонтаж желобной системы зимой. Так, при скоплении и замерзании под желобами выбуренной породы, желоба вместе с основаниями могут быть сняты со стоек. Монтируют желобную систему с уклоном в сторону движения раствора; с устьем скважины желобная система соединяется трубой или желобом меньшего сечения и с большим уклоном для увеличения скорости движения раствора и уменьшения в этом месте выпадения шлаба.

В современной технологии бурения скважин предъявляют особые требования к буровым растворам, согласно которым оборудование по очистке раствора должно обеспечивать качественную чистку раствора от твёрдой фазы, смешивать и охлождать его, а также удалять из раствора гз, поступивший в него из газонасыщенных пластов во время бурения. В связи с этими требованиями современные буровые установки комплектуются циркуляционными системами с определённым набором унифицированных механизмов – емкостей, устройств по очистке и приготовления буровых растворов.

Механизмы циркуляционных системы обеспечивают трёхступенчатую очистку бурового раствора. Из скважины раствор поступает на вибросито в первую ступень грубой очистки и собирается в отстойнике ёмкости, где осаждается грубодисперсный песок. Из отстойника раствор проходит в отсек циркуляционной системы и подаётся центробежным шламовым насосом в дегазатор при необходимости дегазации раствора, а затем – в пескоотделитель, где проходит вторую ступень очистки от породы размером до 0,074-0,08 мм. После этого раствор подаётся в илоотделитель – третью ступень очистки, где удаляются частицы породы до 0,03 мм. Песок и ил сбрасываются в ёмкость, откуда подаётся в центрифугу для дополнительного отделения раствора от породы. Очищенный раствор из третьей ступени поступает в приёмные ёмкости – в приёмный блок буровых насосов для подачи его в скважину.

Оборудование циркуляционных систем скомплектовано заводом в следующие блоки:

блок очистки раствора;

промежуточный блок (один или два);

приёмный блок.

Базой для комплектовки блоков служат прямоугольные ёмкости, установленные на санных основаниях.

Вибросита

Механизмы для очистки буровых растворов

Для очистки буровых растворов от породы в циркуляционных системах применяют вибросита (вибрационные сита), гидроциклонные шламоотделители и илоотделители, центрифуги.

Вибросита

В виброситах шлам от бурового раствора отделяется с помощью просеивающего устройства. Применяются одноярусные сдвоенные вибросита СВ-2, СВ-2Б и одноярусные двухсеточные вибросита ВС-1. По принципу действия все вибросита аналогичны.

На рисунке изображено схематическое изображение вибросита. Его основные элементы следующие: поддон для сбора очищенного раствора 7, приёмник с распределителем потока 2, вибрирующая рама 5 с сеткой 4, вибратор 3, амортизаторы 6.

Вибросито СВ-2

Кардинальных различий среди вибросит нет. Так, вибросито СВ-2 состоит из сварной станины 1 с приёмной ёмкостью, на которой установлены распределительный желоб 2, два электродвигателя 3 для привода вибрирующей рамы 5 и амортизаторы 6. Каждая из двух вибрирующих рам опирается на четыре резиновых амортизатора, имеет вибратор с эксцентриком вала, который приводится в движение от электродвигателя клиноременной передачей, закрытой ограждением 4. Между барабанами 7 натягивается рабочая сетка. Сетки наклонены горизонталью под углом 12-18 градусов.

В ВС-1 на вибрирующей раме закреплена сменная кассета с сетками. Вибрирующая рама опирается на четыре амортизатора из витых цилиндрических пружин, прикреплённых к станине сита.

Рама состоит из основания, двух боковин, скреплённых между собой болтами. Боковины дополнительно скрепляются распоркой, рамой привода, корпусом вибратора. В корпусе вибратора установлен вал с дисбалансами, обеспечивающими необходимую амплитуду колебания. На раме привода расположен электродвигатель, соединённый с вибратором клиноременной передачей. На противоположной стороне рамы привода установлены грузы, уравновешивающие привод.

Вибросита при монтаже устанавливают на блоке очистки циркуляционной системы над ёмкостью и крепят болтами. Отклонения станины от горизонтального положения – не более 5 мм. Вокруг вибросита монтируют площадку с ограждением шириной не менее 0,75 м. Приёмный патрубок (желоб) вибросита соединяют трубой с устьем скважины. Для приведения в рабочее положение вибросита, отвинчивают четыре транспортных болта, крепящие вибрирующую раму. Устанавливают электродвигатель и надевают два клиновидных ремня. При установке кассет с сетками, проверяют наличие резиновых выступов на основании сетки и правильность их расположения. Кассеты устанавливают таким образом, чтобы с каждой стороны оставались равные промежутки, после чего прижимами затягивают болты до соприкосновения витков пружины.

Гидроциклоны

По принципу действия гидроциклоны представляют собой инерционно-гравитационные отделители грубодисперсного шлама от бурового раствора.

Для удаления из раствора песка с размером частиц более 0,074 мм применяют гидроциклоны диаметром 150 мм и более, которые называются пескоотделителями. А для выделения ила с размером частиц менее 0,074 мм – гидроциклоны диаметром 50-100 мм – илоотделители. Для очистки растворов от мелкодисперсных частиц диаметром 0,03 мм используют центрифуги различных конструкций.

В циркуляционной системе буровой установки применяются гидроциклонные шламоотделители 1ПГК, ПГ-50, называемые пескоотделителями.

Пескоотделитель 1ПГК

Пескоотделитель представляет собой батарею из четырёх параллельно включённых гидроциклонов 2 с внутренним диаметром 150 мм, установленных на раме 1, выполненной в виде лотка с наклонным дном и люком, имеет крестовину 3 и четыре отвода 4 с резиновыми рукавами. Во внутренней полости рамы закреплён вертикальный шламовый насос ВШН-150, нагнетательный патрубок которого соединён с подающей трубой. Внутренняя полость рамы – резервуар – разделена перегородкой на два отсека, один отсек со шламовым насосом соединён с желобной системой, а на втором отсеке имеется шибер для удаления через люк шлама.

Гидроциклон

Гидроциклон состоит из стального цилиндрического корпуса 1 с тангенциальным патрубком, к которому крепится резиновое сопло и подсоединяется подающая труба. Внутри корпуса вставлен и закреплён цельнолитой полый резиновый конус 3, к нижней части которого присоединена сменная песковая насадка 4. В верхней крышке корпуса на фланце установлена сливная насадка 5 с патрубком 2, служащим для присоединения отводов в коллектор, по которому выходит очищенный раствор.

Принцип работы гидроциклона следующий. Буровой раствор подаётся насосом по тангенциальному патрубку в гидроциклон; под влиянием центробежных сил более тяжёлые частицы отбрасываются в периферию корпуса гидроциклона; по конусу опускаются вниз и через насадку сливаются наружу. Чистый буровой раствор концентрируется в центральной части гидроциклона и через патрубок в верхней части сливается в ёмкость циркуляционной системы. Для повышения частоты вращения раствора в гидроциклоне сопло тангенциального патрубка сужено.

Пропускная способность гидроциклонного пескоотделителя ПГ-50 – до 45 л/с при рабочем давлении перед гидроциклоном 0,2-0,3 МПа.

Илоотделители состоавляют третью ступень очистки буровых растворов. Они состоят из 12-16 гидроциклонов диаметром 75 или 100 мм с общим выводом бурового раствора, смонтированных на раме с поддоном для сбрасываемого ила и шламового насоса ВШН-150. Илоотделитель ИГ-45 состоит из 16 гидроциклонов диаметров 75 мм. Максимальная производительность по очищенной жидкости составляет 45 л/с при рабочем давлении перед гидроциклоном 0,2-0,3 МПа.

При монтаже пескоотделитель и илоотделитель устанавливают на блоке очистки или на промежуточном блоке циркуляционной системы, и крепят к блокам болтами.

Глиномешалки

Механизмы для приготовления буровых растворов

Для приготовления буровых растворов используют следующие механизмы: глиномешалки, фрезерно-струйные мельницы, гидромешалки и гидросмесители.

В глиномешалках и фрезерно-струйных мельницах осуществляется механическое перемешивание воды с комовой глиной или порошкообразными материалами, а в гидромешалке и гдиросмесителе – гидравлическое.

Современные циркуляционные системы буровых установок комплектуются блоками приготовления раствора (БПР) из порошкообразных материалов, которые также используются для приготовления жидких химических реагентов из различных порошкообразных компонентов.

Глиномешалки

Применяются глиномешалки типа Г2-П2-4 и МГ-2-4, которые состоят из сварного овального сечения барабана, смонтированного на раме. Внутри барабана на подшипниках установлены параллельно два вала, на которых закреплены рабочие лопасти. На одних концах валов посажены зубчатые колёса, находящиеся между собой в зацеплении, привод валов осуществляется от электродвигателя плоскоременной передачей через ведомый шкив и расположенной на одном с ним валу шестерни.

Глиномешалка МГ-2-4

Воду, глину и другие компоненты подают в барабан глиномешалки через загрузочный люк, в верхней части которого имеется решётка. Конструкция глиномешалки позволяет непрерывно или периодически выпускать раствор через впускной клапан, расположенный в нижней части барабана. Параметры приготовляемого раствора регулируют соответствующими порциями компонентов, подаваемых в барабан.

Монтируют глиномешалку на блочном основании вместе с приводом и укрытием в начале желобной системы, что позволяет очистить приготовленный раствор от посторонних примесей или нерастворённых кусков глины. От сливного люка глиномешалки до желобной системы устанавливают жёлоб с уклоном в сторону слива раствора. К загрузочному люку делают наклонный трап шириной 2-2,5 м и длиной 8-10 м, в зависимости от высоты установки глиномешалки.

Для механизированной загрузки глиномешалки монтируют специальное загрузочное устройство, состоящее из тележки, путепровода, расположенного на трапе и приспособления для подачи тележки к загрузочному люку. Для подачи тележки используют электродвигатель с редуктором и барабаном для троса или электродвигатель привода глиномешалки. Для этого на торце рабочего вала глиномешалки устанавливают шинно-пневматическую муфту ШПМ-300 с барабаном. Трос от барабан пропускают через направляющие ролики и соединяют с загрузочной тележкой. К люку глиномешалки подводят водопровод и устанавливают задвижку.