Модернизация крюкоблока буровой установки БУ 4500/270 ЭК-БМ, для бурения скважин с использованием системы верхнего привода (СВП)-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Целью дипломного проекта является модернизация крюкоблока буровой установки БУ 4500/270 ЭК-БМ, для бурения скважин с использованием системы верхнего привода (СВП). Проект состоит из пояснительной записки и чертежей.
В пояснительной записке приведено описание полиспастной системы используемой на буровой для спуско подъемных операций в процессе бурения скважин, патентно-информационный обзор. Отдельный раздел дипломного проекта посвящен описанию модернизации крюковой подвески буровой установки. Основой модернизации является замена крюка на адаптер, что позволяет именьшить как металлоемкость так и упростить конструкцию, а вследствии уиеньшить один из размеров крюковой подвески (длину). Уменьшение длины крюковой подвески и ее металлоемкость, позволяет уменьшить затраты на транспортировку, а также приводит к уменьшению износа бурового каната, в следствии увеличения расстояния между крюковой подвеской и кронблоком. В конструкторской части приведены основные расчеты. Проект рассмотрен с точки зрения безопасности и экологичности, рассчитана экономическая выгода от применения модернизации.
Объем расчетно-пояснительной записки составляет 85 страниц. В них 9 рисунков, 2 графика, 3 таблицы, 35 источников использованной литературы. Графическая часть составляет 9 листов.

Талевый механизм или талевая система — грузонесущая часть буровой установки — представляет собой полиспаст, состоящий из кронблока и талевого блока, огибаемых стальным канатом. Талевый блок снабжен крюком или автоматическим элеватором для подвешивания бурильной колонны и обсадных труб. Нагрузка подвешенного груза распределяется между рабочими струнами каната, число которых определяется числом шкивов талевого блока и кронблока. Талевая система позволяет уменьшить усилие в канате от веса поднимаемого груза. За счет этого пропорционально увеличивается длина каната, наматываемого на барабан при подъеме груза на заданную высоту.
Оснастка талевой системы буровых установок характеризуется тем, что оба конца талевого каната сбегают с кронблока, один из которых крепится к барабану буровой лебедки и называется ходовым или тяговым, а второй (неподвижный) — к специальному устройству на металлическом основании вышечного блока. При наматывании каната на барабан талевый блок с крюком подтягивается к неподвижному кронблоку. При спуске талевого блока канат разматывается с барабана, вращающегося в обратном направлении под действием веса талевого блока, крюка и подвешенной колонны труб. Неподвижная струна талевого каната используется для установки специальных датчиков, измеряющих нагрузку на крюке.
Рабочие струны талевого каната располагаются между шкивами кронблока и талевого блока и в отличие от ходовой и неподвижной изменяют свою длину при подъеме и спуске крюка. Отношение числа рабочих струн каната к числу ходовых струн идущих на лебедку, называют кратностью оснастки. Буровые лебедки связаны с талевым блоком и кронблоком одной ходовой струной, и поэтому кратность оснастки талевой системы буровых установок равна числу рабочих струн каната. Так как второй конец талевого каната неподвижный и поэтому нерабочий, кратность оснастки талевой системы буровых установок независимо от числа шкивов талевого блока и кронблока является четным числом, равным удвоенному числу шкивов талевого блока;

      (1)
где  iТС – кратность палиспасты;
 n – число шкивов.
 В двухбарабанных лебедках, используемых для неглубокого разведочного бурения, оба конца каната являются ходовыми. В этом случае соответственно числу ходовых струн кратность оснастки в 2 раза меньше числа рабочих струн.
Талевые механизмы монтируются на вышке буровых установок и имеют следующие характерные особенности:
талевый блок с крюком располагаются над устьем скважины в свободно подвешенном состоянии и перемещаются в вертикальном направлении строго по оси скважины;
высота подъема крюка ограничивается высотой вышки и без-опасностью спуско-подъемных операций;
диаметры шкивов и габариты других грузонесущих органов выбирают с учетом поперечных размеров буровой вышки;
в целях контроля действующих нагрузок и поддержания в процессе бурения заданной осевой нагрузки на долото талевые механизмы оборудуются датчиками и контрольно-измерительнымиприборами;
действующие нагрузки и скорости спуско-подъемных операций изменяются в широком диапазоне в зависимости от глубины скважины и длины колонны труб.
В талевом блоке число шкивов на единицу меньше, чем в парном с ним кронблоке. В отличие от кронблока талевый блок не испытывает нагрузок от натяжений ходовой и неподвижной струн каната, поэтому грузоподъемность его меньше, чем кронблока. Масса талевого блока должна быть достаточной для обеспечения необходимой скорости его спуска, в связи с чем талевые блоки обычно массивнее кронблока, хотя число шкивов и грузоподъемность последних больше. Талевые блоки изготовляют одно- и двухсекционными. Они предназначены соответственно для ручной расстановки свечей и для работы с комплексом АСП. Двухсекционные талевые блоки при необходимости могут быть использованы для ручной расстановки свечей.
Одно секционный талевый блок (рис. 7) состоит из двух щек 1 с приваренными накладками 2, изготовленными из стального листа. Щеки, соединяемые траверсой 2 и двумя болтовыми стяжками 4, образуют раму талевого блока. Между траверсой и стяжками в щеках имеется расточка для оси 6 шкивов. Ось крепится в щеках двумя гайками 12, предохраняемыми от отвинчивания стопорной планкой 7.
Шкивы 9 на оси талевого блока устанавливаются на подшипниках качения 8 подобно шкивам крон-блока. Для предотвращения выскакивания каната из канавки шкивов на стяжках 4 закреплен нижний кожух 3. С наружной стороны шкивы закрываются кожухами 10 с прорезями в верхней части, предназначенными для выхода каната.
Кожухи талевого блока изготовляются из листовой стали либо литыми. Предпочтительнее литые кожухи, обладающие большей массой, благодаря которой возрастает скорость спуска незагруженного талевого блока. На нижних вытянутых концах имеются отверстия для осей, соединяющих талевый блок непосредственно с корпусом крюка. Для соединения с крюками, имеющими штропы, талевые блоки снабжаются серьгой, которая находится в отверстиях кронштейнов, приваренных к нижним концам щек. Серьга талевого блока заводится под штроп крюка и крепится в отверстиях кронштейнов при помощи пальцев. Подшипники смазываются пружинными масленками через отверстия 5 в оси шкивов талевого блока.
Двухсекционный талевый блок (рис. 8) состоит из трех-блочной 2 и двухблочной 5 секций, соединенных желобом 3, который направляет талевый блок при его перемещении вдоль свечи. Для расстановки свечей на два подсвечника, расположенных у противоположных граней буровой вышки, вместо желоба используется поворотная муфта. Установка шкивов 1 на осях, крепление осей в щеках каждой секции, смазка подшипников и их предохранение от загрязнения, а также кожухи 10 шкивов выполнены по аналогии с ранее рассмотренными конструкциями кронблоков и талевых блоков.
В щеках секций талевого блока установлены две параллельные оси 6 для подвески траверсы 7. Одновременно оси 6 служат для жесткого соединения секций талевого блока. В траверсе установлен стакан 14 на упорном шарикоподшипнике 13. К стакану на двух валиках 8 подвешена скоба-подвеска 9 с проушинами для штропов автоматического элеватора, используемого в комплексе АСП. При ручной расстановке свечей в проушины скобы 9 подвешиваются петлевые штропы для работы с обычными элеваторами. В процессе бурения скоба используется для подвески вертлюга. Положение скобы фиксируется замком 12.

При бурении скважин буровыми установками БУ 4500/270 ЭК-БМ с СВП, возникла проблема в повышенном износе талевого каната, так как расстояние между крюкоблоком и кронблоком стало меньше связи с использованием СВП, на высоту СВП 6,5 м.
В стандартном варианте крюкоблок УТБК-5-270 следующею компоновку изображенную на рисунке 15.
Крюкоблок состоит из талевого блока УТБ-5-270 и крюка УУТЛ-270, которые соединены осями. Крюк УКТЛ-270 рисунок 15, в дальнейшем «крюк», состоит из вращающихся на упорном подшипнике 17 частей: сварно-литого крюка 1, ствола 7, пружины 8, установленных между фланцами стаканов 10 и 11, двух вкладышей 6, и не вращающихся частей – траверсы 15, гидроамортизатора 12 и крышки 13.
Зев крюка закрывается защелкой 3 с пружинным стопором 4.
Закрывание защелки производиться штропом вертлюга при его посадке на крюк, когда штроп давит на защелку и поворачивает ее под упор, при этом защелка закрывается стопор.
Боковые рога крюка имеют седловидные выточки под штропа элеватора, закрытые от соскакивания штропов скобами.
Ствол от поворота удерживается шпонкой с возможностью вертикального перемещения ствола на длину рабочего хода пружин. Данная операция необходима при ручной расстановке свечей в два подсвечника.
СВП также имеет в конструкции систему пружин предохраняющие от повреждения буровое оборудование при выполнении спускоподъемных операций, и возникновении осложнений в процессе бурения. СВП в своей комплектации также имеет встроенный элеватор, что отпадает использование крюка с рогами для подвешивания элеватора.
Общая длина крюка используемая в крюкоблоке составляет 2483 мм, непосредственно длина крюка в комплекте с талевым блоком составляет 2133 мм.

4.2 Техническое предложение по модернизации крюкоблока

Одним из выходов в уменьшении износа талевого каната и сохранения талевой системы в работоспособном состоянии есть увеличение расстояния между крюкоблоком и кронблоком.
Для этой достижения этой цели и уменьшения металлоемкости, а следовательно упрощение конструкции крюкоблока в целом, целесообразно изменение конструкции крюковой подвески. Для этого мы отойдем от крюка с рогами и демферной пружины.
На талевый блок предлагается установить подвеску (адаптер) на штатные места крепления крюка, для уменьшения переделок в конструкции крюкоблока, рисунок 17.

В результате проведенной модернизации крюковой подвески, а не посредственно талевого блока УТБ-5-270, мы получили уменьшение:
- массы крюкоблока;
- высоты;
- время проведения технического обслуживания;
- стоимость изделия в целом;
- транспортных расходов.
При уменьшении высоты крюкоблока привело к увеличению расстояния между кронблоком и талевым блоком, что положительно сказалось на эксплуатационные характеристики талевого каната и оборудования в целом.
Необходимо было провести расчет необходимого расстояния между крюкоблоком и кронблоком, что способствовало к определению необходимого минимального расстояния между оборудованием.