Модернизация талевой системы буровой установки БУ 4500/270 ЭК-БМ-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Модернизация талевой системы буровой установки БУ 4500/270 ЭК-БМ-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
Целью дипломного проекта Хабарова Олега Ивановича является модернизация талевой системы 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 талевой системы буровой установки. Основой модернизации является модернизация крюкоблока с учетом действия нагрузок при осуществлении спускоподъемных операция с использованием СВП, выполнин расчет растояния между талевым конатом и кронблоком. Для этой цели проведен анализ и пердложена конструкуции крюкоблока с учетом углов талевого каната и распределения нагрузок в объемном состоянии.
Объем расчетно-пояснительной записки составляет 107 страниц. Графическая часть составляет 9 листов.
2 Талевые механизмы

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.
2.1 Кронблок

Кронблоки устанавливают на наголовнике буровых вышек. Они являются неподвижной частью талевого механизма. Конструкции кронблоков зависят от типа используемых вышек и различаются по числу шкивов, грузоподъемности и конструктивной схеме.
Шкивы кронблока вращаются на неподвижных осях, расположенных соосно либо несоосно. При несоосной схеме ось шкива, используемого для ходовой струны талевого каната, располагается перпендикулярно к осям остальных шкивов. Несоосное расположение шкивов обусловлено схемой оснастки талевого механизма, обеспечивающей возможность перемещения талевого блока вдоль свечи при использовании комплекса АСП для механизированной расстановки свечей. Число шкивов и грузоподъемность кронблоков выбирают в зависимости от допускаемой нагрузки на крюке
Типовая конструкция кронблока с соосным расположением шкивов. На сварной раме в разъемных опорах установлены две секции шкивов Рама сварена из продольных и поперечных балок, изготовленных из проката высокого качества. Оси в опорах предохраняются от провертывания дюбелями. Подвесной блоки используется для вспомогательных работ (вспомогательная лебедка).
Каждая секция состоит из оси, на которой установлены шкивы, вращающиеся на подшипниках качения. В зависимости от грузоподъемности кронблока шкивы устанавливают на двух роликовых либо сдвоенных подшипниках с коническими роликами. Последние имеют общее наружное кольцо и два внутренних. Между подшипниками соседних шкивов на оси имеются распорные кольца, благодаря которым исключается трение ступиц смежных шкивов, вращающихся с различной частотой. Между наружными кольцами роликоподшипников в ступицах шкивов устанавливаются разрезные пружинные кольца, а на оси—распорные кольца с проточкой и отверстиями для выхода смазки к подшипникам. Через масленки, продольные 8 и радиальные отверстия в оси смазка подается ручным насосом в полость между кольцами подшипников шкива.
Для сохранения смазки и защиты подшипников от загрязнения используются фланцевые крышки, закрепленные на ступицах шкивов. В других конструкциях для этого используются лабиринтные уплотнения, состоящие из колец, запрессованных в ступицу и входящих в кольцевой паз ступицы соседнего шкива. Осевые зазоры подшипников регулируются гайкой, предохраняемой от отвертывания винтом либо стопорной шайбой.
2.2 Талевые блоки

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 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.

4 Техническое предложение по модернизации талевой системы буровой установки

4.1 Основание для модернизации талевой системы

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 14.
В процессе эксплуатации талевой системы буровой установки данного типа стали наблюдаться следующие проблемы:
- повышенный износ талевого каната;
- истирание реборд блока крюкоблока и кронблока;
- выдавливание стопорных колец на талевом блоке и кронблоке, предназначенных для закрепления от осевого смещения наружного кольца двухрядного радиально-упорного конического подшипника.
Такие проблемы наблюдаются не на одной буровой установке, а но всем ряде буровых установок БУ-4500/270 ЭК-БМ, на которых в своей конструкции используется верхний привод (СВП). Использование верхнего привода как уже говорилось приводит к уменьшению расстояния в талевой системе буровой остановки.
Причиной данных явлений могут быть конструктивные недоработки буровых установок:
1. Большая разница между диаметрами секций кронблока и шириной по оси шкивов крюкоблока, а также шириной кронблока. В следствии чего талевый канат испытывает не только растягивающие нагрузки но возникают и осевые (изгибающие).
2. Износ талевого каната наблюдается также непосредственно в результате намотки на барабан лебедки.
На буровых установках БУ-125; БУ-3000БД; БУ-5000(ЗД-76, 3Д-78), используют крокоблоки и непосредственно талевые блоки шириной 850-1000 мм. Для устранения возникающих проблем необходимо увеличить ширину талевого блока.

4.2 Техническое предложение по модернизации талевой системы

Одним из выходов в уменьшении износа талевого каната и сохранения талевой системы в работоспособном состоянии есть увеличение расстояния между крюкоблоком и кронблоком, чтоб произошло изменение угла между шкивом и талевых блоком.
Данное решение можно добиться изменением расстояния между талевым блоком и кронблоком, но это не возможно так как изменение высоты вышки приведет сразу и изменению как в металлоемкости буровой в целом так и нарушению кинематических связей, что не целесообразно, так как меняется не один параметр.
Техническое предложение заключается в изменении конструкции подшипникового узла талевого блока и кронблока, изменение заключается в способности подшипников воспринимать большие осевые нагрузки, которые создает талевый канат, так как сталь больше угол в крестовой оснастке, соответственно увеличились нагрузки на подшипниковый узел. Модернизацию подшипникового зла можно попытаться провести в двух направления:
- заменить стопорные кольца, на большие с подбором (с двух сторон), что вызволит воспринять большие осевые нагрузки;
- и второй путь изменить конфигурацию шкива, с установкой подшипника с одним стопорным кольцом.
Модернизация подшипникового узла не дает в полной мере избежать возникающие проблемы выявленные в ходе эксплуатации.
Следующий этап в модернизации является попытка увеличения ширины талевого блока буровой установки. Увеличение ширины талевого блока позволяет нам добиться уменьшения износа реборд шкивов талевого блока буровым канатом за счет уменьшения угла талевого каната относительно вертикальной оси, а соответственно уменьшить износ, как талевого каната так и шкивов талевой системы в целом.
Для этой цели необходимо провести анализ буровых установок разного типа, и посмотреть какое соотношение диаметров, размеров по оси крюкоблока так и кронблока.
Для этого необходимо провести расчет и определить углы в талевой системе буровых установок в зависимости от расстояния между кронблоком и талевым блоком полиспастной системы буровой установки.
В результате проведенной модернизации талевой системы буровой установки, было достигнуто:
- определены нагрузки на установленный подшипник;
- выявлено, что установленный подшипник не подходит по грузовым характеристика;
- определено конструкция талевого блока с учетом модернизации;
- стоимость изделия в целом;
- экономический эффект от предложенной модернизации.
При постановке сферических подшипниковых узлов крюкоблока, привело к уменьшению угла талевого каната между кронблоком и талевым блоком, что положительно сказалось на эксплуатационные характеристики талевого каната и оборудования в целом.
В дальнейшей работе целесообразно провести более подробный расчет углов талевого каната, для определения действующих осевых нагрузок на шкивы от каната, для подтверждения выбора сферического подшипника.

Внимание! Не хватает частей в пояснительной записке начиная с экономической части.

6 Экономическая часть         
6.1 Общая характеристика проектируемого объекта    
6.2 Расчет затрат на проведение модернизации     
7 Безопасность и экологичность проекта      
7.1 Недостатки базовой конструкции по обеспечению безопасности  
7.2 Объемно-планировочные решения проектируемого объекта  
7.3 Санитарная характеристика выполняемых работ    
7.4 Травмобезопасность проектируемого объекта     
7.5 Безопасность и защита в ЧС        
7.4 Экологичность проекта