книги / Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов. Силовые приводы машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов

крышки помещаются уплотнительная втулка 5, резиновое уплотнительное кольцо 4, конусная стальная шайба 3 и пружина 2. Подшипники смазываются с помощью масленки 11.

Сжатый воздух, поступая в вертлюжок, давит на резиновое уплотнительное кольцо 4 и втулку 5, которая прижимается к торцу шпинделя и создает необходимое уплотнение между корпусом и вращающимся шпинделем. Пружина 2 служит для создания первоначального давления на конусную шайбу 3, уплотнительное кольцо 4 и втулку 5, когда воздух еще не включен. Шпиндель 9 должен иметь закаленную и полированную торцовую поверхность и в месте сопряжения с уплотнительной втулкой минимальную разницу в толщине стенок. Уплотнительная втулка изготовлена из текстолита.

Во втулках делается скос, в который под действием сжатого воздуха вдавливается резина уплотнительного кольца, создавая большую герметичность. Кроме того, запрессованная в конусный зазор резина лучше удерживает втулку от проворота. Резина должна быть маслотеплостойкой. Корпус вертлюжка удерживается от проворота резиновым шлангом, подводящим воздух.

Для раздельного подвода сжатого воздуха к двум муфтам применяется торцовый двухканальный вертлюжок (рис. 4.5, б). Он имеет шпиндель, состоящий из наружной трубы 21 с окнами В и внутренней 22. Внутренняя труба приварена к наружной, и обе они приварены к фланцу 1. Вертлюжок болтами крепится к торцу вращающегося вала. Трубы 21 и 22 вертлюжка образуют полости А и Б, по которым воздух подводится к вращающемуся валу.

На шпинделе на подшипниках 3 посажен корпус вертлюжка 2; между подшипниками установлена распорная втулка 4. Подшипники удерживаются на шпинделе пружинной разрезной шайбой 6. Между корпусом вертлюжка и крышкой 9 установлена фигурная торцовая шайба 7. Для герметичности между торцовой шайбой 7 и крышкой 9 установлена прокладка 8. На шпинделе находятся уплотнительные торцовые втулки 10 и 14, которые торцовыми поверхностями прижимаются соответственно к торцовым поверхностям невращающейся шайбы 7 и к крышке вертлюжка 15. Первоначальное прижатие торцовых втулок 10 и 14 к уплотнительным поверхностям осуществляется пружиной 13, помещенной между кольцами 12.

Между кольцами 12 и торцовыми втулками 10 и 14 на шпиндель надеты уплотнительные кольца 11 из масловодотеплостойкой резины. Эти кольца создают герметичность между шпинделем и торцовыми уплотнительными втулками. Воздух, попадая через патрубок П1 и окно В в полость Б, давит на торцовую поверхность колец 12 и прижимает уплотнительные втулки к неподвижным поверхностям вертлюжка. Второе торцовое уплотнение (полость А) создается торцовой уплотнительной втулкой 17, которая прижимается к торцу вращающегося шпинделя. Первоначальное прижатие втулки 17 создается пружиной 20. Герметичность между внутренней цилиндрической поверхностью крышки 15 и втулкой 17 создается резиновым кольцом 18. Воздух в полость А поступает через патрубок П2.

Вращающимися элементами сдвоенного вертлюжка являются: шпиндель, приваренный к фланцу 1, уплотнительные торцовые втулки 10 и 14, резиновые кольца 11 и 12, пружина 13. Остальные детали вертлюжка не вращаются. Воздух, попадая через патрубок П2 в полость А, давит на торец кольца 19 и прижимает торцовую втулку к шпинделю. Крышка 9 ввинчивается в корпус вертлюжка, а крышка 15 крепится к крышке 9 болтами 16. Подшипники смазываются с помощью пружинной масленки 5. Корпус вертлюжка удерживается от вращения воздухоподводящими шлангами, укрепленными на патрубках.

Конечный выключатель

В установках с дизельным приводом предусмотрен конечный выключатель, предупреждающий возможность подъема талевого блока выше допустимой отметки.

81

Талевый блок, нажимая на выключатель, воздействует на кран пневматической системы, в результате чего сжатый воздух выпускается из пневматической муфты подъемного вала лебедки, отключает его и одновременно включает систему пневмоуправления ленточным тормозом.

Конечный выключатель состоит из двух двухклапанных кранов, установленных на раме лебедки, траверсы, соединяющей рукоятки кранов, и стального тросика. Тросик одним концом прикрепляется к поясу буровой вышки на расстоянии примерно 4–6 м от кронблока, протягивается между струнами талевого каната к противоположной стороне буровой вышки и далее через специальный ролик спускается вдоль вышки вниз, где к нему прикрепляется траверса двухклапанных кранов.

Если талевый блок, дойдя до протянутого канатика, будет продолжать двигаться вверх, тросик, увлекаемый блоком, выдернет шплинт, с помощью которого тросик соединяется с траверсой, рукоятки двухклапанных кранов под действием установленных на них грузов упадут вниз и переключат краны. При этом один кран соединит полость муфты подъемного вала с атмосферой, а другой откроет доступ воздуха в пневматический цилиндр для торможения барабана [6].

4.3. Системы воздухоснабжения пневматического управления

4.3.1. Схема воздухоснабжения

На рис. 4.6 приведена схема воздухоснабжения пневматических систем управления буровых установок. Питание системы сжатым воздухом осуществляется двумя компрессорами 1. Компрессорная станция соединена общим воздухопроводом с воздушным резервуаром 5. Между каждым компрессором и резервуаром установлены обратные клапаны 2, пропускающие воздух из цилиндров компрессора в резервуар и перекрывающие проход воздуха в обратном направлении из маслоотделителя 4.

Воздушные резервуары предназначены для выравнивания давления в системе пневматического управления. Они также являются аккумуляторами энергии, благодаря чему компрессор часть времени не работает. Компрессоры включаются клапаном 3 после того, как давление в системе снизится до наименьшего допустимого значения.

На воздушных резервуарах монтируют манометр 6, предохранительный клапан 7 и спускной вентиль 8. Прежде чем попасть в управляющие устройства, воздух из резервуара направляется в воздухоосушитель 9. Агрегаты управляются кранами 10, из которых воздух поступает в муфту 12 или цилиндр 13.

Для пневматического управления фрикционными муфтами могут быть применены две системы управления питания воздухом: прямоточная и замкнутая с отсекающими клапанами. При прямоточном питании воздушная камера включенной муфты непосредственно соединена с магистралью сжатого воздуха, при выключенной муфте – сообщена с атмосферой. Все части системы пневматического управления в этой схеме находятся под постоянным давлением.

Рис. 4.6. Схема воздухоснабжения

82

При системе питания с отсекающими клапанами камера муфты соединена с магистралью сжатого воздуха только в период наполнения. В течение остального времени камера и часть трубопровода, находящегося во вращающихся деталях, отсекаются от воздушной магистрали специальным клапаном. В современных буровых установках применяется только прямоточная система пневматического управления.

Большие скорости на поверхностях трения уплотнения вертлюжка 11 обусловливают выделение тепла и быстрый износ уплотняющих частей. Ввиду этого диаметры уплотнений вертлюжков делают возможно меньшими и сальниковые уплотнения заменяют торцевыми втулками.

При значительных расстояниях муфт от управляющего устройства и большом объеме воздушной камеры для уменьшения времени на выключение муфты применяют прямоточное питание с быстродействующими клапанами-разрядниками, которые устанавливают вблизи муфты или непосредственно на ней, в результате чего сокращается путь воздуха при его выпуске и ускоряется выключение муфты. Принятая в буровых установках прямоточная система питания воздухом шинно-пневматических муфт оказалась наиболее простой, вполне надежной и широко применяется [6].

4.3.2.Компрессорные станции

Вбуровых установках используются поршневые компрессоры с приводом от электродвигателей переменного тока и контрприводом при помощи клиноременной

передачи от силовых дизельных агрегатов. Буровые установки оснащаются компрессорами с подачей 5 м3/мин, развивающими давление 0,8 МПа.

Обычно применяется не менее двух компрессорных станций. В установках с ДВС привод одного компрессора осуществляется от электродвигателя, а второго – от контрпривода суммирующего редуктора силовых агрегатов. В установках с электроприводом оба компрессора имеют индивидуальные электродвигатели. Для автоматического запуска и остановки компрессорных станций с электроприводом и контрприводом в пневмосистеме применяют специальные электропневматические устройства.

Рис. 4.7. Компрессорная станция с контрприводом

Компрессор с контрприводом от дизельной трансмиссии (рис. 4.7) смонтирован на раме 1, которая крепится к фундаментным балкам или балкам металлических оснований

83

(блокам). Компрессор 6 засасывает воздух через воздушный фильтр 4 в цилиндр первой ступени сжатия. Отсюда сжатый воздух поступает в воздухоохладитель 3 и далее в цилиндр второй ступени сжатия. Спускной кран 2 находится в нижней части воздухоохладителя. К фланцу 5 крышки цилиндра второй ступени сжатия присоединяется труба воздухопровода, ведущая к воздушным резервуарам. Маховик 8 компрессора, закрытый кожухом 7, скреплен со шкивом болтами.

Шинно-пневматическая муфта 10 соединена болтами с диском 11, посаженным на шпонке на конец вала 12 контрпривода. Вал контрпривода вращается в двух сферических двухрядных шарикоподшипниках, которые установлены в литых стойках 13. На валу 12 посажен шкив 14 клиноременной передачи. Справа на торце вала установлен вертлюжок 15. Сжатый воздух проходит через вертлюжок по каналу, просверленному в теле вала, и далее через угольник 9 поступает в полость шиннопневматической муфты, при помощи которой контрпривод соединяется с валом компрессора. Для автоматического управления компрессором установлен регулятор давления с электропневматическим вентилем.

Для первоначального запуска компрессора от контрпривода, когда в пневмосистеме отсутствует сжатый воздух и невозможно использовать компрессор с электроприводом, применяют специальный вентиль, который ввинчивается вместо угольника 9. Контрпривод получает движение от шкива, укрепленного на трансмиссионном валу силового агрегата или на быстроходном валу коробки скоростей. Шкивы соединяются клиновыми ремнями и закрываются общим защитным кожухом. Работа компрессорной станции без защитных кожухов не разрешается [6].

4.3.3. Управление компрессорными станциями

Все компрессорные станции имеют ручное и автоматизированное управление. В компрессорных станциях с электродвигателем автоматизация осуществляется подсоединением регулятора давления в электрическую схему включения электродвигателя, а в компрессорных станциях с контрприводом – посредством регулятора давления и электропневматического вентиля, постоянно соединенных с воздухосборником. При наибольшем допустимом давлении в системе компрессор отключается и включается при понижении давления до установленного минимума. При изменении давления регулятор замыкает или разъединяет контакты электроцепи катушки электропневматического вентиля.

Для снижения пусковой мощности и нагрузок в элементах компрессора и привода в момент запуска компрессорной станции применяются разгрузочные устройства, позволяющие облегчить этот запуск. В момент запуска и при остановке компрессора разгрузочные устройства сообщают нагнетательный трубопровод компрессора (участок компрессор–обратный клапан) с атмосферой. Эти устройства применяются для запуска компрессоров с контрприводом и электроприводом.

Разгрузочное устройство компрессора с контрприводом представляет собой электропневматический распределитель с обособленным подводом воздуха к включающему вентилю. При падении давления в магистрали сверх допустимого регулятор давления включает катушку электромагнита вентиля распределителя. Под действием электромагнита якорь вентиля перемещается вниз, при этом верхний клапан, сообщающий полость вентиля с атмосферой, закрывается, а нижний открывается и воздух из магистрали выходит в атмосферу. Компрессор, набравший нормальную частоту вращения, начинает нагнетать воздух в воздухосборник. При достижении наибольшего давления, на которое отрегулирован регулятор давления, последний, размыкая контакты, отключает муфту привода компрессора, а разгрузочное устройство сообщает его с атмосферой [6].

84

4.3.4. Устройства для очистки и осушки воздуха

Маслоотделитель устанавливают в воздухопроводе, идущем от компрессора к воздушным резервуарам. Он предназначен для очистки воздуха от компрессорного масла и влаги. Маслоотделитель состоит из корпуса, крышки, двух решеток, между которыми находятся штампованные металлические цилиндрики. Верхняя решетка лежит на гильзе. Между корпусом и крышкой поставлена уплотнительная картонная прокладка. В нижней части корпуса установлен сливной кран. Частицы масла, проходя с потоком воздуха через маслоотделитель, прилипают к цилиндрикам фильтрующего наполнения и, скапливаясь, стекают вниз, откуда удаляются через спускной кран.

Рис. 4.8. Водоотделитель с водомерным стеклом

Рис. 4.9. Соединение на сгоне:

1 – муфта; 2 – контргайка; 3 – жгутик уплотнительного материала; 4 – труба

Водоотделитель (рис. 4.8) служит для удаления из системы пневматического управления избыточной влаги. Он представляет собой цилиндрический сварной сосуд с внутренней вертикальной перегородкой и отверстием под сливной кран (рис. 4.9). Частицы влаги, поступая со струей воздуха в конденсатор через один из штуцеров, ударяются о перегородку и осаждаются на дно сосуда, откуда удаляются через сливной кран.

85

При эксплуатации буровых установок в районах с большой влажностью и низкими значениями температуры воздуха в воздухопроводе устанавливают устройства для осушки воздуха, представляющие собой комплекс из щелевых, циклонных или винтовых систем и сосудов с адсорбентом. В качестве адсорбента используется в основном силикагель, способный поглощать пары воды, не вступая с ними в химическую реакцию. Фильтр в воздухопроводе помещается перед краном машиниста. Фильтр (рис. 4.10) состоит из корпуса и крышки, образующих полость, набитую слегка промасленной канителью. Набивка фильтра помещена между сетками. При проходе воздуха через фильтр частички пыли и грязи прилипают к промасленной набивке. Фильтр необходимо систематически промывать, так как если он сильно засорен, то создается препятствие проходу воздуха в пневмоцилиндр и пневмомуфты и замедляется их действие.

Рис. 4.10. Воздушный фильтр:

1, 2 – корпус фильтра, 3 – цилиндр, 4 – фильтрующий элемент (набивка)

Воздушный резервуар применяется для сохранения необходимого запаса сжатого воздуха в пневмосистемах. Резервуары-воздухосборники при работе компрессоров снижают пульсации давления воздуха, а также способствуют удалению из него капель воды и масла. В воздушных системах используют один или два воздухосборника общим объемом 2,5–3,0 м3, рассчитанных на давление 1 МПа.

Воздушный резервуар представляет собой сварной горизонтальный цилиндрический баллон с приваренными к нему кронштейнами, которыми он опирается на раму-салазки. Для улучшения конденсации влаги баллон разделен на две части перегородкой с отверстиями для прохода воздуха. Одно из отверстий в нижней части перегородки служит для стока конденсата. Баллон в нижней части снабжен краном, через который периодически спускают накапливающуюся влагу. Воздухосборник снабжается манометром и предохранительным пружинным клапаном.

Для периодических осмотров внутренней полости и для очистки его от грязи предусмотрен лаз. Воздухосборник с торца имеет патрубок для входа воздуха, а с одного бока три выходных патрубка для присоединения воздухопроводов пневмосистемы [6].

86

4.3.5. Определение количества воздуха, необходимого для управления установкой

При расчете количества воздуха исходят из максимальной потребности сжатого воздуха при СПО. Потребителями сжатого воздуха являются: шинно-пневматические (или другого типа) муфты, тормоз лебедки, пневмораскрепитель, буровой пневматический ключ, пневматические клинья и ключи. Периодичность включения этих механизмов при СПО определяют из условия спуска или подъема l = 1000 м

где k – коэффициент, учитывающий утечки воздуха и его расход на пуск буровых насосов, k = 1,15; Vi – объемы механизмов пневмоуправления, м3; ni – число включений механизмов при спуске одной свечи.

давление, МПа, pmax = p1; ПВ – продолжительность включения, мин, ПВ = 60/ЧВ; ЧВ – частота включения пневмосистем буровых установок, ЧВ ≤ 30 в 1 ч, т.е. не чаще

чем 1 раз в 2 мин [6].

4.3.6. Система пневматического управления буровой установкой

Системы пневматического управления буровыми установками мало отличаются друг от друга.

В этих системах используются одни и те же элементы, хорошо отработанные и проверенные в процессе эксплуатации.

Рассмотрим схему пневматического управления подъемной системой буровой установкой при СПО (рис. 4.11). Питание системы сжатым воздухом осуществляется от компрессорной установки, состоящей из двух компрессорных станций, в которой один компрессор типа К-5М приводится электроприводом, а второй – от трансмиссии через

к четырехклапанным кранам 1. Один из этих кранов служит для управления шиннопневматическими муфтами А и Б привода барабана лебедки Бл, в который воздух поступает через распределитель 3. При бурении включение регулятора подачи РПД осуществляется пружинным пневмоцилиндром 4, а управление ротором – двухклапанным краном 2 путем включения шинно-пневматической муфты 7. Пневматическим клиновым захватом управляют с помощью крана 11 с ножным управлением.

Тормоз барабана лебедки Бл включается регулируемым пневматическим краном 12, управляющим цилиндром 10 привода тормоза лебедки. Управление пневматическими цилиндрами комплекса АСП осуществляется кранами 14, расположенными на посту бурильщика. Там же находятся краны управления пневмораскрепителя 8, двухклапанный кран 9, управляющий механическим ключом МК. Ключ 5 управляется с помощью распределителя 6. Двухклапанные краны 13

87

связаны с цилиндром 10 тормоза и муфтой А аварийным приводом от противозатаскивателя талевого блока, производящим автоматическое торможение и отключение барабана лебедки Бл при затаскивании талевого блока на кронблок [6].

Рис. 4.11. Схема пневматического управления буровой установки

4.3.7.Пульты управления

Вбуровых установках применяют различные агрегаты и механизмы. Для управления ими используют устройства, включающие штурвалы, рукоятки, рычаги, переключатели, командоконтроллеры, кнопки, приводящие в действие системы управления: пневматические, электрические и механические. Система обратной связи оборудуется контрольными приборами с циферблатами, сигнальными лампочками и другими указывающими устройствами, информирующими оператора об исполнении команды или режима работы.

Все эти устройства для удобства и обеспечения оперативности управления сосредоточены на нескольких пультах управления. Для удобства контроля и наблюдения за режимом выполнения технологических операций и обеспечения безопасности работы персонала пульты управления и панели располагают в удобных местах для оперативного управления и наблюдения за работой агрегатов и механизмов буровой установки.

Большая часть органов управления сосредоточена на уровне пола буровой вблизи ротора, где работает бурильщик. Эти органы расположены на нескольких пультах у управляемых агрегатов. Здесь находятся пульты управления бурильщика – ротором и лебедкой, ключом, вспомогательной лебедкой, регулятором подачи (РПД), противовыбросовым оборудованием, комплексом АСП.

Вбуровых установках с групповым дизельным приводом около каждого дизеля устанавливают пульт управления. В некоторых установках применяют пульты управления компрессорными станциями, пульты управления буровыми насосами и противовыбросовым оборудованием [6].

88

4.3.8. Пульт бурильщика

Пульты бурильщика довольно однотипны (рис. 4.12) и состоят из сварного железного корпуса в виде шкафа с наклонной панелью и горизонтальной подставки. Рядом с этим шкафом располагают тормозной рычаг ленточного тормоза лебедки, а в некоторых установках рычаг пневмоуправления этим тормозом. На пульте расположено 20 управляющих органов и 16 сигнализирующих устройств.

Рис. 4.12. Пульт бурильщика установки

На вертикальной панели смонтированы девять лампочек, сигнализирующих о включении муфт лебедки 1 и 2 и вспомогательного тормоза 3; о наличии давления воздуха в системе 4; резерв 5; о пуске в работу ротора 6, РПД 7, буровых насосов 8 и 9.

На этой же панели установлены четыре амперметра 10–13 и девять универсальных переключателей: включение спуска колонны 14; выбора муфт 15; включение РПД 16; защиты лебедки 17; включение компрессоров 18; включение и снятие сигнала 19; выбора режима работы 20; аварийного выключения насосов 23; отключения вводов 25. Кроме того, находятся переключатели устройства для управления РПД 21 и охлаждения тормоза 24, а также указатель частоты вращения ротора 22.

На горизонтальной панели размещены три манометра, фиксирующие: давление сжатого воздуха в сети 29, давление в шинно-пневматической муфте барабана лебедки 28 и давление в тормозном цилиндре 36; три четырехклапанных крана для включения муфты: привода лебедки 30, соединяющего вал барабана с КПП или с РПД 31, «тихих» и «быстрых» скоростей 33, и сигнальная лампочка 32. На этой же панели размещены два командоконтроллера: управления приводом лебедки 26 и

89

управления электротормозом лебедки 27. На боковой панели смонтирована рукоятка 34 управления тормозным краном 35 ленточного тормоза лебедки.

Все органы управления и приборы контроля расположены так, что бурильщик может управлять процессом бурения и контролировать его, не меняя своей рабочей позы. Пульты дизелиста и другие конструктивно похожи на пульт бурильщика, но имеют всего несколько органов управления и контрольных приборов [6].

5.БУРОВЫЕ НАСОСЫ

5.1.Назначение, условия эксплуатации и основные требования

Буровые насосы предназначены для нагнетания в скважину промывочной жидкости с целью очистки забоя и ствола от выбуренной породы (шлама) и выноса ее на дневную поверхность; охлаждения и смазки долота; создания гидромониторного эффекта при бурении струйными долотами; приведения в действие забойных гидравлических двигателей.

Затраты гидравлической энергии при бурении очень большие и с увеличением глубины скважин, развития наклонно-направленного бурения имеют тенденцию к увеличению. Буровые насосы являются главными потребителями энергии на буровой установке, и в настоящее время их приводная мощность достигает 1600 кВт.

Технология бурения не допускает прекращения циркуляции бурового раствора, поэтому для обеспечения надежности процесса промывки в составе буровой предусматривается два насоса, один из которых является резервным. Для сверхглубокого бурения забойными двигателями два насоса могут работать при параллельном включении. В этом случае обычно устанавливается третий резервный насос.

Буровые насосы эксплуатируются в очень тяжелых условиях. Они перекачивают вязкие растворы, приготовленные обычно на основе глинисто-водных смесей и утяжеленные добавками гематита или барита. Растворы содержат до 2 % абразивных частиц выбуренной породы и перекачиваются насосами при температуре 40–70 °С. Кроме того, буровые растворы содержат активные химические реагенты, поверхностноактивные вещества, нефть и нефтепродукты. Растворы характеризуются рН = 5…12. Плотность растворов обычно составляет 1,2–1,3 г/см3, может подниматься до 2,5 г/см3 или снижаться до 0,8 г/см3. Иногда буровые насосы перекачивают коррозионноактивные аэрированные растворы. Химический состав и реологические свойства растворов могут быть самыми различными на разных месторождениях и могут изменяться даже в процессе проводки одной скважины.

Буровой насос должен быть самовсасывающим и устойчиво работать при высоте всасывания 2–3 м. Он должен допускать кратковременное повышение давления для продавки пробок и сальников, образующихся в скважине; быть простым по конструкции, достаточно надежным и удобным в эксплуатации, позволять быструю смену цилиндровых втулок, поршней, штоков, клапанов, сальников и других быстроизнашивающихся деталей. Даже при нормальных условиях эксплуатации срок службы быстроизнашивающихся деталей ограничен и составляет в ч: поршней 100–200; штоков 150–200; цилиндровых втулок 200–300; клапанов 300–400. Иногда срок службы этих деталей сокращается до нескольких десятков часов, поэтому быстрота и удобство их замены, а также малая трудоемкость операций имеют большое значение.

Ресурс насоса должен составлять не менее 10 тыс. ч, конструкция его должна позволять в 2–3 раза увеличивать или уменьшать подачу и давление за период бурения скважины. Привод насоса должен быть универсальным от дизеля, электродвигателя или группового привода.

90