5.4. Роторные установки
Назначение ротора - вращение бурильного инструмента и удержание колонны бурильных и обсадных труб при свинчивании и развинчивании в процессе спуско-подъемных операций при бурении скважин небольшого диаметра и капитальном ремонте скважин.
Ротор (рис. 5.26.) состоит из станины 7, стола 6 с коническим зубчатым венцом 4, опирающегося на упорные подшипники 2 и роторный вал 8.
Станина из стальной отливки воспринимает и передает на раму все нагрузки, возникающие в процессе бурения и при спуско-подъемных операциях.
Внутренняя полая часть станины использована под индивидуальную масляную ванну верхней опоры. В верхней части стенка станины имеет бурт, являющийся элементом верхнего лабиринтного уплотнения масляной ванны основной опоры. К нижней части стола на болтах крепится крышка, служащая одновременно масляной ванной нижнего подшипника 1. Стол из стальной отливки имеет в центре отверстие диаметром 360мм для пропуска бурильного инструмента и колонны обсадных труб.
Рис. 5.26. Ротор Р-ШШ14М:
I — вспомогательная опора; 2 — основная опора; 3 - кожух стола; 4 - зубчатый венец; 5 - вкладыши-зажимы; 6—стол; 7 — корпус; 8 - ведущий вал; 9 —звездочка
В нижней части стола имеются цилиндрические кольцевые выточки, которые вместе с буртами станины образуют тройное лабиринтное уплотнение масляной ванны.
Здесь же имеется квадратный вырез под роторные вкладыши 5, а ниже - кольцевой паз для стопорения вкладыша в осевом направлении, куда входит палец защелки вкладыша. Зажимы также предохраняются от перемещения в осевом направлении в месте, где палец защелки вкладыша входит в кольцевой паз зажима.
Стол вращается на верхней опоре 2, которая воспринимает нагрузку от веса колонны бурильных или обсадных труб. Нижняя шаровая опора 1 воспринимает вертикальные, поднимающие стол ротора усилия и толчки, возникающие в процессе работы. Нижняя опора крепится с помощью крышки и болтов. По мере износа опоры болты подтягиваются. Смазка нижнего подшипника консистентная, осуществляется через боковое отверстие в нижней части станины. В горловине станины на двух радиальных сферических роликоподшипниках размешается роторный вал 8. Вращение столу ротора передается от звездочки 9 цепной передачи через вал ротора и коническую зубчатую шестерню, закрепленную на конце роторного вала. Стол ротора огражден кожухом 3, являющимся одновременно и подвижной площадкой.
5.5. Трубные и штанговые механические ключи
В комплексе основных работ, связанных с подземным ремонтом скважин, наиболее тяжелыми и трудоемкими являются операции по спуску и подъему насосно-компрессорных труб и штанг. Они в зависимости от характера ремонта и числа находящихся в скважине труб и штанг занимают от 50 до 80% общего баланса времени, затрачиваемого на ремонт скважины. Применение автоматов для работы с трубами и штангами позволяет в 2.3 раза увеличить темп спуско-подъема и повысить качество крепления резьб.
Для механизации и частичной автоматизации наиболее трудоемких ручных операций при спуске и подъеме насосно-компрессорных труб широкое применение получили автоматы АПР-2ВБ с приводом от электродвигателя и АПР-ГП с гидравлическим приводом. При ремонте скважин с погружными электронасосами находят применение механические ключи типов КМУ и КАРС грузоподъемностью 500 кН, при капитальном ремонте -гидравлические трубные ключи КПГ и КПР-12. Для работы со штангами - ключ АШК-М.
Автомат-2ВБ используется для механического свинчивания и развинчивания труб. Он обеспечивает автоматический захват и удержание на весу колонны насосно-компрессорных труб спайдером, центрирует колонну труб центратором. При работе с автоматом используется следующий инструмент: элеваторы ЭГ, трубные ключи КТМ и стопорные ключи КСМ. Вместо указанных, могут быть применены ключи КТГ и КТД. В настоящее время применяются автоматы АПР-2ВБ с приводом от электродвигателя (рис. 5.27.) и АПР-ГП с гидравлическим приводом.
Автомат АПР-2ВБ с взрывобезопасным электроприводом состоит из следующих узлов: блока автомата, блока электрического инерционного взрьтвобезопасного привода с реверсивным взрывобезопасным переключателем, клиновой подвески и центратора.
Блок автомата представляет собой корпус 1 клинового спайдера с червячным редуктором (червячное колесо 5, червяк 6) и водилом 7. передающим вращающее усилие трубному ключу. Редуктор защищен кожухом, образующим масляную ванну. Блок автомата крепится к пьедесталу центратора.
Клиновая подвеска 2 состоит из направляющей с кольцевым основанием, к которому шарнирно подвешены три клина. Клинья для 48, 60 и 73-мм труб сборные и состоят из корпуса клина и сменных плашек закрепляемых шплинтами. Клинья для 89 и 114-мм труб монолитные. Для передачи усилия от труб к клиновой подвеске применяется подкладная вилка, которая подкладывается под муфту очередной поднимаемой трубы в момент ее появления над подвеской. При опускании колонны муфта давит на вилку, подвеска утопляется и клинья захватывают трубу. После этого вилка вытаскивается, труба отвинчивается, а муфта очередной трубы захватывается элеватором и поднимается.
Рис. 5.27. Автомат АПР-2ВБ:
а - блок автомата: 1 - корпус; 2 — клиновая подвеска; 3 - пьедестал с фиксатором; 4 - втулка центратора; 5- червячное колесо; 6- червяк; 7-водило; 8-ось фиксатора балансира; б - блок привода: 1 - электродвигатель; 2 - маховик; 3 - муфта блокировки маховика: 4 - червяк с подшипниками: 5,6 - пробки для заливки и слива масла в червячном редукторе
Блок центратора для 48. 60, 73 и 89-мм труб состоит из пьедестала, к которому тремя шпильками крепится блок автомата Внутри центратора фиксатором крепится втулка 4. Для работ со 114-мм трубами применяется специальный центратор, вкладыш которого имеет форму колодки. Центратор автоматически центрирует колонну труб относительно блока автомата при их спуске и подъеме и предотвращает попадание в скважину каких-либо крупных предметов.
Для перемещения клиновой подвески вверх в процессе работы автомата служит балансир с грузом.
Блок электропривода с переключателем состоит из взрывобезопасного электродвигателя АСВ-41-4А специального исполнения 1 мощностью 3,5 кВт и инерционного устройства, позволяющего значительно увеличить крутящий момент на водиле при отвинчивании труб, а также при завинчивании труб большого диаметра. Инерционное устройство представляет собой маховик 2, установленный на валу двигателя. Маховик соединяется с валом муфтой 3. На приводе смонтировано штепсельное соединение, позволяющее присоединить электродвигатель к реверсивному пускателю ПРВ-ЗС. Он специальным кабелем с нефтестойкой изоляцией соединяется с промысловой сетью. Пускатель предназначен для запуска, реверсирования и остановки двигателя. Во время работы автомат крепится двумя болтами к фланцу эксплуатационной колонны.
Для работы на скважинах, оборудованных бесштанговыми электронасосными установками ЭЦН, применяются специальные автоматы АПР-2ЭПН (автомат АПР-2 с автоматической приставкой, оснащенной центрирующим устройством и механизмом съема и надевания хомутов). Они позволяют механизировать свинчивание и развинчивание насосно-компрессорных труб с диаметрами от 48 до 114мм и обеспечивают надевание хомутов для крепления токонесущего кабеля диаметрами от 27,5 до 34,7мм на колонну труб при ее спуске в скважину, удержание, освобождение и центрирование колонны труб и снятие хомутов при подъеме колонны труб.
Автомат АПР-ГП имеет, в отличие от автомата АПР-2ВБ, гидравлический объемный привод с питанием от автономной гидравлической станции или от гидравлической системы агрегатов для подземного ремонта скважин. Гидропривод обеспечивает стабильность вращающего момента при свинчивании труб; система его регулировки проста. В качестве двигателя используется гидромотор НПА-64. а вращающий момент регулируется настройкой предохранительного клапана Г52-14.
Универсальный механический ключ КМУ-50 предназначен для механизации операций по свинчиванию - развинчиванию, удержанию колонны насосно-компрессорных труб в процессе текущего ремонта скважин, эксплуатируемых оборудованием всех видов, включая погружные электронасосы. Ключ (рис. 5.28.) состоит из блока вращателя 8 с электроприводом 5, слайдера 9 с блоком клиньев и блока управления электроприводом.
Рис. 5.28. Ключ механический универсальный КМУ:
1 - блокировочная рукоятка; 2- механизм совмещения прорезей рабочей шестерни и корпуса; 3-водило; 4 - редуктор; 5 - электропривод; 6 - сменный маховик; 7-кронштейн; 8- вращатель; 9—спайдер
Вращатель - двухступенчатый редуктор с прямозубой цилиндрической передачей, рабочим органом которого служит разрезное колесо с установленным на нем водилом. Корпус вращателя и разрезное колесо имеют прорезь для пропуска насосно-компрессорных труб. Прорези колеса и корпуса вращателя совмещаются механизмом, расположенным на корпусе вращателя. Подшипником скольжения разрезного колеса служит бронзовая втулка. Для перекрытия зева вращателя предусмотрено специальное устройство.
Привод ключа КМУ-50 электрический, инерционный, взрывобезопасный, с питанием от промысловой сети напряжением 380 В. Электродвигатель ключа типа В100 442-5, исполнения ВЗТ-4В, мощностью 3 кВт. Ключ оснащен блоком управления электропривода с кабелем КРПСН 3X4-1X2,5.
Вращатель с электроприводом прикреплен быстросъемными зажимами к поворотной стойке, состоящей из плиты-кронштейна, приваренного к спайдеру. Инерционное устройство позволяет регулировать крутящий момент на водиле ключа путем установки соответствующих сменных маховиков. Управление электроприводом осуществляется посредством магнитного пускателя и кнопочного поста управления.
Полуавтоматический спайдер состоит из разрезного корпуса спайдера, сменных блоков клиньев для труб диаметрами 66, 73 и 89мм, рукоятки управления и хомута. К корпусу спайдера приварен кронштейн для установки вращателя. Вращатель на кронштейн крепится с помощью оси и болта. Для совмещения вращателя в рабочем положении со спайдером служат фиксатор на вращателе и паз на спайдере. Блок клиньев состоит из трех корпусов со сменными плашками. Раскрытие клиньев блока осуществляется пружиной.
При проведении спуско-подъемных работ колонна насосно-компрессорных труб под муфту заклинивается в полуавтоматическом спайдере. Ключ надвигается на колонну труб вращением вокруг оси, при этом фиксатор скользит по поверхности корпуса спайдера, доходит до упора и под действием пружины входит в паз. На трубу надевается трубный ключ. Вращение водила в нужную сторону для свинчивания или развинчивания труб осуществляется при помощи кнопочного пульта.
Ключ КМУ-50 работает в комплекте с элеваторами типа ЭТА, трубными ключами типа КТДУ или ЮТУ и стопорными ключами КСМ. Ключ выполнен в виде блоков, что создает удобство при монтаже и транспортировке, прост в эксплуатации, обеспечивает высокие темпы работы. Разрезные конструкции спайдера и вращателя позволяют применять ключ на скважинах, оборудованных погружными электронасосами, а в аварийных ситуациях быстро демонтировать ключ с устья скважины.
Ключ подвесной разрезной КПР-12 предназначен для свинчивания и развинчивания бурильных и насосно-компрессорных труб в процессе текущего и капитального ремонтов скважин. Он состоит (рис. 5.29.) из трубного ключа 2, выполняющего процессы свинчивания и развинчивания труб при расчетном крутящем моменте, и гидравлического агрегата, обеспечивающего требуемые расход и давление масла в гидросистеме.
Трубный ключ представляет собой двухскоростной цилиндрический редуктор с разрезной рабочей шестерней, в которой устанавливаются сменные захваты, комплектуется съемным стопорным устройством; привод - от гидромотора.
Рис. 5.19. Ключ подвесной разрезной КПР-12:
1 - стопор; 2 - ключ; 3 - створка; 4 - упор; 5 - ограничитель ключа и стопора; 6 — болт регулировочный; 7 - рукоятка подъема; 8 — гидроподъемник; 9 —амортизатор; 10 -серьга; 11 -винт; 12 - подвеска; 13 - гидрораскрепитель; 14- ограничитель крутящего момента; 15 — рукоятка переключения скоростей; 16- гидрорукав
Гидравлическая насосная станция - электроприводная, соединяется с ключом гидравлическими рукавами высокого давления, устанавливается на расстоянии до 10м от скважины.
Управление ключа расположено на его корпусе. Ключ на стационарной вышке или на вышке передвижного агрегата подвешивается при помощи троса диаметром не менее 16мм. Трос крепится при помощи трех зажимов. Во избежание перегибов троса и выхода его из строя применяются проушины соответствующих размеров. Высота подвески ключа на кронштейне должна составлять не менее 5м. чтобы угол поворота кронштейна обеспечивал подвод ключа к устью скважины и отвод его обратно. Гидроподъемник 8 регулирует высоту подвески ключа в зависимости от расположения муфты трубы.
Диаметр троса, удерживающего ключ от реактивного момента при его работе, должен быть также не менее 16мм. Захваты под трубы сменные, заменяются при выключенном гидравлическом агрегате.
Гидроподъемник 8 устанавливается на ключ до его подвешивания. Ключ подвешивается в следующей последовательности: амортизатор 9, гидроподъемник 8, подвеска 12, ключ 2, стопор 1. Горизонтальное положение ключа достигается регулировкой болтами 6 и винтом 11 подвески 12. Удерживающие тросы должны находиться в горизонтальном положении и быть жестко закреплены.
Колонна труб монтируется на спайдере или элеваторе. Ограничитель ключа устанавливается в положение «развинчивание». Ключ надвигается на колонну труб, закрывая створку. Раскрепление трубы выполняется на низшей передаче, после чего на высшей передаче производится отвинчивание трубы. В случае отсутствия спайдера или малого веса колонны труб следует обязательно применять стопор. После окончания отвинчивания трубы производится реверсирование ключа до совмещения прорезей шестерни и корпуса. При этом захваты освобождают трубу, открывают створку, снимают ключ с трубы и отводят его в сторону.
Свинчивание производится аналогично. При этом ограничитель ключа устанавливается в положение «свинчивание», а ограничитель крутящего момента на насосной станции в положение, соответствующее спускаемым в скважину трубам.
Ключ КАРС предназначен для механизации операций по свинчиванию - развинчиванию и автоматизации операций по захвату, удержанию на весу и освобождению колонны насосно-компрессорных труб при текущем и капитальном ремонтах скважин.
Ключ (рис. 5.30.) состоит из разрезного редуктора с вмонтированным в него трубозажимным устройством (вращатель 1 спайдер 5 с блоком клиньев), устройства позиционирования 4, узлов указателя крутящего момента 6 и совмещения прорезей роторной шестерни и корпуса 7, электроинерционного привода 2 и блока управления приводом 3.
Рис. 5.30. Ключ КАРС;
1 - вращатель; 2 - электроинерционный привод; 3 - блок управления приводом;
4-устройство позиционирования; 5-спапдер; 6 - узел указателя крутящего момента; 7-корпус
Вращатель ключа выполнен в виде двухступенчатого редуктора с прямозубой цилиндрической передачей. Рабочим органом служит роторная шестерня с вмонтированным в нее трубозажимным устройством, что исключает наличие в комплекте трубных ключей. Вращение от электродвигателя к вращателю передается через центробежную муфту, позволяющую резко снизить перегрев двигателя за счет снижения пусковых токов. Вращатель снабжен устройством дискретной регулировки крутящего момента (в зависимости от диаметра свинчиваемых и развинчиваемых насосно-компрессорных труб), развиваемого ключом, без разборки и отсоединения каких-либо деталей. Наличие этого устройства приводит к значительному сокращению времени на переналадку ключа по сравнению с ключами типа КМУ-50.
Устройство позицирования надежно обеспечивает отслеживание резьбы как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях и резко снижает нагрузки на ключ при свинчивании и развинчивании резьбовых соединений. Наличие узла указателя крутящего момента позволяет повысить надежность свинчиваемых соединений. Узел совмещения прорезей роторной шестерни и корпуса работает при минимальных нагрузках на совмещающем штыре и обеспечивает совмещение за один-два оборота роторной шестерни.
Особенность электроинерционного привода ключа КАРС по сравнению с ключом КМУ-50 - наличие центробежной муфты, предохраняющей электродвигатель от перегрузок. Управление электродвигателем осуществляется с кнопочного поста управления через магнитный пускатель. Вращатель с электродвигателем крепится к каретке спайдера, который практически не отличается от спайдера ключа КМУ-50 и состоит из разрезного корпуса, сменных блоков клиньев, рукоятки управления, каретки и указателя крутящего момента в диапазоне четырех позиций при работе с разными диаметрами насосно-компрессорных труб.
Ключ штанговый КШЭ предназначен для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений насосных штанг. Он состоит (рис. 5.31.) из блока вращателя, блока управления и специального штангового элеватора.
Блок вращателя представляет собой редуктор с прямозубыми колесами. К одному концу быстроходного вала редуктора 3 при помощи полумуфты присоединен электродвигатель 4, на другой конец вала при помощи шлицев устанавливается маховик 5 для получения необходимого крутящего момента для свинчивания и развинчивания резьбовых соединений насосных штанг. Маховик фиксируется пружиной и огражден кожухом. На большом колесе-шестерне приварено водило. Откидная вилка на втулке корпуса выполняет роль второго элеватора и служит для удержания колонны штанг на весу в процессе подъема или спуска.
Блок управления электродвигателем состоит из электромагнитного пускателя, кнопочного поста управления, соединенных кабелем со штепсельными разъемами. Пост управления устанавливается на двух специальных шпильках. Электродвигатель крепится в двух положениях в зависимости от места расположения оператора.
Рис. 5.31. Ключ штанговый КШЭ:
1 -водило; 2 - откидная вилка; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель;
5-маховик; 6— винт управления
Принцип работы ключа заключается в следующем. После посадки колонны штанг на откидную вилку на квадрат нижней штанги устанавливается стопорный ключ, а на квадрат верхней штанги - штанговый ключ. Затем включением электродвигателя осуществляется свинчивание или развинчивание штанг в зависимости от выполнения технологического процесса. Спуско-подъемные операции производятся посредством специального элеватора, захватывающего штангу за квадрат.
В зависимости от размера штанг, с которыми проводится работа, в корпус штангового элеватора вставляются соответствующие вкладыши и запорное кольцо, а в откидной вилке устанавливается соответствующая вставка.
Перед пуском ключа снимается кожух и устанавливается маховик определенного диаметра, обеспечивающего определенный крутящий момент для данного соединения штанг.
Буровой ротор с гидроприводом входит в комплект агрегата А-50 и предназначен для производства буровых работ, а также для механического свинчивания и развинчивания бурильных и насосно-компрессорных труб.
В сварном корпусе 26 бурового ротора (рис. 5.32.) размещены шестеренчатый редуктор, клиновой захват, подвески 5, 6, 7, 8 и другие детали.
Рис. 5.32. Буровой ротор с гидроприводом;
1 — водило; 2 — валик; 3, 28 - столы ротора; 4, 12 - роликоподшипники; 5, 6, 7,8- подвески размерами соответственно 60, 73, 89. 102мм; 9-вкладыш ротора; 10,14, 15-крышки; 11 -гидромотор; 13, 19, 27 - шестерни; 16-вал шестерни; 17—шпонка призматическая; 18- втулка; 20 —рычаг; 21 - груз; 22 - валик; 23, 24, 25 - центраторы диаметрами соответственно 60, 73, 89 мм; 25 - корпус
Ротор получает вращение от гидромотора через шестерни, составляющие двухступенчатый понижающий редуктор. К шестерне 27 прикреплен вращающийся диск с приваренными к нему двумя ребрами. К ребрам крепится водило. Наличие лабиринтных уплотнений исключает возможность попадания влаги внутрь корпуса. Клиновой захват предназначен для удержания колонны труб на весу и рассчитан на применение труб диаметрами 51,63, 89мм, что достигается сменой сухарей или клиньев. Подъем и опускание клиньев производятся рычагом 20, на котором помещен груз, уравновешивающий клинья. Реверсирование гидромотора достигается изменением направления потока жидкости трехпозиционным золотником, находящимся на пульте управления.