Талевая система буровой установки

Талевая система буровой установки

ВВЕДЕНИЕ

Талевая система буровой установки состоит из кронблока, монтируемого на подкронблочных балках верхнего основания вышки, талевого блока, связанного с кронблоком канатной оснасткой, и грузоподъемного крюка, соединенного с талевым блоком. В процессе проводки скважины талевая система выполняет различные операции. В одном случае она служит для проведения СПО с целью замены изношенного долота, спуска, подъема и удержания на весу бурильных колонн при отборе керна, ловильных или других работах в скважине, а также для спуска обсадных труб. В других случаях обеспечивает создание на крюке необходимого усилия для извлечения из скважины прихваченной бурильной колонны или при авариях с ней.

В талевом блоке число шкивов на единицу меньше, чем в парном с ним кронблоке. В отличие от кронблока талевый блок неиспытывает 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.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ОБОРУДОВАНИЯ

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.

Односекционный талевый блок (рис.1) состоит из двух щек 1 с приваренными накладками 2, изготовленными из стального листа. Щеки, соединяемые траверсой 11 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 стропы, 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.

Рисунок1 -Односекционный талевый блок.

-две щеки;2- приваренные накладки;3- нижний кожух;4- стяжки; 5-отверстие для смазки; 6-ось шкивов; 7- стопорная планка; 8-подшипники качения; 9-шкивы; 10-кожухи; 11-траверсы; 12-гайки;

Двухсекционный талевый блок (рисунок 2) состоит из трехблочной 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 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 6для подвески траверсы 7. Одновременно оси б 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 подвешиваются петлевые штропы для работы с обычными элеваторами. В процессе бурения скоба используется для подвески вертлюга. Положение скобы фиксируется замком 12.

В отличие от талевых блоков, используемых для ручной расстановки свечей, и рассматриваемой конструкции имеются дополнительный кожух 11 для защиты oт возможных ударов и резиновый буфер 4, на который при подъеме талевого блока ложится центратор комплекса АСП В других конструкциях двухсекционных талевых блоков щеки каждой секции соединяются осями, на которых устанавливаются специальные подвески с проушинами для штропов автоматического элеватора или трехрогого крюка (У4-300, УТБА-6-400).

Основные технические параметры кронблоков приведены в таблице 1.

Примеры шифров кронблока:

)        УТБА5-200.

У - конструкция

Уралмашзавода;

ТБ - талевый блок;

А - талевый блок применяют комплектно с А-образной вышкой и комплексом механизмов

АСП для механизации спускоподъемных операций

- количество шкивов;

- грузоподъемность в тоннах.

)        УТБА 6-250.

У - конструкция Уралмашзавода;

ТБ - талевый блок;

А - талевый блок применяют комплектно с А-образной вышкой и комплексом механизмов

АСП для механизации спускоподъемных операций;

- количество шкивов;

- грузоподъемность в тоннах.

Таблица 1 Основные технические параметры талевых блоков [1].

2. АНАЛИЗ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

Наиболее подвержены износу шкивы и подшипники талевых блоков причем изнашиваются они неравномерно. Опыт показывает, что наибольшему износу подвергаются подшипники и канавки шкива, огибаемого первой рабочей струной талевого каната, и соседних с ним быстровращающихся шкивов.

Необходимо периодически смазывать подшипники смазкой Литол 24 по ГОСТ 21150-87 и следить за тем, чтобы не было чрезмерного нагрева подшипников, так как при температуре выше 100⁰ С смазка теряет свои свойства.

Шкивы и подшипники талевого блока могут взаимно заменяться со шкивами и подшипниками кронблока.

Конструкция талевого блока довольно проста и надежна, при правильной эксплуатации и надлежащем уходе за наиболее изнашиваемыми узлами, такими как подшипники и шкивы, не создает проблем при эксплуатации.

Нефтепромысловое оборудование работает на открытом воздухе и подвержено всем вредным влияниям окружающей среды и, а также коррозионному воздействию бурового раствора, соленой воды и нефти. Кроме того, узлы и детали оборудования испытывают динамические и вибрационные нагрузки, вызывающие интенсивный износ агрегатов.

Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин при эксплуатации позволяют выделить пять основных видов разрушения деталей: деформацию и изломы (хрупкий излом, вязкий излом, остаточная деформация, усталостный излом, контактные усталостные повреждения); механический износ (истирание металлических пар, абразивный износ); эрозионно-кавитационные повреждения (жидкостная эрозия, кавитация, газовая эрозия); коррозионные повреждения (атмосферная коррозия, коррозия в электролитах, газовая коррозия); коррозионно-механические повреждения (коррозионная усталость, коррозионное растрескивание, коррозия при трении)

Деформация и изломы возникают при чрезмерном увеличении напряжения в материале детали, превосходящем предел текучести или предел прочности. Деформация материала сопровождается изменением формы и размеров детали.

Механический износ проявляется в результате взаимодействия трущихся пар. В зависимости от природы трущихся пар и условий их взаимодействия различают износ металлических пар при трении качения или скольжения и абразивный износ. Интенсивность износа зависит от условий взаимодействия трущихся пар.

По характеру смазки различают три основных вида трения.

Жидкостное трение - трущиеся поверхности тел совершенно отделены друг от друга слоем смазки.

Трение при неполной или несовершенной смазке - трущиеся поверхности частично соприкасаются своими выступами. Этот вид трения разделяется на три подвила:

полужидкостное трение, когда слой смазки недостаточно толст и происходит частичное сухое трение ( твердое трение);

полусухое трение, когда происходит трение твердых поверхностей, на которых имеется некоторое количество смазки;

граничное или молекулярное трение, когда геометрическая форма трущихся тел правильная, а обработка поверхностей высокого класса чистоты, в результате чего между трущимися поверхностями образуется молекулярная пленка смазки.

Сухое трение - трение металлических поверхностей без смазки.

Наименьший износ трущихся пар отмечается при жидкостном трении. Сопряжения, работающие в условиях жидкостного трения, изнашиваются при пуске машины, перегрузках и перемещении несоответствующей смазки.

По условиям жидкостного трения рассчитывают подшипники скольжения валов, имеющих большую частоту вращения. Если вал находится в покое, то он касается поверхностей подшипника. При вращении вал захватывает и увлекает в клинообразный зазор смазку, создавая разделяющую жидкостную пленку.

Во многих современных машинах осуществить жидкостное трение не удается, и в этих условиях происходят процессы сухого и граничного трения. Поскольку эти два вида трения обусловлены взаимодействием неровностей поверхностей пар трения, характер шероховатости оказывает существенное влияние на интенсивность износа материала. Очень гладкие поверхности склонны к возникновению узлов схватывания, вызванных молекулярными силами. Следовательно, для обеспечения максимальной износостойкости необходимо выбирать оптимальную шероховатость поверхности, при которой коэффициент трения будет наименьшим.

Абразивный износ проявляется в подвижных сопряжениях вследствие царапающего и режущего действия твердых абразивных частиц. В результате абразивного износа деталей машин интенсивно разрушаются.

Эрозионно-кавитационные повреждения деталей машин и оборудования возникают при действии на металл потоков жидкости или газа, загрязненных механическими примесями и движущихся с большой скоростью. На участках, где давление жидкости падает ниже давления насыщенных паров, возникают пузырьки пара и воздуха. Исчезая с большой скоростью в зоне повышенного давления, они вызывают гидравлические удары о поверхность металла и его разрушение. С увеличением твердости поверхности интенсивность разрушения резко снижается.

Коррозия металлов и сплавов представляет собой процесс их разрушения вследствие химического и электрохимического воздействия внешней среды. По характеру внешней среды коррозия разделяется на три основных вида: атмосферную, газовую, и коррозию в электролитах.

Коррозионно-механические повреждения возникают под влиянием коррозии и механических факторов (напряжений, деформаций, трения и др.). Например, коррозионная усталость представляет собой процесс разрушения металлов и сплавов при одновременном воздействии коррозионной среды и циклических напряжений. Для повышений долговечности деталей машин. Работающих в условиях коррозионной усталости, необходимо тщательно изолировать рабочую поверхность детали от коррозионной среды, снижая величину и цикличность напряжений, действующих в поверхностных волокнах металла.

Из изложенного выше следует, что износ - это сложный и многообразный процесс. Его можно уменьшить, но устранить полностью нельзя.

Все встречающиеся в машинах износы можно разделить на две группы: естественные и аварийные. Износы, медленно нарастающие и являющиеся следствием длительной работы сил трения, воздействия высоких температур, кислот и щелочей при нормальных условиях эксплуатации, называются естественными. Аварийные износы возникают из-за грубых нарушений правил технического обслуживания и эксплуатации. Наиболее распространен механический износ. В работе каждой трущейся пары более или менее четко выделяются три периода: приработка, период естественного износа, аварийный износ.

Период приработки характеризуется увеличением износа, который объясняется сглаживанием неровностей сопрягаемых поверхностей до достижения стабильной шероховатости и постоянной площади контакта. Важно соблюдать нормальные условия переработки, так как это позволяет предотвратить преждевременный выход оборудования из строя. Период естественного износа характеризуется приблизительно постоянной скоростью изнашивания. Третий период характеризуется быстрым нарастанием износа, так как увеличение зазора в спряжении приводит к работе с ударом между деталями, что вызывает пластические деформации материала. Эта зона износа называется аварийной, а износ носит название предельного.

Если деталь достигла предельного износа, ее необходимо немедленно заменить новой или восстановить. В отличии от предельного износа в ремонтной практике различают допустимый износ, при котором деталь в процессе ремонта может быть оставлена в машине, если ее предельный износ наступит не раньше следующего ремонта.

Существует и выбраковочный износ, который определяет полную непригодность детали к работе и восстановлению. Это относится к деталям, которые работали в зоне аварийного износа.

Нельзя доводить оборудование до аварийного износа. Его следует остановить до того, как износ станет предельным. Этого можно добиться только путем строгого соблюдения графиков технического обслуживания и ремонтов.

3. РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО УЗЛА

Для повышения надежности и продления срока службы оборудования, при разработке талевой системы, целесообразно использовать канатные шкивы больших диаметров. При этом число совершенных оборотов канатных шкивов и подшипников за срок службы заметно уменьшится ,что повлияет на износ канавок шкивов, на износ талевого каната, и на долговечность подшипников.

Однако при этом необходимо учитывать что талевый блок должен иметь минимальные габариты, особенно ширину, т.к. он движется внутри вышки в пространстве между пальцами магазина с бурильными свечами. Поэтому должно быть обеспечено минимально безопасное расстояние между блоком и элементами вышки.

К недостаткам всего спуско-подъемного комплекса буровых установок следует отнести завышение высоты спуско-подъемного комплекса по причине увеличения габаритного пространства в промежутке между рамой наголовника и верхней балкой козлов, которое необходимо для выполнения работы по подъему кронблока под углом 30-35° к горизонту, а также невозможность фиксации петли талевого каната при изменении кратности талевой системы на буровой. Наиболее близкой по решаемой задаче и технической сущности к предлагаемому изобретению является буровая установка и талевый блок для нее, содержащая рабочую площадку и вышку, включающую наголовник и козлы, вспомогательную и буровую лебедки, кронблок, состоящий из рамы и оси с набором рабочих шкивов, талевый блок, шкивы которого связаны петлями талевого каната со шкивами кронблока с образованием многострунной талевой оснастки переменной кратности, снабженной, по крайней мере, одним узлом фиксации снятой петли, установленным на рабочей площадке. В прототипе решен вопрос фиксации петли талевого каната при изменении кратности талевой системы на буровой установке.

К недостаткам прототипа относится несовершенство конструкции спуско-подъемного комплекса, которое при проведении монтажно-демонтажных работ вызывает перекос кронблока, вследствие чего требуется создавать запас рабочего пространства по высоте, а кроме того, спуск кронблока приходится осуществлять в целом через наголовники вышки, что требует создания дополнительной оснастки, что в свою очередь увеличивает как временные, так и материальные затраты, связанные с дублированием несущих конструкций кронблока и наголовника вышки.

В основу изобретения поставлена задача упрощения конструкции спуско-подъемного комплекса буровой установки путем введения в конструкцию наголовника неподвижной и подвижной балок и соединения последней с рамой наголовника посредством пневмо- или гидроцилиндра, что позволяет также, за счет уменьшения высоты козел, уменьшить высоту всей буровой установки в целом.

Эта задача решена следующим образом. В спуско-подъемном комплексе буровой установки, содержащем рабочую площадку, вышку с наголовником и козлами, кронблок, состоящий из оси с набором рабочих шкивов, талевый блок, шкивы которого связаны петлями талевого каната со шкивами кронблока, буровую лебедку, приспособление для крепления мертвого конца талевого каната, вспомогательную лебедку и узел фиксации петли талевого каната, согласно предлагаемому изобретению наголовник вышки дополнительно содержит неподвижную и подвижную балки, последняя из которых снабжена подпружиненными катковыми опорами и соединена с рамой наголовника посредством пневмо- или гидроцилиндра, а рама наголовника снабжена направляющими подпружиненных катковых опор.

Снабжение наголовника вышки дополнительно неподвижной и подвижной балками позволяет отказаться от рамы кронблока, что упрощает конструкцию, а соединение подвижной балки с рамой наголовника посредством пневмо- или гидроцилиндра дает возможность осуществлять демонтаж и монтаж кронблока без его перекосов, что способствует снижению высоты козел и соответственно высоты спуско-подъемного комплекса буровой установки в целом. Кроме того, улучшаются условия и уменьшается время монтажа кронблока, так как не надо изготавливать специальную дополнительную оснастку для его подъема и установки, что способствует сокращению затрат на проведение монтажно-демонтажных работ. Соединение подвижной балки с рамой наголовника пневмо- или гидроцилиндром позволяет осуществлять перемещение подвижной балки с освобождением пространства для прохода кронблока. Снабжение подвижной балки подпружиненными катковыми устройствами позволяет осуществлять приподнятие опорной части передвижной балки и беспрепятственное ее перемещение.

Осуществление в продольных балках рамы наголовника направляющих подпружиненных катковых опор способствует безопасному передвижению подвижной балки.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Расчет основных параметров талевого блока включает в себя определение диаметра шкивов, выбор талевого каната и подшипников. Так как в талевом блоке и в кронблоке используются одинаковые шкивы, то возможно производить расчет, придерживаясь нижеприведенной последовательности.

Расчетная схема представлена на рисунке 4.

Рисунок 4-Расчетная схема

Наибольшее натяжение ходового конца талевого каната при подъеме колонны Рхкнаиб, кН

хк наиб=(Q_{кр макс}+q_тс)/(i_тс + η_тс)=12,01

где i_тс - число подвижных струн талевой системы. При допускаемой нагрузке на крюке Q_{кр макс} выбирается оснастка из таблицы_тс=2n_тб =8_тб=4- количество шкивов талевого блока;

η_тс-к.п.д. талевой системы,η_тс=0,825

Зная натяжение ходового конца талевого каната, можно определить нагрузку на каждую из струн

Р₁= Рхкη_шк=11,64

Р₂=Рхкη_шк²=11,3

Р₃=Рхкη_шк³=10,96

Р₄=Рхк η_шк⁴=10,63

Р₅=Рхк η_шк⁵=10,31

Р₆=Рхк η_шк⁶=10

Р₇=Рхк η_шк⁷=9,7

Р₈=Рхк η_шк⁸=9,4

Р_i= Рхкη_шкⁱ.

Натяжение неподвижного конца талевого каната Р_нк, кН

Р_нк= Р₁η_шк=11,29

Р_нк= Р₂η_шк=10,96

Р_нк= Р₃η_шк=10,63

Р_нк= Р₄η_шк=10,31

Р_нк= Р₅η_шк=10

Р_нк= Р₆η_шк=9,7

Р_нк= Р₇η_шк=9,4

Р_нк= Р₈η_шк=9,1

Р_нк= Р_iη_шк

где η_шк= 0,97

Диаметр талевого каната определяется по ГОСТ 16853-81 исходя из разрывного усилия Р_р, кН

Р_р= Pхк наиб S=36,03кН;

где S - коэффициент запаса прочности, S = 3,0

Схематическое изображение шкива с размерами показан на рисунке 5.

Определение основных размеров шкива талевого блока:

Диаметр шкива по дну канавки D_ш, м,

_ш= 36d_к

Высота канавки шкива H, м

Н = 1,65d_к

Радиус канавки шкива R, м,

=0,5d_к+0,03d_к

Наружный диаметр шкива D_н, м,

_н=D_ш+2H

Ширина обода шкива В, м

В≥(D_ш/12), ноВ<l_ст

Толщина обода у края шкива S, м,

=0,01·D_н+0,006

Угол развала шкива 2φ=50°.

Внутренний диаметр ступицы d_ст.вн, м

_ст.вн=D_подш,

где D_подш- наружный диаметр подшипника, м. Выбирается по грузоподъемности.

Наружный диаметр ступицы у края d_ст.н.кр, м

_ст.н.кр=1,25·d_ст.вн

Наружный диаметр ступицы у основания d_ст.н.oc, м

_ст.н.ocн=1,02·d_ст.н.кр

талевый блок надежность прочность

Уклон наружных диаметров ступицы 1:50.-толщина обода у края шкива;

Н-высота канавки шкива;

В-ширина обода шкива;₁, D₂-диаметры отверстий в шкиве;_ш-диаметр шкива по дну канавки;_н-наружный диаметр шкива;_в.ст.-внутренний диаметр ступицы;_{н.кр.ст.}-наружный диаметр ступицы у края;_{н.осн.ст}-наружный диаметр ступицы у основания.

Длина ступицы l_сm, м,

_сm=k·l_подш+2·l_k,

где k - число подшипников на один шкив_подш - ширина подшипника, м, определяется по таблицам из справочников;_k - ширина крышки, м, l_k=0,003 м.

Рисунок 5 - Схема к расчету шкива талевого механизма

Число спиц принимаем равным 6. Диаметры D₁, м, D₂, м, отверстий в шкиве

₁=0,8·D_н,₂=0,5·D_н,

Выбор подшипника. Подшипник выбирается по динамической грузоподъемности.

Расчетная нагрузка R_n, кН, на опору быстроходного шкива кронблока_n=(2(Q_крmax+q_тc))/(i_тc·η_тc),

Требуемая динамическая грузоподъемность подшипника шкива С_mp, кН,

_mp=R_n·k_o·k_б·k_t·k_э,

Где k_o-коэффициент вращения, k_o= 1,2;_б- коэффициент безопасности, k_б=1;_t- температурный коэффициент, k_t=1;_э- коэффициент эквивалентности подшипника, k_э=0,675

По требуемой динамической грузоподъемности С_mp, кН, выбираем подшипник, у которого

С_mp≤С_o,

где С_о- динамическая грузоподъемность подшипника, кН, определяется по таблицам.

Определим расчетную долговечность подшипника шкива L_об, млн. об.,

_об=()p,

где р- показатель степени, р=3,33.

5.1 Определение коэффициента запаса прочности оси кронблока

Определим натяжение в рабочих струнах талевого каната, если максимальная нагрузка на крюке составляет 75 т с учётом облегчения веса колонны при погружении в жидкость и с учётом коэффициента прихвата. Оснастка для нашего оборудования 4x5.

Рассматриваем подъем колонны. При подъеме колонны наибольшее натяжение несет ходовой конец каната, наименьшее -неподвижный. Пусть согласно рис. 3, Р_х.к -натяжение ходового конца каната, S₁ , S₂ , S₃ , . . . , S₈ -натяжение рабочих струн.

При подъеме колонны натяжение ходового конца каната определяется по формуле [2]:

Р_х.к =(  (1)

где -- максимальная нагрузка на крюке.

=75 т =750 кН ;

-вес постоянно поднимаемого оборудования. Принимаем =5 т =50 кН;

β -коэффициент сопротивления шкива. β =1,03;

n -количество рабочих струн талевой системы.n=8.

 (2)

Определяем натяжение неподвижного конца талевого каната [2]:

 (3)

Определяем натяжение рабочих струн:

₁ = = 114 (4)

Рисунок. 6 Схема распределения усилий в струнах талевой системы.

₂ = S₁0,97 = 110,58 0,97=107,26кН₃ = S₂0,97 = 107,260,97= 104 кН

 S₃0,97= 104  0,97=100,9кН

 =0,97= 100,90,97= 97,9кН

=92,11кН

Рассмотрим схему, изображенную на рисунке. 4. Здесь

А и В -опоры оси талевого блока;

Р₁’ , Р₂’ , Р₃’ , Р₄’ -усилия , действующие на канатные шкивы талевого блока;- расстояние между опорами ;₁ -расстояние между вертикальными осями симметрии канатных шкивов; l₁ = 130,5 мм ;_A иR_B -реакции , возникающие в опорах ; диаметр оси=140 мм, количество шкивов 4.

Рисунок7-Схема действия усилий на ось талевого блока.

Определяем усилия, действующие на ось талевого блока.

Р₁’= S₁ + S₂ = 110,58 + 107,26 = 217,84кН (5)

Р₂’= S₃ + = 104 + 100,9 = 204,9кН

Р₃’= +  97,9 + 94,96 = 192,86кН

Р₄’= +  = 92,11+ 89,34 = 181,45кН

Определяем реакции R_A и R_B.

Взяв сумму моментов всех сил относительно опоры B, определим реакцию R_A.

 (6)

 (7)

Взяв сумму моментов всех сил относительно опоры А, определим реакцию R_B.

 (8)

 (9)

Проверяем правильность определения  и R_B.

(10)

,4+386,65 =217,84+204,9+192,86+181,45.

,05 кН=797,05 кН, т. е. реакции определены правильно.

Определяем изгибающие моменты.

Изгибающий момент в сечении опоры А. М_А=0.

Изгибающий момент в сечении действия силы

=410,4 (11)

Изгибающий момент в сечении действия силы

 (12)

Изгибающий момент в сечении действия силы

(13)

Изгибающий момент в сечении действия силы

(14)

Изгибающий момент в сечении опоры В М_В = 0.

Таким образом, максимальный изгибающий момент действует в сечении силы  и равен

_max =  = 78,7 кН м =78700000 Н  (15)

Определив максимальный изгибающий момент и зная диаметр оси талевого блока, определяем напряжение изгиба в наиболее опасном сечении оси[2]:

 (16)

Находим коэффициент запаса прочности[2]:

 (17)

где предел выносливости на изгиб при пульсирующем цикле нагрузок

 (18)

где предел прочности. Для стали 40ХН

 (19)

Допустимый коэффициент запаса прочности по выносливости 1,82,5.

5.2 Расчет подшипников канатных шкивов на прочность

Шкивы монтируются на двух радиальных роликовых подшипниках №12228, в которых коэффициент работоспособности Сф = 600 000.

Наиболее высокую нагрузку несут подшипники первого канатного шкива. Их и будем рассчитывать на прочность. Первый канатный шкив несет нагрузку

 - натяжение первой рабочей струны

где - к.п.д. подшипников шкивов,  = 0,97

 - натяжение второй рабочей струны

₂ = S₁0,97 = 110,58 кН 0,97=107,26 кН.

Так как шкив смонтирован на двух подшипниках, то каждый из них несет нагрузку[2]:

 (20).

Определим коэффициент работоспособности[2]:

_.

где  - коэффициент, который учитывает, какое кольцо подшипника вращается. Значения коэффициента приведены в табл.2

Таблица 2 Значения коэффициента

Принимаем  = 1,35

 - динамический коэффициент, берется из табл. 3

Таблица 3 Значения коэффициента

Принимаем =1,5

 - температурный коэффициент. При t ≤80⁰ C,  = 1

 - коэффициент эквивалентности, учитывающий изменение нагрузки на крюке в процессе бурения.  определяется по формуле:

где  - среднесуточное число подъемов. Принимаем  = 100; Т - число лет работы подшипника. Принимаем Т = 1,5; Z- число оборотов подшипника за один подъем свечи.

где  - длина свечи в м.  = 24 м; n- количество рабочих струн талевой системы. Принимаем n = 1; D- диаметр канатного шкива, D = 800 мм

α - отношение минимальной нагрузки на крюке к максимальной нагрузке, α = 0,2; β - отношение нагрузки при операциях спуска к нагрузкам при операциях подъема, β = 0,7

Логарифмируя, определяем значение

Определяем теперь коэффициент работоспособности подшипника[2]:

С = 108 9201,351,5121,9 = 4830329

Фактический коэффициент работоспособности подшипника несколько ниже требуемого, следовательно гарантируемая длительность его работы будет меньше 1,5 года

. (24).

. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

Перед спуском обсадных колонн талевая система должна быть осмотрена особенно тщательно. Все дефекты необходимо устранить и произвести перепуск каната. При спуске очень тяжелых обсадных колонн целесообразно применять специальные более жесткие и прочные канаты того же диаметра, что и талевый.

Износ желобов шкивов должен контролироваться визуально и по специальным предельным шаблонам.

Уход за талевой системой в основном сводится к смазке подшипников, наблюдению за работой шкивов и каната.

Во время эксплуатации надо следить за тем, чтобы подшипники не нагревались выше 80 °С. При значительном износе канавок шкивов последние следует заменить, а при неравномерных износах талевый блок нужно повернуть на 180°.

Требования к эксплуатации оборудования приспуско-подъемных операциях.

Ведение спуско-подъемных операций должно осуществляться с использованием механизмов для свинчивания-развинчивания труб и специальных приспособлений.

Между бурильщиком и верховым рабочим должна быть обеспечена надежная связь, в т.ч. путем установления четкого порядка обмена сигналами между верховым рабочим и бурильщиком.

При спуске бурильной колонны запрещается включать клиновой захват до полной остановки колонны.

Подводить машинные и автоматические ключи к колонне бурильных (обсадных) труб разрешается только после посадки их на клинья или элеватор.

Скорости спуско-подъемных операций с учетом допустимого колебания гидродинамического давления и продолжительность промежуточных промывок регламентируются проектом. При отклонении реологических свойств бурового раствора и компоновок бурильной колонны от проектных необходимо внести коррективы в регламент по скорости спуско-подъемных операций с учетом допустимых колебаний гидродинамического давления.

При подъеме бурильной колонны наружная поверхность труб должна очищаться от бурового раствора с помощью специальных приспособлений (обтираторов).

При появлении посадок во время спуска бурильной колонны следует произвести промывку и проработку ствола скважины в интервалах посадок.

На устье необходимо устанавливать устройство, предупреждающее падение посторонних предметов в скважину при отсутствии в ней колонны труб и при спуско-подъемных операциях.

Свечи бурильных и утяжеленных бурильных труб, устанавливаемые в вышке, должны страховаться от выпадения из-за пальца.

Запрещается проводить спуско-подъемные операции при:

отсутствии или неисправности ограничителя подъема талевого блока, ограничителя допускаемой нагрузки на крюке;

неисправности спуско-подъемного оборудования и инструмента;

неполном составе вахты для работ на конкретной установке;

скорости ветра более 20 м/с;

потери видимости более 20 м при тумане и снегопаде.

Буровая бригада ежесменно должна проводить профилактический осмотр подъемного оборудования (лебедки, талевого блока, крюка, крюкоблока, вертлюга, штропов, талевого каната и устройств для его крепления, элеваторов, спайдеров, предохранительных устройств, блокировок и др.) с записью в журнале.

При спуско-подъемных операциях запрещается:

находиться в радиусе (зоне) действия автоматических и машинных ключей, рабочих и страховых канатов;

открывать и закрывать элеватор до полной остановки талевого блока;

подавать бурильные свечи с подсвечника и устанавливать их без использования специальных приспособлений;

пользоваться перевернутым элеватором.

Режимы подъема ненагруженного элеватора, а также снятие с ротора колонны бурильных и обсадных труб должны исключать возможность раскачивания талевой системы.

При применении пневмораскрепителя необходимо, чтобы натяжной канат и ключ располагались в одной горизонтальной плоскости. Канат должен надежно крепиться к штоку пневмораскрепителя. Работа пневмораскрепителя без направляющего поворотного ролика запрещается.

В процессе бурения и после окончания долбления ведущую трубу следует поднимать из скважины на пониженной скорости буровой лебедки.

Запрещается поднимать или опускать талевый блок при выдвинутых стрелах механизма подачи труб.

Настоящая Инструкция распространяется на предприятия и организации нефтяной и газовой промышленности, а также на геологоразведочные организации, ведущие работы на нефть и газ. Инструкция устанавливает единый порядок, объем и методы оценки технического состояния передвижных установок (далее - подъемников) отечественного и зарубежного производства, предназначенных для проведения капитального и текущего ремонта нефтяных и газовых скважин.

Эксплуатация подъемников характеризуется, как правило, двух-, трехсменным режимом работы. Узлы и агрегаты подъемников подвергаются воздействию высоких знакопеременных динамических нагрузок и низких температур.

Инструкция разработана в целях определения возможности безопасного использования подъемников как в пределах нормативного срока службы, так и сверх этого срока.

Работы по диагностированию проводятся специально подготовленным и аттестованным персоналом как в организациях, имеющих соответствующие лицензии Госгортехнадзора России, так и этими организациями у самих владельцев подъемников (при наличии у них условий, удовлетворяющих требованиям данной Инструкции).

Проверка технического состояния осуществляется комиссией, которая назначается приказом руководителя организации (предприятия), являющейся владельцем подъемников. Комиссию возглавляет главный инженер или его заместитель, а в ее состав должны входить представители ремонтно-механических служб, службы главного энергетика, техники безопасности и охраны труда, диагностики (неразрушающего контроля), при необходимости представитель завода-изготовителя и территориального органа Госгортехнадзора России. Если акустико-эмиссионный контроль и контроль другими неразрушающими методами проводится приглашенными специалистами, то они также включаются в состав комиссии. По результатам диагностирования комиссия составляет Протокол технического состояния подъемника, в котором дает заключение о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации или о необходимости проведения ремонтных работ с повторным обследованием. Протокол утверждается руководителем предприятия (организации).

Комплексное обследование технического состояния независимо от года выпуска подъемников должно проводиться в обязательном порядке после:

окончания установленного заводом-изготовителем гарантийного срока эксплуатации;

восстановления в результате аварии;

капитального ремонта;

устранения обнаруженных дефектов вышки (мачты).

Для выполнения работ по обследованию предъявляется подъемник в технически исправном состоянии, прошедший техническое обслуживание, очищенный от грязи, продуктов коррозии, отслоений краски. Окраска подъемника перед обследованием не допускается (подъемник красится после обследования, если рекомендуется к дальнейшей эксплуатации). Подъемник, подлежащий обследованию, должен иметь Паспорт и Инструкцию по эксплуатации. При отсутствии данных документов необходимо обратиться в специализированную организацию в целях разработки их дубликатов.Для проведения обследования подъемников необходимо иметь:настоящую Инструкцию

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой курсовой работе мы рассмотрели работу талевой системы буровой установки. При определении основных параметров работы оборудования талевого блока мы произвели расчет, натяжения ходового и неподвижного концов талевого блока, распределения усилий в струнах талевой системы,усилия, действующие на ось талевого блока, на прочность наиболее нагруженных деталей, а точнее определили коэффициент запаса прочности оси кронблока(К=1,8…2,5), определилинатяжение первой и второй рабочей струны, коэффициент работоспособности и расчет подшипников канатных шкивов на прочность(=0,8 года).

По таблице 1 мы выбрали основные параметры работы оборудования талевой системы буровой установки (диаметр шкивов, выбор талевого каната и подшипников).

Самое главное при использовании оборудования талевой системы прием, визуальный осмотр, при обнаружении неполадок устранение их, правильность установки деталей и эксплуатирования талевой системы буровой установки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.       Баграмов Р.А. - «Буровые машины и комплексы»: учебник для вузов.

2.       Бочарников В.Ф., Чижиков Ю.Н. - Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности « Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов ». - Тюмень, ТюмИИ, 1991.

.        Калмыков Н.Н., Стефанов Ю.А., Яковлев А.И. - « Буровая техника и технология за рубежом » - М.: Недра.

4.       Патент РФ 2153056 - спуско-подъемный комплекс буровой установки.

.         Элияшевский И.В, Орсуляк Я.М. ,Стронский М.Н. -«Типовые задачи и расчеты в бурении».