Буровые лебедки

Буровые лебедки относятся к главным агрегатам спуско-подъемного комплекса, определяющим эффективность бурения крепления скважин.

К основным функциям лебедки относятся:

-натяжение и наматывание на барабан ведущей ветви (ходового конца) талевого каната при подъеме на поверхность и спуске в скважину бурильной колонны для смены долота, забойных двигателей и извлечения керна, для наращивания бурильной колонны по мере углубления скважины и обсадной колонны при ее спуске в скважину;

-сматывание каната с барабана с заданной скоростью при спуске бурильной и обсадной колонн, при подаче в скважину бурильной колонны с целью поддержания заданной нагрузки на долото в процессе механического разрушения породы на забое;

-затормаживание, остановки и удержание бурильной колонны на весу;

-спуск и подъем на трубах контрольно-измерительных приборов и ловильного инструмента при испытаниях и освоении скважин, ликвидации прихватов и других аварий в скважине;

-выполнение вспомогательных подъемных работ.

Буровые лебедки в отличие от лебедок в грузоподъемных машинах, работают в условиях характеризующихся ступенчатым изменением действующих нагрузок. Систематические нагрузки возрастают с углублением забоя скважины, а в процессе спуско-подъемных операций изменяются в десятки и сотни раз в зависимости от числа свечей в бурильной колонне.

Для осуществления всех перечисленных функций буровая лебедка оснащается следующими органами и устройствами:

1. Станина-рама с вертикальными и наклонными стойками, на которых укреплены корпусы подшипниковых узлов для размещения в них подъемного, трансмиссионного и промежуточных валов;

2. Основной барабан, установленный на подъемном валу и предназначенный для навивки на него талевого каната;

3. Тормозная система, включающая основной тормоз (тормоз останова) и вспомогательный тормоз (тормоз замедления);

4. Трансмиссионный комплекс для передачи вращения от приводного двигателя на подъемный вал буровой лебедки, включающий:

-средства неоперативного управления лебедкой мощностью, передаваемой на лебедку (коробка перемены передач, редукторы);

-средства оперативного управления лебедкой при переключении передач (фрикционные муфты шинно-пневматические и дисковые);

-промежуточные трансмиссионные элементы для передачи вращения и мощности на ротор (зубчатые и цепные передачи, упругие муфты).

Основными параметрами буровых лебедок являются:

-мощность на барабане (от 400 до 2200 кВт);

-максимальное натяжение ходового конца талевого каната (от 125 до 475 кН);

-число скоростей намотки каната на барабан (от 2 до 6);

-скорость намотки каната на барабан (от 1,5 до 20 м/с);

-геометрические размеры барабана (канатоемкость);

-масса.

Тормозная система буровой лебедки включает два вида тормозов: ленточно-колодочный механический, служащий для торможения и полной остановки барабана во время спуска труб в скважину, а также при подаче бурильной колонны в процессе бурения, и регулирующими тормозными устройствами для замедления скорости спуска колонн. Регулирующий тормоз поглощает часть освобождающейся при спуске энергии, в результате чего на долю ленточного тормоза остается окончательное торможение и остановка колонны при ее посадке на ротор. Этими тормозами регулируется скорость спуска колонн.

Конструкция ленточного тормоза приведена на рис. 10. Тормоз состоит из двух тормозных лент 8, набегающие неподвижные концы которых присоединены к тягам 10, и упоров 4, находящихся на концах балансира 3. Сбегающие подвижные концы тормозной ленты соединены с рычагами 2 тормозного вала 1, укрепленного в кронштейнах рамы лебедки. Тормозной вал 1 поворачивается при помощи системы рычагов с эксцентриками при повороте валика тормозного рычага 7, оттягиваемого пружиной 6. Такая система управления тормозом обеспечивает прогрессивное увеличение тормозного момента по мере поворота тормозного рычага, что облегчает и улучшает процесс торможения. Пневматический цилиндр 9 тормоза облегчает труд бурильщика во время торможения подъемного вала лебедки при спуске труб в скважину. Подача сжатого воздуха в цилиндр осуществляется путем вращения ручки, надетой на верхний конец тормозного рычага.

Принципиальная схема ленточно-колодочного тормоза показана на рис. 11. Две тормозные ленты 8, оснащенные тормозными колодками 2, охватывают тормозные шкивы барабана. Одним (неподвижным) концом ленты присоединяются к балансиру 3, а другим концом (подвижным) – к тормозному валу 1. Если необходимо остановить барабан или уменьшить частоту вращения его, бурильщик перемещает тормозной рычаг 7 по направлению к полу буровой. При этом вертикальные набегающие концы лент, присоединенные к балансиру тягой 10, остаются неподвижными, а горизонтальные сбегающие, закрепленные на шейках тормозного вала 6, натягиваются, и колодки, прикрепленные к внутренней поверхности тормозных лент, охватывают шкивы барабана и затормаживают его.

Регулирующие (вспомогательные) тормоза, соединенные с подъемным валом лебедки с помощью кулачковых, шинно-пневматических или обгонных муфт, автоматически ограничивают и регулируют скорость спуска бурильных или обсадных труб. При этом часть кинетической энергии, выделяющейся при движении колонны труб, превращается в тепло.

Рис. 10. Ленточный тормоз буровой лебедки

1 - тормозной вал; 2 - рычаг; 3 - балансир; 4,5- упор; 6 - пружина. 7 - тормозной рычаг; 8 - тормозная лента; 9 - пневмоцилиндр; 10 - тяга.

Рис. 11. Схема ленточного тормоза буровой лебедки

1 - тормозной вал; 2 - тормозная колодка; 3 - балансир; 4 - стойка; 5 - шток; 6 - коленчатый вал тормоза; 7 - тормозной рычаг; 8 - тормозная лента; 9 - пневмоцилиндр; 10 - тяга.

Гидродинамический тормоз (рис. 12) состоит из ротора 3, статора 2, закрытого с боков крышками. Муфтой 5 ротор присоединяется к подъемному валу лебедки. Наклонные ребра статора при наличии рабочей жидкости (воды) в тормозе во время вращения ротора в процессе спуска колонны труб способствуют созданию значительного сопротивления вращению вала 4. Гидродинамический тормоз сообщается с холодильником 8 с помощью двух шлангов 6 и 7. Объем рабочей жидкости изменяется регулированием ее уровня в холодильнике.

Электродинамический тормоз (рис. 13) представляет собой электрическую машину, работающую в режиме динамического торможения. При помощи кулачковой или зубчатой муфты он соединяется с подъемным валом лебедки. Возбуждение этих тормозов осуществляется от независимых генераторов постоянного тока. При включении постоянного тока в обмотку возбуждения возникает магнитное поле, наводящее электродвижущую силу в роторе (якоре). В результате взаимодействия тока якоря с магнитным полем возникает тормозной момент, противодействующий вращению подъемного вала лебедки под действием спускаемой колонны. Кинетическая энергия спускаемого груза поглощается якорем и вызывает его нагрев. Для снижения температуры нагрева и обеспечения нормальной работы обмоток возбуждения и подшипников электродинамические тормоза снабжаются системой охлаждения, например циркулирующей водой по трубопроводам А, Б и В (направление движения воды показано стрелкам).

Технические характеристики гидродинамического (ГДТ) и электродинамического (ЭДТ) тормозов:

ГДТ ЭДТ

Частота вращения ротор, мин^-1 400 – 500 200 – 500

Тормозной момент, кН·м 20 - 110 45 – 100

Масса, кг 330 – 5200 4200 - 9100

 

Рис. 12. Гидродинамический тормоз

1 - кронштейн; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - вал; 5 - муфта; 6, 7 - шланг.

Рис. 13. Регулирующий электродинамический тормоз

а - общий вид; б - разрез; 1 - магнитный статор; 2 - корпус; 3 - ротор, 4 - обмотка возбуждения; 5 - подшипник; 6 - вал.