Огляд конструкцій, компоновок, кінематики і параметрів мобільних установок для буріння, ремонту і обслуговування свердловин

5.1 Мобільні установки для буріння, ремонту і обслуговування свердловин компанії Cabot Corporation (Machinery Division) (США)

Американська корпорація Cabot Corporation випустила серію мобільних установок з 5 моделей: 1200, 1000, 900, 750 і 550 (числа в позначенні моделей відповідають потужності привода бурової лебідки в кінських силах). Діапазон умовних глибин буріння трубами 114,3 мм установками даної серії становить 4100 - 1520 м. Усі установки серії оснащено дизель-гідравлічним автономним приводом.

Монтажно-транспортними базами для установок служать:

· модель 1200 - тривісний напівпричепний трейлер для лебідково-силового блока і підкатний тривісний колісний візок для транспортування бурової щогли;

· модель 1000 - чотиривісне самохідне шасі для лебідково-силового блока і підкатний триві-сний колісний візок для транспортування бурової щогли (на спецзамовлення шасі лебідково-силового блока може бути тривісним трейлером);

· моделі 900 і 750 - шестивісне самохідне шасі для лебідково-силового блока і щогли, які транспортуються разом;

· модель 550 - п’ятивісне самохідне шасі для лебідково-силового блока і щогли.

Таким чином, компанія виготовляє як трейлерні, так і самохідні мобільні установки, при цьому установки першого типу є важчими, призначеними для буріння свердловин більшої глибини.

За монтажно-транспортною схемою установка найважчої моделі 1200 являє собою сукупність стаціонарного вишково-роторного блока і трейлерного блока головного привода і бурової лебідки, модель 1000 відрізняється від неї тим, що лебідково-силовий блок змонтований на самохідному чотиривісному шасі, в обидвох випадках установки комплектуються нерозчаленими щоглами, що „вільно стоять” на підроторній основі (мають вертикальну поздовжню вісь) і транспортуються окремо від решти установки сідельним тягачем на окремому підкатному тривісному колісному візку.

Головний привод установок складається з одного (найлегша модель 550) або двох (решта моделей) однотипних двигунів виробництва компаній Caterpillar або Detroit Diesel. Силові агрегати складаються з таких двигунів, оснащених гідромеханічними передачами (ГМП) виробництва компанії Allison, які навішуються на кожух маховика. ГМП являє собою сполучення п’яти- або шестишвидкісної зубчастої (автомобільного типу) коробки змінних передач із вбудованою комплексною гідродинамічною передачею (комплексним турботрансформатором). Перемикання передач в ГМП на привод лебідки здійснюється бурильником дистанційно зі свого поста та автоматично і відповідності до величини моменту на вихідному валі.

Бурові лебідки установок мають досконалу кінематику, яка навіть при одновальній лебідці з єдиною передачею до барабанного вала забезпечує близьку до ідеальної тягову характеристику підйомного комплексу. Головні приводи мають поздовжню компоновку, тобто осі силових агрегатів паралельні поздовжній осі монтажно-транспортної бази. Поперечні габарити силових агрегатів та монтажно-транспортної бази унеможливили в установках моделей 1200, 1000 і 900 симетричне розміщення силових агрегатів на однаковій відстані від кінця шасі як у трейлерному, так і в самохідному варіантах. Це змусило проектувальників та виробників змістити силові агрегати один відносно іншого по довжині монтажної бази, тим самим було суттєво погіршено компоновку установок з дводизельним приводом загалом. При поздовжній компоновці вали силових агрегатів є перпендикулярними до валів бурової лебідки, на привод якої працюють силові агрегати. Внаслідок цього виникає потреба у застосуванні конічних редукторів, число яких разом із задіяним у приводі ротора сягає трьох, що значно ускладнює експлуатаційне обслуговування. Проміжними кінематичними ланками між вихідними валами ГМП та вхідними валами конічних редукторів обрано карданні вали великої довжини, їх висока частота обертання створює потребу ретельного динамічного балансування. Незалежно від напряму повітряного потоку через радіатор один з двох силових агрегатів опиняється в несприятливому температурному режимі.

В установках усіх моделей, крім 1200 та 1000 у трейлерному виконанні, головний привод працює на енергозабезпечення усіх функцій: СПО, промивку свердловини, обертання бурильної колони, переміщення (привод ведучих мостів транспортного шасі).

Вкрай невдало в установках моделей 1200, 1000 і 900 здійснено підсумування потужностей силових агрегатів: через дві ланцюгові передачі до зубчастих коліс, змонтованих на консолі барабанного вала лебідки. При приводі лебідки від одного з двох силових агрегатів неможливо вимкнути ланцюгову передачу від іншого агрегату, тому відповідний кінематичний ланцюг працює в режимі холостого ходу аж до вхідного вала конічного редуктора, непотрібним чином витрачаючи ресурс. Лише один з двох силових агрегатів оснащено пристроєм безпосереднього відбору потужності на привод бурового насоса, здійснення такої операції від іншого силового агрегату потребує вмикання усього кінематичного ланцюга до барабанного вала бурової лебідки виключно. Привод ротора здійснюється через два карданних вали, оперативну муфту, ланцюгову і реверсивну зубчасту передачі. Наявність окремого реверсивного пристрою у приводі ротора надає можливість усій установці функціонувати в режимі прямого ходу при зворотному ході ротора і являє собою позитивну особливість кінематики.

В установках усіх моделей привод допоміжного гідродинамічного гальма здійснено від барабанного вала бурової лебідки через ланцюгову передачу-мультіплікатор. Таким способом збільшено частоту обертання ротора гідродинамічного гальма, що дозволяє обійтися гальмами меншого розміру і маси. Описаним чином знижено матеріаломісткість і зменшено габарити, хоча це досягнуто за рахунок зниження надійності. В привод допоміжного гальма вбудовано обгінну муфту, завдяки якій вдалося уникнути додаткових енерговитрат при підйомі гака.

У стандартній комплектації установки оснащуються одновальними буровими лебідками спеціалізованого типу. На замовлення споживача можливе постачання двовальної лебідки з котушковим валом, привод якого виконано через ланцюгову передачу. Оскільки в усіх установках Cabot Corporation монтаж лебідки виконується на зниженій основі на значній відстані від поста бурильника як по вертикалі, так і по горизонталі, потреба в універсальних двовальних лебідках виглядає сумнівною. Лебідки установок усіх моделей оснащено водоохолоджуваними двошківними стрічково-колодковими гальмами з уніфікованими гальмівними колодками.

Допоміжна лебідка має гідрооб’ємний привод від гідроприводного блока і установлюється на підроторній основі. Допоміжні лебідки мають у своєму складі гідроциліндри-розкріплювачі свічок, що застосовуються для складання-розбирання різьових з’єднань трубних колон, планетарний редуктор та самогальмівний барабан під канат для механізації допоміжних операцій.

Для забезпечення енергетичних потреб при виконанні допоміжних операцій установки всіх моделей оснащуються гідроприводними блоками. В установках моделей 1200, 1000 і 900 гідроприводні блоки складаються з двох насосних агрегатів, що створюють робочий тиск до 17,5 МПа при подачі до 2,1л/с. Для підвищення надійності і універсальної застосовності насосні агрегати оснащено різнотипними приводами: один від коробки відбору потужності трансмісії головного привода, інший виконаний як автономний з окремим двигуном, останній установлюється поза монтажною базою установки і має габарити в плані 3,711,40 м. Обидва насосних агрегати оснащено резервуарами, байпасними лініями, системами керування. Автономний насосний агрегат переважно застосовується для монтажу та підйому щогли та привода барабана із запасом талевого каната. Інший насосний агрегат забезпечує роботу допоміжної лебідки, існує можливість перемикання насосних агрегатів на різних споживачів.

Із освоєнням серійного виробництва установок моделі 1200 в бурінні свердловин впроваджено нову концепцію підвищеної транспортабельності та прискореного і спрощеного монтажу-демонтажу. Бурова лебідка з приводною потужністю до 970 кВт та щогла із допустимим навантаженням на гак 2940 кН розраховані на ефективне ведення бурових робіт у класі середніх установок. Основні компоненти установки транспортуються п’ятьма блоками: на трейлері транспортується лебідка з головним приводом та передачею до ротора, телескопічна щогла перевозиться на власному підкатному візку разом з оснащеною талевою системою і барабаном із запасом талевого каната. Інші транспортабельні блоки містять:

· підроторно-підвишкова основу з обладнанням устя свердловини;

· основу установки (установлюється під трейлер лебідково-приводного блока);

· поміст бурової з підсвічниками;

· блок ремонтного приладдя та запчастин, вміщений в закрите приміщення (вагончик);

· насосний гідроагрегат з автономним електроприводом для живлення гідроциліндрів підйому щогли.

В комбінації з насосним блоком, оснащеним автономним приводом, та циркуляційною системою перелічені компоненти утворюють адаптивну до умов застосування установку швидкого переміщення. В останньому твердженні автори оригінальної інформації конфліктують з арифметикою і не згадують про такі необхідні агрегати, як блок повітропостачання системи пневмокерування, дизельгенераторна станція, станція керування ПВО, приймальні містки.

Паспортні та розрахункові технічні показники установок наведено нижче в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 - Технічні характеристики і комплектність мобільних бурових установок виробництва компанії Cabot Corporation (США)

Найменування і одиниці виміру паспортних і розрахункових параметрів	Чисельні значення для моделей установок
1 Умовна глибина буріння трубами Æ 114 мм, м
2 Допустиме навантаження на гак, кН1)		—
3 Загальна потужність привода лебідкового блока, кВт - (число приводних двигунів) 2)	907, 970 (2)	680, 780 (2)	680, 780 (2)	522, 402 (2)	340, 354 (1)
4 Модель комплектуючої бурової лебідки		2346 S			2042 S
5 Паспортна потужність привода бурової лебідки, кВт	671 - 895	597- 709	597- 709	410 - 522	224 - 354
6 Максимальний натяг талевого каната на барабані, кН		—
7 Число барабанів бурової лебідки	1 - (2)3)	1 - (2)3)	1 - (2)3)	1 - (2)3)	1 - (2)3)
8 Число дискретних частот обертання підйомного барабана	5+1R	5+1R	5+1R	5+1R	6+1R
9 Максимальна швидкість піднімання гака, м/с	1,78	1,65	2,03	1,65	1,73
10 Число дискретних частот обертання стола ротора	5+1R	5+1R	5+1R	5+1R	6+1R
11 Діаметр бочки барабана, мм
12 Довжина бочки барабана, мм
13 Діаметр гальмівних шківів, мм
14 Ширина гальмівних колодок, мм
15 Робоча поверхня головного гальма, м2	2,32	2,14	2,14	1,97	1,97
16 Спосіб водяного охолодження головного гальма	Циркуляція	Циркуляція	Циркуляція	Циркуляція	Циркуляція
17 Модель допоміжного гідродинамічного гальма	V-80	V-80	22" Двороторний	22" Однороторний	15" Двороторний
18 Діаметр талевого каната, мм				29 або 25
19 Кратність оснастки талевої системи			10 (8)	8 (6)
20 Число і діаметр шківів талевої системи, мм	1 ´ 1067 5 ´ 914	1 ´ 1067 5 ´ 914	1 ´ 914 5 ´ 762	1 ´ 914 4 ´ 762	1 ´ 914 3 ´ 762
21 Максимальний момент на столі ротора, м·кН	81,5	—	—	—	—
22 Модель комплектуючої бурової щогли	127-660	127-550	112-350	112-300	102-250
23 Допустиме навантаження на підйомний гак при максимальній кратності оснастки талевої системи, кН
24 Корисна висота щогли до низу підкронблочної рами, м	38,71	38,71	30,35	30,35	28,65
25 Висота установки балкону верхнього працівника над помостом, м	25,91	25,91	16,76	16,76	16,76
Продовження таблиці 5.1
26 Механізм підйому щогли	2 Гідроциліндри	2 Гідроциліндри	Гідроциліндр	Гідроциліндр	Гідроциліндр
27 Механізм телескопування щогли	Тягач	Тягач	Гідроциліндр	Гідроциліндр	Гідроциліндр
28 Тип підроторної основи	телескопічна	телескопічна	телескопічна	телескопічна	моноблок4)
29 Допустиме навантаження на підроторні балки, кН
30 Допустиме навантаження на підсвічники, кН
31 Максимальне одночасне навантаження на основу, м
32 Висота вільного простору під підроторними балками, м	3,96	4,19	2,51; 3,12; 3,73	2,51; 3,12; 3,73	2,44
33 Висота підроторної основи (помосту бурової), м	5,18	5,18	3,35; 3,96; 4,57	3,35; 3,96; 4,57	1,68
34 Габарити в плані в площині спирання, м	16,76´12,19	16,76´12,19	12,19´3,67	12,19´3,67	10,97´2,29
35 Розміри помосту бурової в плані, м	5,59´9,14	5,59´9,14	4,17´5,49	4,17´5,49	4,27´5,49
36 Модель транспортного шасі	трейлер	самохідне 1000 5)	самохідне 900 6)	самохідне 900 7)	самохідне 450 8)
37 Число передніх осей транспортного шасі	—
38 Число задніх осей транспортного шасі
39 Колісна формула транспортного шасі	—	8 ´ 6	12 ´ 6	12 ´ 6	10 ´ 6
40 Допустима маса на передніх осях, кг	—
41 Допустима маса на задніх осях, кг
42 Сумарна допустима маса на транспортному шасі, кг
43 Максимальне навантаження на вісь транспортного шасі, кН	118,7	90,2	89,1	86,8	98,0
44 Габаритна довжина у транспортному положенні, м Габаритна ширина у транспортному положенні, м Габаритна висота у транспортному положенні, м	— — —	— — —	20,27 — 4,28	20,27 — 4,28	17,83 — 4,11
45 Повна маса установки
46 Показник питомої матеріаломісткості, кг/м	31,79	33,38	17,86	20,39	28,57
47 Показник питомої матеріаломісткості, кг/кН	44,33	49,87	34,92	35,10	38,96
48 Питома вантажопідйомність, Н/м
49 Питома потужність головного привода (лебідкового блока), Вт/м	221-237	186-213	223-256	227-175	224-233
50 Питома потужність головного привода (лебідкового блока), Вт/кН	309-330	278-318	436-500	391-301	305-318

Примітки:

¹⁾ - чисельні значення допустимого навантаження на гак: верхнє - розраховане за допустимим натягом талевого каната на барабані бурової лебідки і кратністю оснастки талевої системи, нижнє - за паспортними даними комплектуючої щогли;

²⁾ - перше значення - при комплектації головного привода двигунами Detroit Diesel, друге - при комплектації двигунами Caterpiller;

³⁾ - у стандартній комплектації - одновальна бурова лебідка + гідроприводна допоміжна лебідка, на спецзамовлення - двовальна бурова лебідка з котушковим валом;

⁴⁾ - фіксованої висоти, суцільна з основою підсвічників, поперечного типу;

⁵⁾ - також можливий монтаж на тривісному трейлері;

⁶⁾ - також можливий монтаж на чотиривісному трейлері з допустимим навантаженням 400 кН;

⁷⁾ - також можливий монтаж на тривісному трейлері;

⁸⁾ - також можливий монтаж на тривісному трейлері з допустимим навантаженням 267 кН.

Позиції ⁵⁾ - ⁸⁾ - на спецзамовлення споживача.