В процессе проводки скважины подъемная 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. Для обеспечения высокой эффективности при этих разнообразных работах подъемная системами имеет два вида скоростей подъемного крюка: техническую для СПО и технологические для остальных операций.
В связи с изменением веса бурильной колонны при подъеме для обеспечения минимума затрат времени подъемная система должна обладать способностью изменять скорости подъема в соответствии с нагрузкой. Она также служит для удержания бурильной колонны, спущенной в скважину, в процессе бурения.
Подъемная система установки (рис. 1) представляет собой полиспастный механизм, состоящий из кронблока 4, талевого (подвижного) блока 2, стального каната 3, являющегося гибкой связью между буровой лебедкой 6 и механизмом 7 крепления неподвижного конца каната. Кронблок 4 устанавливается на верхней площадке буровой вышки 5. Подвижный конец А каната 3 крепится к барабану лебедки 6, а неподвижный конец Б — через приспособление 7 к основанию вышки. К талевому блоку присоединяется крюк 1, на котором подвешивается на штропах элеватор для труб или вертлюг. В настоящее время талевый блок и подъемный крюк во многих случаях объединяют в один механизм — крюкоблок.
Нагрузку на талевый блок РТб определяют как наибольшую нагрузку от веса колонны Рки веса крюка:
- статическая нагрузка Ртб’ = Рк + Gк;
- динамическая нагрузка Р”тб = (Рк + Gк)(1 + 
к / g),
где GK— вес крюка и элеватора со штропами;
к - ускорение крюка при подъеме;
g — ускорение свободного падения.
Полиспастная система служит для снижения скорости движения крюка и увеличения его подъемной силы за счет снижения скорости ведущей струны каната, наматываемого на барабан. Чем больше число струн каната и шкивов участвует в работе, тем медленнее будет подниматься талевый блок с крюком. Усилия в струнах талевого каната Рт в состоянии покоя и движения неодинаковые.
При статическом нагружении (состояние покоя)
Рт = Ртб’ + Gтб + Gтк, (3)
где: Gтб - вес талевого блока при нижнем положении крюка;
Gтк - вес 2/з длины каната талевой оснастки.
Заменим веса отдельных элементов подвижной части талевой системы их общим весом Gтс = Gтб + Gтк, получим:
Рт = Рк.max + Gтс (4)
Рк.max- максимальная нагрузка на крюке.
Каким бы ни было усилие Рт, динамическим или статическим, всегда
Рт = Р1 + Р2 + …+ Рn (5)
где: Р1, Р2, Рn - усилия в несущих струнах полиспаста, находящихся между талевым блоком и кронблоком. Нетрудно показать, что в состоянии покоя эти усилия равны между собой, т. е.
Р1 = Р2 = …= Рn = Рв = Рм, (6)
где: Рв и Рм — усилия в ведущей и неподвижной струнах каната (рис. 2).
Тогда усилие в любой струне в состоянии покоя
Рс = Рт / uтс, (7)
где: uтс - число струн каната между талевым блоком и крон-блоком, т. е. кратность полиспаста; Рт — усилие в струнах талевого каната при статическом нагружении.
ш - к.п.д. струны шкива.
Усилие в струнах талевой оснастки при подъеме не превышает 10% наибольшего веса бурильной колонны, а при спусках и резком торможении может превышать этот вес в 1,5 раза. При движении талевой системы вследствие трения о шкивы и изгиба каната по шкиву нагрузка на струны каната неодинаковая
Рвп = Р1 / ш, Р1 = Р2 / ш и т.д.
К. п. д. талевой системы 
тс зависит от числа шкивов, диаметра каната, степени их изношенности, нагрузки на крюке и др. Для расчетов принимают ш = 0,96 - 0,97, тогда
тс = ш (1 - шuтс) / uтс (1 - ш) (8)
Для практических расчетов можно использовать формулу:
тс = 1 – 0,02uтс.
При небольших нагрузках и незагруженном крюке величина тс значительно меньше, чем при полной нагрузке.
В период установившегося движения при подъеме натяжение ведущей струны
Рвп = (Рк.max + Gтс) / uтс тс (9)
Натяжение рабочих струн при подъеме:
Р1п = Рвп ш; Р2п = Р1п ш ; Рi п = Р(i п – 1) ш (10)
Натяжение неподвижной струны каната при подъеме
Рмп = Рвп тс.
При спуске натяжение ведущей струны каната в период установившегося движения
Рв ус = (Ркд max + Gтc) тс / uтс (11)
где: Ркд max- максимальная нагрузка на крюке при спуске.
Силы трения при подъеме и спуске в расчетах принимают равными.
Скорость ведущей струны каната при подъеме vB по условиям намотки на барабан лебедки не должна превышать: 20 м/с:
v в = v кuТС < 20 м/с (v к — скорость крюка, м/с). (12)
Число шкивов кронблока zкб всегда на один больше, чем в талевом блоке zтб, а число струн каната в оснастке четное:
zкб = zтб + 1 (13)
Характеристика талевых систем приведена в табл. 1.
Таблица 1
Число шкивов, их размеры и число струн каната в талевой системе, т. е. кратность полиспаста иТСопределяются допустимой нагрузкой на крюке, тяговым усилием лебедки, скоростью навивок каната на барабан, числом рядов навивки каната, размерами, прочностью, работоспособностью, типом и стоимостью талевого каната.
Средняя частота вращения барабана лебедки (в об/мин)
nб.ср = v в.ср 60 / 
Dср (14)
где: Dcp = Dо + Dе) / 2 — средний диаметр навивки каната, м;
Do=Dб + dK — минимальный диаметр навивки каната, м;
Dб - диаметр бочки барабана, м;
dK - диаметр каната, м;
De - наибольший диаметр навивки каната, м
Dе = Dб + 
(2z – 1) dк, (15)
z— число слоев навивки каната, 0,93 ÷ 0,95 – коэффициент уменьшения диаметра навивки за счет смятия и укладки каната).
Мощность на крюке при подъеме колонн (в кВт)
Nкп = Рк v к.ср / 2 или Nкп = Рк v к min. (16)
где Рк — наибольшая нагрузка на крюк, МН;
v к.ср и v к min - средняя и минимальная скорости подъема крюка, м/с.
Мощность на ведущей струне талевого каната
Nвп = Nкп / тс или Nвп = Рвп v в.ср / 2 тс (17)
v в.ср - средняя скорость ведущей ветви талевого каната).
Канат на барабан можно навивать в несколько слоев по винтовой линии с противоположным направлением в смежных слоях или с параллельной укладкой витков. Лучшая в отношении уменьшения износа каната — параллельная укладка, при которой коэффициент имеет наименьшее значение. При бурении скважин одинаковой глубины в различных условиях на крюк действуют одинаковые нагрузки, но число СПО может отличаться. Если число СПО небольшое, то решающей является прочность каната, а при большом числе СПО — его абразивный усталостный износ. В одном случае можно применить систему с большим числом шкивов и струн каната, но с небольшим его диаметром, в другом случае — канат большого диаметра с высоким сопротивлением разрыву, абразивному и усталостному износу.
Практикой эксплуатации установлено, что целесообразнее уменьшать число шкивов в талевой системе, увеличивать их диаметр и применять прочные канаты большего диаметра с тем, чтобы уменьшить число слоев навивки каната на барабан. Для этого также применяют большие соотношения между диаметрами шкива и каната (до 42 d)и более жесткие, но износостойкие канаты с линейным касанием проволок в пряди и металлическим сердечником, обеспечивающие меньшее поперечное смятие каната.
При вращении барабана лебедки, на котором закреплен ведущий конец каната, последний будет наматываться на барабан и заставит талевый блок подниматься вверх по направлению к кронблоку. Чем большее число шкивов системы участвует в работе (вращается), тем медленнее будет подниматься блок и тем меньше будет натяжение ведущего конца каната, например, если на подъемном крюке подвешена колонна весом GK = 1,5 МН, а талевая система состоит из талевого блока с пятью шкивами и кронблока с шестью шкивами (в том числе один невращающийся, через который проходит неподвижно закрепленный конец каната), натяжение ведущего конца каната
Рвп=(Рк+Стс)/2 zтб тс (18)
где Рк— нагрузка на крюке, МН; GTC — вес подвижной части талевой системы, МН; zтб — число шкивов талевого блока; тс = 1 - 0,02uтс - к. п. д. талевой системы.
Если Рк=1,5; GTC=0,08; zтб = 5; тс =0,80,, то
Рвп = (1,5+0,08) / 2*5*0,8 = 0,197 МН.
Следовательно, при десятиструнной оснастке мы выигрываем в силе почти 8 раз (1,5:0,197). Однако одновременно с этим скорость подъема труб уменьшается в 10 раз. Талевая система позволяет при принятых в буровых установках скоростях подъема использовать канаты диаметром от 22 до 44 мм при любой глубине бурения.
Кронблоки и крюкоблоки классифицируются по трем основным параметрам: максимально допустимой нагрузке, диаметру шкивов по дну желоба и числу шкивов. Эти параметры часто используются в качестве их шифра.
Основные присоединительные размеры кронблоков и крюко-блоков (в составе буровой установки): диаметр шкивов по дну желоба; размер профиля желоба шкивов; число шкивов; размеры рамы для крепления кронблока к вышке.
Стальные талевые канаты.
