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 бурильной и обсадных колонн. Регулирующий тормоз поглощает значительную часть освобождающейся энергии при спуске колонн в скважину, в результате чего на долю ленточного тормоза остается выполнить окончательное торможение и остановку колонн при их посадке на ротор. Этими тормозами регулируется скорость спуска бурильной и обсадных колонн в скважину.

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.