Выбор оборудования для ремонта

В большинстве случаев ремонт производится установками (агрегатами) в составе которых имеется необходимое подъемное оборудование – мачта, талевые системы и лебедка, имеющие сбалансированные параметры – грузоподъемность, высота мачты, длина свечи, тяговое усилие лебедки, оснастка, талевый канат. Все эти параметры зафиксированы в паспорте на установку.

Выбор установки в этом случае производится по ожидаемой максимальной вертикальной нагрузке действующей на мачту:

Pmax ≤ [ P_п];

Где: Pmax – максимальная вертикальная нагрузка, ожидаемая в процессе ремонта;

[ P_п] – грузоподъемность установки по паспортной характеристике.

Pmax = Ркр + Рхк + Рнк + Ртс

Где: Ркр – максимальная нагрузка на крюке при подъеме (спуске) наиболее тяжелой колонны НКТ, бурильной или обсадной колонны в процессе ремонта,

Рхк – нагрузка от натяжения ходового конца талевого каната при подъеме (спуске) бурильной, обсадной или колонны НКТ,

Рнк - нагрузка от натяжения неподвижного конца талевого каната при подъеме (спуске) бурильных, обсадных или колонны НКТ,

Ртс - нагрузка отвеса талевой системы.

К примеру, вес наиболее тяжелой бурильной колонны можно определить по формуле:

Gкр = q _б.т L + q _з (L/l) + q _убт l_убт ;

Где: q _б.т - вес 1м гладких бурильных труб, составляющих колонну бурильных труб, н

L - длина колонны бурильных труб, м

q _з - вес замкового соединения бурильных труб, н

l – средняя длина бурильной трубы, м

q _убт - вес 1м утяжеленных бурильных труб, н

l_убт - длина утяжеленных бурильных труб, м

Статическая нагрузка на крюке с учетом нахождения бурильной колонны в жидкости (глинистом растворе):

Pкр = k Gкр ( 1- ρбр / ρм)

Где: k - коэффициент, учитывающий прихват, затяжки колонны,

. к ≈ 1,25 - 1,3

Gкр – вес наиболее тяжелой колонны бурильных, обсадных или насосно-компрессорных труб, кН

ρбр , ρм - плотность жидкости в скважине и материала труб, соответственно, кГ/м³

Рхк = Pкр / uтс ηтс

Pнк = 0,8 Рхк (при подъеме) = 1,2 Рхк ( при спуске) колонны

Где: uтс - кратность талевой системы (число рабочих струн талевой системы) по паспорту на установку

. ηтс - КПД талевой системы, учитывающий трение в подшипниках шкивов талевого блока, кронблока и каната о шкивы.

. ηтс ≈ 0,85 для оснастки 3 х 4

Ртс = qкб + qтб + q кр + qк

Где: qкб -вес кронблока, н

qтб - вес талевого блока, н

q кр - вес крюка, н

qк – вес каната, н

В случае применения неагрегатированного оборудования, т.е. комплектования подъемного комплекса из мачты, подъемника, талевой системы обоснование применяемого оборудования производится следующим образом:

1. Определяется максимальная статическая нагрузка на крюке с учетом нахождения наиболее тяжелой колонны (бурильной, обсадной, НКТ) в жидкости, Pкр, кН (см. выше).

2. Исходя из Pкр подбирается тип подъемника, грузоподъемностью Рп, превышающей Ркр на 15-20%

3. Определяется тип оснастки по формуле:

uтс = Ркр / Рхк.1 ηтс;

Где: Рхк.1 – наибольшее тяговое усилие подъемника на ходовом конце талевого каната при подъеме на 1 скорости, кН (по паспорту на подъемник)

4. Полученное значение uтс округляется до ближайшего четного значения, которое определит тип оснастки (к примеру 3 х 4), ее кратность (число рабочих струн – для оснастки 3х4 - 6) и диаметр талевого каната.

5. Определяется максимальная вертикальная нагруᐷка на мачту Pmax (см. выше), по которой уточняется тип мачты (вышки), грузоподъемность которой должна быть на 20-30% больше Pmax

Мощность подъемника при его работе должна быть близка к номинальной, чтобы выдерживалось соотношение:

N = РкрV кр / η = idem

Где: N - номинальная мощность двигателя подъемника, кВт

η - КПД подъемника и талевой системы

Ркр - вес груза на крюке, н

Vкр - скорость подъема крюка, м/с

Принимая η постоянным, РкрV кр = i dem

В процессе подъема НКТ вес колонны уменьшается и для того, чтобы выдерживать соотношение РкрV кр = i dem, нужно увеличивать скорость подъема после выброса каждой трубы. Такая возможность осуществима в приводах с двигателями постоянного тока и гидроприводах. В обычных приводах с дизельным приводом необходимо переключение скоростей подъема, использование мощности привода, при этом, будет не полной (заштрихованная площадь рисунка а).

Графики использования мощности на подъем колонны труб для односкоростного и двухскоростного подъемников показаны (рис.б и в) соответственно (N - мощность, Т - время подъема). Из-за уменьшения веса линия NoT пойдет наклонно (фак­тически это будет ступенчатая линия с числом ступеней, равным числу выброшенных на мостки труб, близкая к прямой). Заштри­хованная площадь (рис. б.) представляет собой полезную работу А = N_oT/2 и составляет половину площади прямоугольника ONoM1T1. Коэффициент использования мощности подъемника

.φ₁ = (S _{0 M0 T1}) / (S _{0 M0 M1 T1}) ≈ 0,5

а б в

Рис. а Зависимость между скоростью и нагрузкой на крюке.

Рис. б Использование мощности односкоростного подъемника

Рис. в Использование мощности двухскоростного подъемника

Заштрихованная область - полезная работа

В случае двухскоростного подъемника (рис.в) полезная работа, а следовательно, и коэффициент использования мощности возрастает. А.С.Вирновским доказано, что коэффициент максимального использования мощности подъемника:

.φmax =m /(m+1), где m – число скоростей

При этом между скоростями подъемника должно быть соотношение:

где Vk - определяемая скорость; V_l - первая скорость подъемника, определяемая исходя из грузоподъемности и мощности подъемника

к - порядок определяемой скорости.

Расчеты относительной величины скоростей и значений φmax сведены в таблице.

Из таблицы видно, что увеличение φmax с возрастанием числа скоростей более 5 невелико. Конструкция же подъемника при этом чрезвычайно усложняется

Таблица

Относительные величины скоростей и значений φmax

Подъемные лебедки

Подъемные лебедки используют в случае применения при ремонте скважин неагрегатированного оборудования: - стационарная вышка, оборудованная стационарными мостками для укладки труб и штанг, и передвижная лебедка, смонтированная на тракторе.

Наиболее широко применяют тракторные подъемники ЛПТ - 8, заменивший подъемник АзИНмаш - 43П, и подъемники ЛПР – 110Э и ЛПР - 60 для ремонта скважин на морских основаниях.

Лебедка подъемная ЛПТ - 8. Монтажной базой этого подъемни­ка является гусеничный трактор Т-130.1.Г (рис. 5.32), обеспечиваю­щий ремонт скважин глубиною до 2500 м.

Основные узлы подъемной лебедки - силовая передача, электро­пневматическая лебедка и пневматическая система управления.

Лебедка однобарабанная. Все узлы и механизмы лебедочного бло­ка - барабанный вал в сборе, вал силовой передачи, тормозная систе­ма, храповое устройство, ограничитель подъема талевого блока, кожу­хи и ограждения -собраны на цельносварной станине коробчатого типа. Барабан включают посредством собранной внутри тормозной шайбы фрикционной муфты. Шайбу крепят к ребордам барабана.

На правом конце барабанного вала по ходу установлена безопас­ная шпилевая катушка, на левом - цепное колесо привода ротора.

Тормозная лента выполнена из пружинной стали с наклеенным на ее внутреннюю поверхность фрикционным материалом. Для дли­тельного удержания колонны труб или штанг на весу в лебедке пре­дусмотрено храповое устройство.

Фрикционная муфта однодисковая, пневматическая. Для вклю­чения барабана лебедки воздух от пневмосистемы подается в верт­люжок, ввернутый в торец вала барабана.

Пневмосистема подъемника предназначена для управления фрик­ционной муфтой привода тормозной системы лебедочного блока при ножном управлении или срабатывании ограничителя подъема тале­вого блока.

Пневмосистемы питаются от двухцилиндрового одноступенчатого компрессора, привод которого осуществляется от двигателя тракто­ра посредством карданного вала и ременной передачи. Сжатый воз­дух из компрессора 4 подается в воздушные баллоны 3, из которых в процессе работы необходимо удалять жидкость. Компрессор и топ­ливный бак 2 расположены спереди трактора на удлиненной части рамы перед радиатором.

Для крепления подъемника в рабочем положении имеются два откидных винтовых упора 13.

У шестискоростной коробки передач КП -100 четыре прямые ско­рости и две обратные.

Такая компоновка создает лучшие условия для обслуживания коробки передач, обеспечивает доступ к прицепному устройству и бортовым фрикционам трактора.

Привод воздушного компрессора 1 осуществляется от ходового дви­гателя трактора с помощью карданного вала 4 и ременной передачи 25.

В корпусе коробки передач на роликовых подшипниках установ­лены ведущий 1, промежуточный II, ведомый III валы и ось паразит­ной шестерни заднего хода IV. На бронзовых втулках ведущего вала установлены шестерня 19 первой и третьей скоростей, шестерня 17 второй и четвертой скоростей, между которыми размещена муфта переключения скоростей 18. На ведущем валу также установлена подвижная шестерня 16. На промежуточном валу неподвижно смонтиро­ваны шестерни 14, 13 и 12, на бронзовых втулках ведомого вала - шес­терня 11 первой и второй скоростей и шестерня 9 третьей и четвертой скоростей, между которыми находится муфта переключения 10.

На оси IV коробки передач 20 на двух роликовых подшипниках установлена шестерня .15, при работе которой совместно с подвиж­ной шестерней 16 осуществляется обратное вращение барабана.

Трансмиссионный вал, помещенный в герметичной масляной ван­не станины, передает через шестерни 7 и 5 вращение барабанному валу VI. Барабан включают посредством фрикционной муфты.