УСТАНОВКА БУРОВАЯ "МОБИЛМАШ 145/3100"

Полезная модель УСТАНОВКА БУРОВАЯ «МОБИЛМАШ 145/3100» (далее «МОБИЛМАШ 145/3100») относится к области глубокого бурения и представляет собой мобильную буровую установку, которая может быть использована для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин с номинальной грузоподъемностью, преимущественно, 145 тонн, и может быть использована для бурения скважин глубиной до 3100 м, для спуска и подъема насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб, насосных штанг, проведения бурильных работ, в том числе, разбуривания цементных мостов, пробок, пакеров, промывки отложений песка и парафина в скважине, установки цементных мостов, ловильных работ и других операций при текущем, капитальном ремонте и освоении газовых, нефтяных и нагнетательных скважин, в том числе, пробуренных, преимущественно, в твердых породах. Аббревиатура названия и грузоподъемности «МОБИЛМАШ 145/3100» обозначается разработчиком в производстве и при продажах.
Известна установка буровая МБУ 125 (Патент РФ №67615), которая содержит подъемный блок на раме самоходного шасси, состоящий из приводного двигателя, раздаточного редуктора, валы которого находятся в зацеплении с возможностью передачи крутящего момента через соединительные элементы на цепные редукторы трансмиссии тихого и быстрого хода однобарабанной лебедки с двумя дисковыми пневматическими муфтами, а также - с возможностью передачи крутящего момента на привод ротора, редуктора аварийного привода, вал которого соединен с трансмиссией аварийного привода и с трансмиссией тихого хода лебедки, телескопическую вышку с кронблоком, талевую систему с крюкоблоком, выполняющую связь лебедки с указанной вышкой, и буровое основание. Техническим результатом известного решения является упрощение конструкции установки с сохранением ее функциональных возможностей за счет применения однобарабанной лебедки, которая наиболее компактна и проста по конструкции по сравнению с двухбарабанной лебедкой с буровым и тартальным барабанами, примененной в известных решениях. Недостатком указанной известной установки является трудоемкость в обслуживании.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является мобильный ремонтно-буровой агрегат, предназначенный для бурения, освоения, ремонта, восстановления скважин (Патент РФ №2204680). Агрегат включает самоходную транспортную базу, например грузовой автомобиль, на платформе которой смонтированы вышка с талевой системой, буровая однобарабанная лебедка, механический привод основных механизмов, гидравлический привод вспомогательных механизмов и гидравлические аутригеры. Привод основных механизмов снабжен реверсивным электродвигателем постоянного тока, установленным на платформе перед буровой лебедкой, который кинематически связан с раздаточным редуктором привода буровой лебедки и ротором. А раздаточный редуктор кинематически соединен с ротором через последовательно размещенные вал, муфту и реверсивный угловой редуктор. Этот агрегат обеспечивает повышение надежности и эффективности работы за счет включения в состав реверсивного электродвигателя постоянного тока, что позволяет при соответствующих условиях переходить от привода двигателя автомобиля на работу с приводом от электродвигателя, с присущими этому виду привода преимуществами.
Однако указанный известный буровой агрегат может не обеспечить в полной мере стабильный процесс бурения в условиях наличия твердых пород с высокой прочностью. Это объясняется недостаточным согласованием изменения в этой ситуации крутящего момента и частоты вращения ротора посредством муфты (особенно, если она не пневматическая дисковая) и угловым редуктором.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в обеспечении стабильности процесса бурения в твердых породах за счет улучшенного согласования изменяющихся при прохождении твердых пород крутящего момента и частоты вращения раздаточного редуктора и ротора, за счет минимизирования скользящего с рывками движения породоразрушающего инструмента, а также за счет снятия эффекта «пружины», который образуется на бурильной колонне с указанным инструментом при бурении в твердых породах.
Поставленный технический результат достигается предлагаемой «МОБИЛМАШ 145\3100», содержащей подъемный блок на раме самоходного шасси, состоящий из приводного двигателя, раздаточного редуктора, валы которого находятся в зацеплении с возможностью передачи крутящего момента на цепной редуктор трансмиссии хода однобарабанной лебедки с двумя дисковыми пневматическими муфтами, а также с возможностью передачи крутящего момента на привод ротора через карданный вал, муфту и редуктор, редуктора аварийного привода, вал которого соединен с цепной трансмиссией аварийного привода и с цепной трансмиссией лебедки, телескопическую вышку с кронблоком, талевую систему с крюкоблоком, выполняющую связь лебедки с указанной вышкой, и буровое основание, при этом новым является то, что раздаточный редуктор кинематически соединен с ротором через последовательно размещенные карданный вал, реверсивный редуктор со встроенным моментомером, дисковую пневматическую муфту включения привода ротора с цепной трансмиссией и дисковый тормоз ротора с цепной трансмиссией, а талевая система установки дополнительно снабжена успокоителем талевого каната, снабженного двумя степенями свободы и амортизационной пружиной на плавающей каретке.
Указанный технический результат достигается за счет совокупности конструктивных узлов, входящих в конструкцию «МОБИЛМАШ 145/3100», и их взаимосвязи.
Благодаря тому, что раздаточный редуктор и ротор кинематически связаны через последовательно размещенные карданный вал, реверсивный редуктор со встроенным моментомером, дисковую муфту включения привода ротора с цепной трансмиссией и дисковый тормоз ротора с цепной трансмиссией, обеспечивается стабильность процесса бурения в твердых породах, например, в кварците. При попадания породоразрушающего инструмента в твердую породу происходит уменьшение частоты вращения ротора. Если это происходит длительное время, то указанный инструмент начинает неустойчиво работать. Поэтому очень важно обеспечить выход на оптимальный режим и его сохранение. В предлагаемой полезной модели в этой ситуации выход на заданный технологический режим бурения и его стабилизацию обеспечивается совокупностью узлов кинематической связи раздаточного редуктора и ротора, а также за счет наличия успокоителя каната, установленного на талевой системе.
При увеличении твердости породы и увеличения за счет этого момента нагрузки на вращающемся роторе, дисковая пневматическая муфта за счет проскальзывания позволяет снизить частоту вращения ротора или произвести его остановку при возможном заклинивании (причем именно дисковая пневматическая муфта, по сравнению с традиционными муфтами, позволяет это сделать без рывков, плавно, без удара, т.к. вращающий момент изменяется постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения - диски). В этой ситуации реверсивный редуктор позволяет реверсировать направление вращения ротора при увеличении момента нагрузки на породоразрушающий инструмент, например, при бурении твердых пород. Посредством муфты вращающий момент от распределительного редуктора передается через две цепные трансмиссии на ротор. При разбуривании твердых пород и увеличения за счет этого момента нагрузки на вращающемся роторе, дисковая пневматическая муфта, за счет проскальзывания, позволит снизить частоту вращения ротора или его остановку при возможном заклинивании. В этой ситуации реверсивный редуктор обеспечивает изменение направления вращения ротора для выхода породоразрушающего инструмента из позиции заклинивания или из большого момента сопротивления породы. При этом происходит уменьшение сопротивления породы на указанный инструмент и частота вращения ротора увеличивается, т.е. проскальзывание муфты прекращается. Но частота вращения ротора должна быть в пределах заданной оптимальной величины, чтобы обеспечить и требуемую скорость бурения, и исключить «зашлифовку» породы, особенно твердой (в случае высокой частоты вращения породоразрушающего инструмента), а также снять эффект «пружины» на бурильный инструмент. Для исключения этого явления в кинематическую схему включен моментомер, который выводит на табло параметры момента на роторе и скорость вращения ротора, а также дисковый тормоз ротора. При отклонении частоты вращения ротора от заданной (оптимальной) бурильщик производит переключение передач в коробке переключения передач шасси и за счет изменения при этом числа оборотов двигателя будет изменен тормозной момент тормоза ротора, скорость вращения ротора при этом изменится. А это обеспечит оптимальные условия для работы муфты. За счет этих двух эффектов частота вращения ротора будет приведена в заданный режим, т.е. будет согласование изменяющихся при прохождении твердых пород крутящего момента и частоты вращения раздаточного редуктора и ротора. Таким образом, благодаря указанной совокупности воздействия указанной муфты и указанного тормоза ротора будет поддерживаться стабильность процесса бурения, в том числе, в твердых породах. А благодаря цепным трансмиссиям происходит передача частот вращения указанной муфты и дискового тормоза на ротор за счет коэффициентов передачи этих трансмиссий.
Выбор муфты и тормоза ротора дисковыми обусловлен, во-первых, их возможностью выполнять свои функции без рывков, плавно, без удара, т.к. вращающий момент, на который они оказывают воздействие, изменяется постепенно по мере увеличения силы нажатия на поверхности трения - диски, а во-вторых, совместимостью, согласованностью характера воздействия, что несомненно приведет к стабилизации процесса бурения.
Благодаря тому, что в талевую систему дополнительно встроен успокоитель талевого каната, снабженный двумя степенями свободы и амортизационной пружиной на плавающей каретке, обеспечивается снижение вибрации каната как при сматывания его на барабан лебедки, так и при разматывании для осуществления подъема и регулируемого спуска бурильных и обсадных колонн, регулируемой подачи долота на забой в режиме регулятора подачи долота, что обеспечивает минимизирование скользящего с рывками движения породоразрушающего инструмента и положительно влияет на стабилизацию процесса бурения.
Сущность полезной модели «МОБИЛМАШ 145/3100» поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид «МОБИЛМАШ 145/3100»; на фиг.2 - кинематическая схема «МОБИЛМАШ 145/3100»; на фиг.3 - успокоитель талевого каната.
Заявленная полезная модель «МОБИЛМАШ 145/3100» содержит раму 1 самоходного шасси, например, шасси БА3-69099, имеющую колесную формулу 12×12, на которой расположены узлы и элементы подъемного блока, в том числе приводной двигатель 2 (например, Caterpiller С15 ACERТ 403 кВт (540 л.с), оснащенный автоматической коробкой передач 3 (например, Аllison Transmission типа 4700), двухскоростной коробкой отбора мощности 4, которая посредством вала связана с раздаточным редуктором 5 привода буровой лебедки 6 и ротора 7, например, РУП-560 с захватом клиньевым пневматическим. На борту подъемного блока расположен монтажный пульт 8, с которого управляют телескопическим гидроцилиндром подъема вышки 9, состоящей из двух секций, и гидроцилиндром выдвижения верхней секции вышки. Электрооборудование подъемного блока (24 В) подключено к электрооборудованию шасси. Подъемный блок оснащен аварийным освещением напряжением 24 В, габаритными огнями для движения по дорогам общего назначения. Основное освещение установки (220 В) выполнено во взрывозащищенном исполнении. На полуприцепе размещено буровое основание.
На раме 1 в средней ее части установлена однобарабанная лебедка 6, имеющая одну цепную трансмиссии 10 хода и цепную трансмиссию 11 аварийного привода.
Лебедка 6 состоит из барабана 12, вспомогательного тормоза 13 с водяным охлаждением (например, WPT 324), тормоза 14 барабана лебедки, дисковых пневматических вентелируемых муфт 15 и 16 (например, W24-ОН-302), и редуктора 17 аварийного привода. Также лебедка 6 связана с талевой системой 18 с крюкоблоком, выполняющей связь лебедки с вышкой 9. Талевая система при этом снабжена успокоителем 19 талевого каната, снабженного двумя степенями свободы и амортизационной пружиной 20 на плавающей каретке 21 (фиг.3). Благодаря именно такому выполнению успокоителя обеспечивается значительное снижение вибрации и рывков каната как в горизонтальной (за счет пружины), так и в вертикальной плоскостях (за счет плавающей каретки), что особенно важно при работе породоразрушающего инструмента в твердых породах, когда возможно резкое изменение скорости бурения во времени.
Раздаточный редуктор 5 установлен параллельно относительно продольной оси лебедки 6 и содержит два вала 22 и 23, находящиеся в зацеплении с возможностью передачи крутящего момента через соединительные элементы на трансмиссию 10 лебедки 6 и привода ротора 7 соответственно.
Барабан 12 лебедки 6 состоит из сварного барабана с канавками, связанного с валом шпоночным соединением. Вал соединен с опорными элементами рамы через подшипники, а на торцах барабана укреплены тормозные обода (на фиг. не показано).
Все трансмиссии одеваются на пустотелые шлицевые валы, которые установлены на подшипниках. Трансмиссия служит для привода лебедки с помощью редукторов. Все редукторы выполнены цепными с цельносварными маслонаполненными корпусами и смотровыми окнами.
На раме 1 установлена цепная трансмиссия 11 редуктора 17 аварийного привода при помощи опорных элементов.
В цепных редукторах для монтажа звездочек цепи и натяжного устройства цепи имеются крышки. Звездочки вращаются на шарикоподшипниках и установлены в боковые крышки редуктора. Например, в редукторе 17 аварийного привода находятся звездочки с числом зубьев Z=17, Z=34.
Редуктор 17 аварийного привода служит для аварийного привода лебедки 6 с помощью гидромоторов (на фиг. не показано), которые установлены в крышку редуктора с возможностью передачи вращательного момента на вал редуктора 17. На шлицевых валах гидромоторов закреплены шестерни (Z=18), которые находятся в постоянном зацеплении с венцом (Z=120). Венец закреплен болтами и штифтами на ведущем диске, который в свою очередь посажен с помощью шлицевых пазов и втулок на вал редуктора 17. Шлицевой конец вала редуктора 17 через соединительные элементы соединен с валом аварийного привода лебедки и рычагом включения аварийного привода.
Редуктор 17 аварийного привода имеет разъемный корпус (на фиг. не показано), состоящий из сварного корпуса с крышкой, соединенных между собой болтами через прокладку. В редуктор 17 аварийного привода заливается масло трансмиссионное, например, зимой ТМ 5-12 (-40°С; +140°С), летом ТАД-17И (-25°С; +140°С) ГОСТ 23656-79 в количестве 1,8 литра до верхней метки на щупе маслоуказателя.
Раздаточный редуктор 5 посредством карданного вала 23 кинематически соединен с ротором 7. При этом на этом валу 23 последовательно размещены: реверсивный редуктор 24 со встроенным моментомером 25, дисковая пневматическая муфта 26 включения привода ротора с цепной трансмиссией 27 и дисковый тормоз 28 ротора с цепной трансмиссией 29.
Вышка 9 служит для выполнения спуско-подъемных операций во время бурения и обсадки скважин. Она состоит из двух секций: нижней и верхней, представляющих собой сварные фермы П-образной формы (с открытой передней гранью), сваренные из труб прямоугольного и квадратного сечения. К верхней секции приварена рама кронблока. При эксплуатации вышка 9 является опорой для бурильных труб, устанавливаемых в вертикальное положение, кроме того на ней монтируется ряд устройств и приспособлений для различных технологических целей при строительстве скважин, например, в опорные проушины и фланцы, которые имеются в нижней части нижней секции, подвешивается балкон верхового (на фиг. не показано). На верхней секции имеется поддон для укладки крюкоблока в транспортном положении. Нижняя и верхняя секции вышки оборудованы лестницами-стремянками (на фиг. не обозначено).
2
2
2
Предлагаемая мобильная буровая установка «МОБИЛМАШ 145/3100» работает следующим образом. Установка для проведения работ при глубоком бурении, обслуживании и ремонте скважин устанавливается на рабочей площадке, с несущей способностью грунта не менее 15 кг/см. Под колеса шасси устанавливают противооткатные упоры. К откидным площадкам, которыми оснащена установка, крепят опоры и устанавливают лестницы с перилами (на фиг. не показано). Собирают и устанавливают в рабочее положение устройства и приспособления с креплением на вышке. Снимают с крюков вышки оттяжки, канат подвески ключей, канат страхового устройства верхового рабочего и расправляют их. Фиксируют крюкоблок. Перед подъемом вышки 9 отсоединяют откидные болты передней опоры. Отсоединяют элементы фиксации верхней секции вышки относительно нижней и подают напряжение на пульт управления. Подъем вышки начинают при давлении не более 180 кгс/см. Опускание вышки производят при давлении в пределах от 40 до 50 кгс/см. Положение вышки фиксируют с помощью откидных болтов на задней опоре.
Закрепляют оттяжки: силовые оттяжки натягивают с усилием 10 кН (до отсутствия провисания), при этом момент затяжки должен составлять 20 кг.м; ветровые оттяжки закрепляют к якорям и натягивают с усилием 10 кН, при этом момент затяжки должен составлять 20 кг.м; стабилизирующие оттяжки балкона верхового рабочего закрепляют к якорям и натягивают с усилием 5 кН, при этом момент затяжки должен составлять 10 кг.м. Затем устанавливают рабочие площадки.
Работа установки заключается в работе ротора и в работе лебедки. Однобарабанная лебедка 6, предназначенная для подъема и опускания бурильного инструмента, обсадных и насосно-компрессорных труб, содержит барабан 12 с валом, который посредством дисковых пневматических вентилируемых муфт 15 и 16 соединен напрямую и установлен соосно с основным двигателем. Для увеличения тягового усилия на барабане 12 лебедки 6 работа осуществляется через цепную передачу. Управление лебедкой осуществляется с помощью рычагов и рукояток тормоза 14, а также с пульта управления и обеспечивается пневматической системой лебедки. При включении пневматических муфт 15 и 16, звездочки хода муфт соединяются с валом барабана 12 лебедки 6. Вращение задает привод лебедки с раздаточного редуктора 5, имеющего выход на редуктор цепной трансмиссии 10. Крутящий момент от трансмиссии 10 передается к барабану 12 лебедки 6. Тормоз 14 лебедки имеет ручное пневматическое и механическое управление, которое приводится в действие тормозным рычагом, который обеспечивает плавное торможение с постепенным увеличением тормозного усилия.
Использование однобарабанной лебедки 6 обеспечивает полную остановку и удержание груза в неподвижном состоянии некоторое время (до 30 секунд) до момента наложения основного тормоза. При бурении двигатель работает в режиме регулятора подачи долота. Система управления приводом обеспечивает полную управляемость приводными электродвигателями, даже при торможении на подъеме и разгоне на спуске. Основное торможение производится с помощью электродвигателя, аварийное - механическим тормозом рычагом включения аварийного привода. Успокоитель 19 каната, встроенный в талевую систему, обеспечивает снижение вибрации и рывков каната при работе, что позволяет повысить стабильность процесса бурения.
Вращение на ротор 7 передается от раздаточного редуктора 5 через карданный вал 23, реверсивный редуктор 24 со встроенным моментомером 25, через дисковую пневматическую муфту 26 включения привода ротора, соединенную с цепной трансмиссией 27, через дисковый тормоз 28 ротора с цепной трансмиссией 29. При этом реверсивный редуктор 24 позволяет реверсировать направление вращения ротора 7 при увеличении момента нагрузки на породоразрушающий инструмент, например, при бурении твердых пород. При вращающемся карданном вале 23 происходит сцепление с ним муфты 26 и вращающий момент передается через две цепные трансмиссии 27 и 29 на ротор 7. При разбуривании твердых пород и увеличения за счет этого момента нагрузки на вращающемся роторе 7, муфта 26 за счет проскальзывания позволит снизить частоту вращения ротора или его остановку при возможном заклинивании. В этой ситуации реверсивный редуктор 25 обеспечивает изменение направления вращения ротора 7 для выхода породоразрушающего инструмента из позиции заклинивания или из большого момента сопротивления породы. При этом происходит уменьшение сопротивления породы на указанный инструмент и частота вращения ротора увеличивается, т.е. проскальзывание муфты 26 прекращается. Но частота вращения ротора 7 должна быть в пределах заданной оптимальной величины, чтобы обеспечить и требуемую скорость бурения, и исключить «зашлифовку» породы, особенно твердой (в случае высокой частоты вращения породоразрушающего инструмента), и снять эффект «пружины», который образуется на бурильном инструменте, особенно при бурении в твердых породах. Для исключения этого явления в кинематическую схему включен моментомер 25, который выводит на табло параметры момента на роторе и скорость вращения ротора, а также дисковый тормоз 28 ротора. При отклонении частоты вращения ротора 7 от заданной (оптимальной) бурильщик производит переключение передач в коробке переключения передач 3 шасси и за счет изменения при этом числа оборотов двигателя 2 будет изменен тормозной момент тормоза 28, скорость вращения ротора 7 при этом изменится. А это обеспечит оптимальные условия для работы муфты 26. За счет этих двух эффектов частота вращения ротора будет приведена в заданный режим, т.е. будет согласование изменяющихся при прохождении твердых пород крутящего момента и частоты вращения раздаточного редуктора 5 и ротора 7. При этом тормоз 28 ротора еще служит как для остановки ротора 7, так и для снятия явления «пружины», которое образуется на бурильном инструменте при бурении, особенной в твердых породах. Таким образом, благодаря воздействию дисковой пневматической муфты 26 и дискового тормоза 28 ротора будет поддерживаться стабильность процесса бурения, в том числе, в твердых породах. А благодаря цепным трансмиссиям 27 и 29 происходит передача частот вращения муфты 26 и дискового тормоза 28 на ротор 7 за счет коэффициентов передачи этих трансмиссий.
Установка вышки 9 в рабочее или транспортное положение, а также выдвижение верхней секции из нижней осуществляется при помощи гидросистемы, которая обеспечивает разворачивание в рабочее положение узлов и элементов установки. Управление установкой при эксплуатации включает управление гидроцилиндром подъема вышки и гидроцилиндром выдвижения верхней секции вышки. Электрооборудование подъемного блока (24 В) подключено к электрооборудованию шасси.
Контроль за работой двигателя, подача сигнала пуска двигателя, аварийная остановка двигателя осуществляются с пульта управления оператора (бурильщика).
В рабочем положении используют определенные оттяжки: для восприятия нагрузки на установку кронблок и вышку 8 соединяют с рамой 1 двумя силовыми оттяжками; для ограничения перемещения вышки 8 при ветровых нагрузках применяют ветровые оттяжки; для ограничения перемещения балкона и восприятия ветровой нагрузки установлены стабилизирующие оттяжки балкона (оттяжки на фиг. не показаны).
Таким образом, заявленная установка значительно повышает эффективность бурения, обслуживания и ремонта нефтяных и газовых скважин, благодаря обеспечению стабильной работы при бурении скважин, в том числе, в твердых породах. Функциональные возможности установки позволяют ее использование при глубоком бурении нефтяных и газовых скважин.