Подъемная система буровой установки

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к буровым установкам для эксплуатационного и разведочного бурения нефтяных и газовых скважин.

Известна подъемная система буровой установки, включающая барабанную лебедку с основным ручным ленточным и вспомогательным гидродинамическим тормозами, канат которой посредством кронблока и талевого блока передает нагрузку от лебедки к крюку (см. книгу Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. М.: Недра, 1988, с. 196-231).

В указанном устройстве динамика торможения лебедки определяется бурильщиком. Остановку талевого блока и лебедки при аварийных ситуациях также осуществляет бурильщик исходя из опыта и оценки ситуации.

Недостатком указанного устройства является зависимость предупреждения опасных ситуаций от человеческого фактора. Неадекватная оценка бурильщиком реальной ситуации может привести к аварийной ситуации (позднее торможение) или перегрузке установки (резкое торможение при отсутствии реальной опасности).

Известна подъемная система буровой установки, включающая барабанную лебедку с основным электродинамическим тормозом, роль которого выполняет двигатель, вспомогательным гидравлическим дисковым тормозом, канат которой посредством кронблока и талевого блока передает нагрузку от лебедки к крюку, роликовый успокоитель каната, включающий скалку, соединенную с вышкой, ролики, насаженные на скалку с возможностью ограниченного упорами перемещения вдоль скалки (см. книгу Ефимченко С.И., Прыгаев А.К. Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов. Часть 1. М.: ФГУП «Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2006, с. 596-599).

Торможение приводным двигателем позволяет исключить дополнительный вспомогательный тормоз, а стояночный и аварийный дисковый гидравлический тормоз позволяет практически мгновенно остановить барабан лебедки.

Недостатком указанного устройства является возможность ослабления ходовой ветви талевого каната и нарушение навивки каната на барабане при аварийном торможении лебедки при подъеме талевого блока, особенно при отсутствии инструмента и с максимальной скоростью.

Известна подъемная система буровой установки, включающая барабанную лебедку с основным электродинамическим тормозом, роль которого выполняет двигатель, вспомогательным гидравлическим дисковым тормозом, канат которой посредством кронблока и талевого блока передает нагрузку от лебедки к крюку, роликовый успокоитель каната, включающий неподвижную скалку, ролики, насаженные на скалку с возможностью ограниченного упорами перемещения вдоль скалки (см. БУ 4000/250 ЭЧК-БМ. Руководство по эксплуатации Б492.00.00.000 ЭЧК-БМ2. Волгоград, ВЗБТ, 2011 г.), который принят за прототип.

Недостатком указанного устройства является возможность ослабления ходовой ветви талевого каната и нарушение навивки каната на барабане при аварийном торможении лебедки при подъеме талевого блока, особенно при отсутствии инструмента и с максимальной скоростью.

Целью предлагаемого технического решения является предотвращение ослабления подвижной ветви талевого каната в барабане и нарушение навивки каната на барабане при аварийном торможении лебедки.

Указанная цель достигается тем, что, в подъемной системе буровой установки, включающей лебедку с рабочим и аварийным тормозами, канат, перекинутый через кронблок и талевый блок, роликовый успокоитель каната, содержащий ролики с осями, между которыми с зазором пропущен канат, имеющие возможность ограниченного упорами перемещения вдоль скалки, соединенной с вышкой, согласно техническому решению успокоитель каната снабжен дополнительным верхним роликом с расположением центров осей роликов в плане на вершинах прямоугольного треугольника между двумя параллельно расположенными щеками с гарантированным зазором, при этом оси роликов в плане, расположенных на вершинах острых углов, жестко связаны с щеками, а третий ролик насажен на скалку, ось которой в плане расположен на вершине прямого угла, при этом центр масс успокоителя находится в верхней его части в противоположной стороне от скалки относительно каната.

Габариты щек в плане выполнены с перекрытием роликов с образованием по периметру периферийной части успокоителя кольцевого углубления.

Ролики в щеках установлены асимметрично по горизонтали со смещением в сторону вышки.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема талевой системы буровой установки.

На фиг. 2 - узел А на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

На фиг. 4 - кинематическая схема буровой лебедки.

На фиг. 5 - положение успокоителя при ослабленной ходовой ветви каната.

Подъемная система буровой установки включает лебедку барабанную 1 (фиг. 1) с канатом 2, который пропущен через кронблок 3, установленный в верхней части буровой вышки 4, талевый блок 5 с крюком (на фиг. не указан) с образованием полиспасты.

Роликовый успокоитель 6 (фиг. 2) талевого каната 2 содержит размещенные между щеками 7 и 8 (фиг. 3) ролики 9, 10 и 11 с гарантированным зазором между щеками 7, 8 и роликами 9, 10 и 11. Ролики 9, 10 и 11 расположены с образованием в плане их центральных осей прямоугольного треугольника.

Оси 12 и 13 вращения роликов 10 и 11, примыкающих к острым углам треугольника, жестко соединены со щеками 7 и 8 успокоителя 6. Ролик 9, примыкающий к прямому углу прямоугольника, установлен между щеками 7, 8 и насажен на скалку 14, пропущенную через успокоитель 6. Скалка 14 жестко соединена, например, с горизонтальной балкой 15 вышки 4 посредством кронштейнов 16. Ролик 9 выполнен с возможностью ограниченного упорами 17 и 18 перемещения вдоль скалки 14.

Размеры щек 7 и 8 выбираются из условия обеспечения положительного перекрытия ими роликов 9, 10 и 11. Иными словами, габариты щек 7 и 8 в плане выполнены с перекрытием роликов с образованием по периметру периферийной части успокоителя кольцевого углубления.

Ролики 9, 10 и 11 в щеках 7 и 8 могут быть расположены асимметрично по горизонтали со смещением в сторону вышки 4.

Талевый канат 2 пропущен между роликами 9 и 10 с небольшим зазором и с возможностью взаимодействия каната 2 с роликами 10 и 11. Центр масс Ц успокоителя 6 расположен в верхней его части на минимальном расстоянии h от центра скалки 14 в противоположной стороне от скалки 14 относительно каната 2.

Расстояние между осями 13 и 14 роликов 11 и 9, расположенных вдоль каната 2, может быть больше расстояния между осями 12 и 14 смежных роликов 10 и 9, между которыми пропущен канат 2.

Лебедка 1 приводится в движение, например, приводным электродвигателем 19 (фиг. 4), соединенным через редуктор 20. В качестве основного тормоза лебедки 1 используется, например, приводной двигатель 19, а вспомогательного и аварийного - дисковый гидравлический тормоз 21.

Подъемная система с роликовым успокоителем работает следующим образом.

Пусть талевый блок 5 (фиг. 1) находится в среднем положении. Успокоитель 6 каната 2 под действием неуравновешенного вращающего момента относительно скалки 14 от силы тяжести, приложенной к центру масс Ц, стремится поворачиваться против часовой стрелки вокруг скалки 14. При этом канат 2 касается роликов 10 и 11. Плечо h выбирается из условия потери равновесия успокоителя 6 при отсутствии натяжения каната 2.

При включении лебедки 1 на наматывание каната 2 на барабан талевый блок 5 начинает подниматься вверх. Ролики 10 и 11 (фиг. 2 и 3) вращаются вокруг осей 12 и 13.

При аварийном торможении лебедки 1 дисковым гидравлическим тормозом 21 (фиг. 4) при подъеме талевого блока 5, двигающегося, например, с максимальной скоростью (до 2 м/с), возможен дополнительный подъем талевого блока 5 уже после остановки барабана лебедки 1. Это происходит за счет накопленной кинетической энергии талевого блока 5, каната 2 и шкивов (на рис. не показаны) талевого блока 5 и кронблока 3. При этом талевый канат 2, находящийся выше талевого блока 5, включая ходовую ветвь, заключенную между лебедкой 1 и кронблоком 3, также ослабляется.

Под действием неуравновешенного момента M=Gh (G - сила тяжести успокоителя; h-плечо силы), успокоитель 6 начинает поворачиваться вокруг скалки 14 против часовой стрелки (фиг. 5). С поворотом успокоителя 6 вокруг скалки 14 плечо увеличивается до h₁. При этом ослабленный канат 2, под действием инерционных сил, может также опускаться ниже успокоителя 6. Вследствие образования между боковыми поверхностями щек 7 и 8 ограниченного пространства, значительная часть ослабленного участка каната 2 размещена между щеками 7 и 8. Это обеспечивает расположение ослабленного участка каната 2 в одной плоскости.

Локализация ослабленной части каната 2 между роликами 10 и 11 предотвращает ослабление каната 2 в барабане лебедки 1.

Далее талевый блок 5 останавливается и начинает опускаться вниз. Под действием возникшего натяжения ослабленный участок каната 2 (фиг. 5) перемещается в сторону кронблока 3, одновременно выравнивая успокоитель 6. После выборки ослабленного участка каната 2 под действием вращающего момента натянутого каната 2 успокоитель возвращается в исходное положение, как показано на фиг. 1.

При наматывании или сматывании каната 2 с барабана лебедки 1 канат 2 перемещается вдоль барабана лебедки 1 (на фиг. не показано). Под действием горизонтальных сил ролик 9, а также успокоитель 6, также перемещается между упорами 17 и 18 (фиг. 3).

Таким образом, при ослаблении ходовой ветви талевого каната 2 при аварийном торможении лебедки 1 весь ослабленный участок за счет поворота успокоителя 6 локализуется выше успокоителя 6, предотвращая ослабление и нарушение навивки каната в барабане лебедки 1. При этом весь ослабленный участок каната 2 располагается в одной плоскости, обеспечивая плавное его движение в сторону кронблока 3 при обратном опускании талевого блока 5.