книги / Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов. Буровые машины и механизмы

Мачтовые вышки (рис. 6.9, д) имеют А-образную форму и благодаря сварной конструкции секций ног обладают высокой монтажеспособностью. Ноги вышки имеют треугольное 1 и 2, четырѐхугольное 3 либо кольцевое 4 сечение. При одинаковых размерах В и площадях поперечных сечений наибольшим сопротивлением изгибу и кручению характеризуются вышки, имеющие четырѐхугольное сечение ног. Это обусловлено тем, что моменты инерций сечений 1, 2, 3 относительно оси x изменяются пропорционально отношениям 1 : 1,35 : 1,5.

Вышки с четырехугольным сечением ног наиболее материалоѐмкие. Вышки с кольцевым сечением ног изготовляются из труб большого диаметра, что приводит к их утяжелению. Жѐсткость и монтажеспособность хорошо сочетаются в буровых вышках с открытой передней гранью, имеющих четыре (рис. 6.9, е) или две опоры (рис. 6.9, ж) и П-образную форму поперечного сечения.

Буровые вышки изготавливают из труб, уголков, швеллеров и круглого проката. Для несущих элементов предпочтительнее применять трубчатые профили, которые по сравнению с другими видами профилей обладают более высоким радиусом инерции и придают вышке благоприятные аэродинамические свойства, способствующие снижению ветровых нагрузок на вышку.

Рис. 6.10. Башенная вышка

91

Башенная вышка (рис. 6.10) представляет собой четырѐхгранную усечѐнную пирамиду, состоящую из четырѐх наклонно расположенных ног 6, связанных между собой поясами 8 и гибкими диагональными тягами 7. В рассматриваемой конструкции ноги и пояса вышки изготовлены из труб, а диагональные тяги – из круглого стального проката. На наголовнике вышки устанавливаются сварная подкронблочная рама, козлы 1 и подкронблочная площадка 2. Козлы снабжены блоком, используемым при монтаже вышки, замене кронблока и подъеме других тяжестей. Балконы 4 и 5 предназначены для работы второго помощника бурильщика (верхового) при ручной расстановке бурильных свечей длиной 36 и 27 м.

Каждый балкон состоит из четырѐх площадок 10, каркаса укрытий и оборудован пальцами 12 с шарнирной головкой для установки люльки 11 для верхового, размещѐнной относительно оси скважины на расстоянии, достаточном для прохода талевого блока. При чрезмерном удалении люльки ухудшаются условия работы верхового. На высоте 15 м находится площадка для обслуживания стояка манифольда буровых насосов и бурового рукава.

Согласно требованиям безопасности ширина площадок буровой вышки должна быть не менее 750 мм. Площадки имеют металлический настил из просечно-вытяжного листа (чтобы предотвратить скольжение), перила высотой не менее 1200 мм с продольными планками и прилегающий к настилу борт высотой 150 мм. Вышка снабжена маршевыми металлическими лестницами 3 шириной не менее 650 мм с переходными площадками и перильными ограждениями высотой не менее 1000 мм. На двух противоположных гранях имеются ворота 9 для затаскивания необходимого оборудования.

Ноги вышки собираются из стоек, стыкуемых болтовыми фланцами, приваренными к их торцам. Пояса и диагональные тяги болтами соединяются с приваренными к ногам вышки косынками 13. Башенные вышки монтируются преимущественно сверху вниз посредством специальных башенных подъемников [1].

6.4. Основания вышек

Основанием называется металлическая конструкция, собираемая из отдельных сварных секций (ферм) и устанавливаемая на поверхности земли; над ней располагается буровая вышка. Фермы основания свариваются из профильного проката или из труб. Размеры каждой секции определяются транспортными возможностями. На основании устанавливают ротор и другое оборудование, а в пространстве между устьем скважины и ротором монтируют оборудование для герметизации устья.

На основание действуют нагрузки от веса вышки и усилий, возникающих в процессе проводки скважины, вес находящегося на полу бурового оборудования и свечей в магазинах или вес колонны, установленной на роторе.

Конструкции оснований вышек весьма разнообразны. Основными требованиями, предъявляемыми к ним, являются:

–обеспечение необходимых размеров пола буровой и пространства для монтажа оборудования для герметизации устья скважины;

–прочность и жесткость для восприятия всех действующих нагрузок;

–быстрота и удобство монтажа, демонтажа и транспортировки;

–сохранность при многократных транспортировках с одной точки бурения на другую и монтажах.

Основание вышечно-роторного блока буровой установки рассчитывается на действие различного сочетания нагрузок на крюке, веса пакета свечей и оборудования, размещенного на полу буровой. Высота пола буровой зависит от класса установки.

Основание представляет собой сварную сборную конструкцию, в передней части которой расположены наклонные мостки и трап для затаскивания труб в буровую. Задняя часть снабжена продольными балками, связанными траверсой и образующими

92

основание для установки буровой лебедки на расстоянии около 2,1 м от земли, что при монтаже позволяет сгружать и устанавливать лебедку без ее подъема. Основания буровых установок универсальной монтажеспособности снабжаются поперечной балкой длиной 12 м с кронштейнами на концах для соединения при перевозках. Такая длинная балка позволяет подводить тележки при перевозках по широкой колее, приподнимать и увозить блок. При этом значительно быстрее можно демонтировать блок в зимний период, так как не требуется освобождать от льда все опоры перед перевозкой [6].

6.5. Элементы металлических конструкций

Подроторные балки – ответственные элементы основания. Они выполняются из профильного или листового проката и снабжаются ребрами жесткости для повышения устойчивости. Основания прикрепляют к фермам болтами либо пальцами. Опорные части фермы, к которым крепят балки, рассчитывают на установку роторов различных размеров. Верхние полки подроторных балок снабжаются ограничительными элементами, препятствующими перемещению ротора.

Подсвечники выполняются в виде платформы, состоящей из ряда двутавровых балок, соединенных промежуточными связями. На верхнюю поверхность балок укладывают сплошной деревянный настил толщиной не менее 70 мм. Между балками монтируют трубопроводы, по которым подается пар для обогрева нижних концов бурильных свечей. Подсвечники крепят к несущим поясам ферм основания, высота их обычно не превышает 0,5 м от пола буровой. Для работы с автоматическим спускоподъемом (АСП) подсвечник (магазин) оборудуется металлоконструкцией, разделенной на секции перегородками из труб. При установке свечей в секции заводят их нижние концы.

Приемные мостки и стеллажи для труб состоят из наклонной и горизонтальной цельносварных пространственных ферм. Верхние и нижние пояса ферм выполняют из парных балок таврового сечения, образующих замкнутый контур. Решетка выполняется из сортового или профильного проката. Горизонтальная ферма снабжается полозьями, что позволяет транспортировать ее с помощью трактора. Фермы между собой соединяются на шарнирах. Обе фермы обшиваются сплошным деревянным или металлическим настилом, обеспечивающим перемещение по нему бурового оборудования, инструмента, бурильных и обсадных труб и других грузов.

Габариты приемных мостков, ограждающих и переходных устройств должны соответствовать правилам Госгортехнадзора. Высота приемных мостов определяется высотой транспортных средств, обслуживающих буровую установку, и составляет 1,2–2 м. Длина горизонтальной части их обычно 15 м, ширина 2–2,5 м, угол наклона к горизонтали 35–70°. В конце приемных мостков монтируется трап. Стеллажи для труб решетчатой или балочной конструкции примыкают к приемным мосткам, и их число должно соответствовать полному комплекту бурильных труб для обеспечения бурения скважины проектной глубины.

Лестницы и ограждения необходимы для подъема на основания. Их число определяется конструкцией буровой установки. Размеры лестниц, перил, ступенек выполняются в соответствии с правилами Госгортехнадзора. Перила лестниц изготовляются из гнутого профиля или профильного проката таврового сечения, перила и стойки – из труб. Крепление лестниц к фермам основания – шарнирное.

Укрытия предназначены для утепления помещений и защиты обслуживающего персонала и оборудования от метеорологических воздействий. Различают сборнокаркасные и бескаркасные укрытия. В состав первых, помимо металлического каркаса, входит обшивка, прикрепляемая к фермам каркаса. Бескаркасное укрытие состоит из соединенных между собой жестких утепленных щитов различной конфигурации, воспринимающих силовые воздействия.

93

В качестве обшивки используют деревянные и металлические щиты, а также мягкие тканевые материалы с пропиткой и брезенты. Весьма экономично применять листы из легких сплавов и пластмассовых материалов, так как значительно снижается масса, уменьшаются расходы на монтаж, транспортирование и окраску укрытий. В буровых установках для работы в суровых климатических условиях Заполярья буровые утепленные укрытия обогреваемых помещений целесообразно выполнять из двойных металлических листов с пространством в 40–50 мм между ними, заполненным теплоизолирующим материалом.

Соединительные элементы предназначены для сборки металлоконструкций оснований. Трудоемкость сборки и разборки зависит от типа и числа разъемных соединений. Наиболее целесообразно применять быстроразъемные соединения. Фермы основания соединяются полухомутами. Жесткость соединения обеспечивается плотным соприкосновением фланца патрубка с полухомутами. Весьма экономичны и надежны соединения на пальцах и высокопрочных болтах большого диаметра. В соединениях с высокопрочными болтами усилия передаются трением, возникающим между соприкасающимися плоскостями.

Опорные элементы (опорные фермы, козлы, подставки) предназначены для восприятия силовых воздействий и передачи их на фундамент (бетонный, деревянный) или непосредственно на грунт. Опорная поверхность этих элементов выполняется с развитой площадью опирания, обеспечивающей низкие удельные нагрузки. Соблюдение этого условия особенно важно в конструкциях основания, эксплуатирующихся в районах с податливыми грунтами. Допустимые удельные нагрузки на грунт определяются в каждом конкретном случае в зависимости от геологопочвенных условий и выбираются в пределах 0,05–0,2 МПа. В болотистых районах эта величина снижается до 0,01 МПа [6].

6.6. Монтаж, демонтаж и транспортировка вышек

Монтаж и транспортировка оснований

Буровые установки в пределах промысла транспортируются обычно с оборудованием, установленным на основаниях. На небольшие расстояния, если позволяют дорожные условия, установки перевозят крупными блоками, иногда даже с поднятой мачтой, при помощи тракторов.

В обычных дорожных условиях сооружения, основания и оборудование перевозят отдельно на тяжеловозах или на гусеничных тележках отдельными блоками, и буровую установку собирают на площадке, заранее подготовленной у устья будущей скважины. Если основания перевозят без оборудования, то сначала устанавливают вышечный блок так, чтобы вертикальная ось отверстия ротора совпала с осью скважины. Затем монтируют основания лебедки и силового блока, после чего на них устанавливают все необходимое оборудование и вышку. Монтаж осуществляется с помощью стрел и лебедок, которые находятся на автотягачах или тракторах (рис. 6.11).

Монтаж и транспортировка вышек

Способы монтажа и демонтажа вышек во многом определяются их конструкцией. Секционные мачтовые вышки собирают из цельносварных секций в горизонтальном положении на козлах. Небольшое число разъемов блоков предопределяет малую трудоемкость работ, а применение средств механизации такелажных работ позволяет делать процесс сборки высокоэффективным. Время монтажа мачтовой вышки при прочих равных условиях во много раз меньше, чем башенной.

На рис. 6.12. приведена схема подъема мачтовой вышки установки БУ2500ЭП с помощью буровой лебедки и подъемных стоек. Собранные на земле из ферм секций колонны 1 устанавливают в опоры основания на выкладке 10. Затем монтируют подкронблочную раму, и вышку центрируют относительно оси основания. После этого

94

на вышку устанавливают балкон 9, все оборудование, механизм подъема и осуществляют оснастку талевой системы.

Рис. 6.11. Блоки буровой установки в транспортном положении

Рис. 6.12. Схема подъема вышки

95

Вышку поднимают и опускают с помощью буровой лебедки 4. Для этого на полу буровой над лебедкой 4 устанавливают барабан 5, служащий для направления подвижного конца талевого каната 8. Затем специальный подъемный канат 3 пропускают через уравнительный блок 2, прикрепленный к буровому крюку. При натяжении подвижного конца талевого каната 8 крюк начинает перемещаться к кронблоку и натягивает подъемный канат 3, который проходит через блоки А и Б подъемных стоек 6 и блоки В, укрепленные внизу на башмаках стоек 7. Концы подъемного каната 3 закреплены в точках Б стойки 6, благодаря чему при натяжении подъемного каната точка Б перемещается в точку В, и при этом вышка перемещается в вертикальное положение. Собирают вышку и устанавливают балкон иногда при низкой выкладке 10 при первоначальном положении канатов. В буровых установках небольшой грузоподъемности для подъема вышек применяют гидравлические домкраты.

Мачтовые вышки можно транспортировать автотранспортом без разборки в вертикальном или горизонтальном положениях, а также разобранные на отдельные секции. Вышки башенного типа разбирают на отдельные части. Наиболее распространенный способ сборки — метод монтажа сверху вниз с помощью специального вышечного подъемника. Особенность его заключается в том, что монтаж вышки начинается с верхних секций. Первыми монтируют козлы и подкронблочные балки, затем к ним присоединяют верхнюю секцию, собираемую внутри вышечного подъемника. Ее поднимают с помощью приспособления на высоту следующей секции вышки и присоединяют к уже поднятой. Поднимают две собранные секции и монтируют на полу следующую секцию и так до самой нижней секции.

Линейные размеры подъемника зависят от размеров секций. Строительство вышек башенного типа при помощи стрел или сборка в горизонтальном положении с последующим подъемом в рабочее положение не распространены, так как затруднена механизация строительства и приходится вести работы на большой высоте [6].

Башенные вышки монтируют тремя методами: снизу вверх, сверху вниз и в горизонтальном положении с последующим подъемом. При сборке вышки методом снизу вверх применяют две шагающие стрелы. Стрела (рис. 6.13, а) состоит из трубы 1, на которой укреплены ролики 3 и крепежные хомуты 2 (в предусмотренных для этой цели отверстиях).

Для удобства монтажа первоначально между опорами ног вышки соединяют все пояса хомутами. Две нижние секции собирают с помощью крана, и крепят стрелы к стойкам, расположенным в диагональной плоскости. Используя их, поднимают очередной квадрат из поясов, присоединяют к нему стойки и раскосы и устанавливают секцию на собранную часть вышки, после чего крепят раскосы. Для перемещения стрелы ее закрепляют шарнирным хомутом на смонтированной стойке, снимают нижние крепежные хомуты, тросом поворачивают стрелу на 180° и устанавливают второй крепежный хомут. Процесс сборки других секций аналогичен описанному.

В практике работ нередко вместо двух стрел применяют одну более простой конструкции, с одним верхним роликом. Равные диаметры трубы стрелы и стойки позволяют крепить стрелу нижним концом в любом верхнем хомуте собранного яруса вышки. После подъема необходимых элементов последующего яруса собирают две панели, заменяют стрелу стойкой, монтируют остальные панели и вновь перемещают стрелу в верхний хомут вышки.

96

Рис. 6.13. Монтаж буровых вышек:

а– схема монтажа с применением шагающих стрел; б – вышечный подъемник;

в– монтаж вышки в горизонтальном положении

Сборка вышек методом снизу вверх очень трудоемка и к тому же вызывает повышенную опасность вследствие ведения работ на высоте и в стесненных условиях. Этот метод применяют в труднодоступных районах или при недостаточно свободном пространстве вблизи монтажной площадки (горная местность, населенные пункты и др.).

Методом сверху вниз вышки монтируют с помощью специальных подъемников. Этот метод вследствие его безопасности и высокой производительности широко применяют в нефтяной промышленности для сборки вышек высотой 41 и 53 м.

Подъемник (рис. 6.13, б) состоит из четырех спаренных трубных стоек 2 с башмаками 5, наголовников 1 – верхних связей стоек, нижних 6 и верхних 10 поясов, двух траверс 8 и лежащих на них несущих труб 9, верхних 11 встроенных в наголовники и нижних 3 блоков полиспастов. Траверсы связаны со стойками направляющими ползунами 4, ходовые концы оснастки полиспастов направляются роликами 7.

Подъемник собирают на полу вышечного основания, размер которого не менее 8×8 м. Основание имеет упоры для башмаков трубных стоек. Последние вставляют в башмаки, связывают поясами, надевают направляющие ползуны и соединяют наголовниками. Между стойками размещают траверсы, соединяют их с направляющими ползунами, устанавливают диагональные тяги и страховые оттяжки. Затем производят оснастку полиспастов и укладывают на траверсы несущие трубы. Траверсы и несущие трубы перемещают с помощью лебедок. К каждой лебедке подходят свободные ветви каната от двух талей.

Монтаж вышки начинают со сборки на верхней раме ее фонаря, после чего раму соединяют стропами с несущими трубами и ногами (стойками) первой секции. Подняв раму и ноги первой секции на высоту панели, присоединяют ноги к раме, устанавливают пояса и раскосы и опускают собранную часть на подкладки. Отсоединяют стропы и опускают траверсы в нижнее положение. Несущие трубы соединяют крепежными хомутами с нижними поясами первой секции, ноги второй секции соединяют стропами с первой секцией и поднимают собранную часть вышки.

97

После монтажа второй секции вновь опускают собранную часть на подкладки, снимают стропы и крепежные хомуты и опускают траверсы. Повторяя эти операции, собирают всю вышку, при этом маршевые лестницы, опорные пальцы для бурильных труб, полати, кронблочную площадку и ограждения монтируют одновременно со сборкой соответствующих секций. По окончании всех монтажных работ подъемник демонтируют.

Разборку вышки начинают с демонтажа кронблока, обшивки, нижних маршевых лестниц, оборудования и привышечных сооружений. После этого собирают подъемник, снимают портал и взамен его устанавливают монтажные пояса, открепляют вышку от основания и снимают с якорей растяжки. Затем ее прикрепляют к несущим трубам подъемника, поднимают и разбирают нижнюю секцию. Дальнейшую разборку вышки осуществляют в порядке, обратном сборке.

Сборку вышки в горизонтальном положении для последующего подъема производят на предварительно выровненной площадке. Начиная от шарнирных опор, на брусьях собирают первоначально грань вышки (см. рис. 6.13, б) и верхнюю секцию с кронблоком, затем все последующие секции, но в сложенном виде, для чего пояса соединяют с хомутами собранной грани только одним болтом. Это позволяет поясам боковых граней при подъеме вращаться вокруг болтов. Для подъема секции используют трактор или лебедку, два троса и короткие монтажные стрелы. Тросы 4, связанные с верхними хомутами поднимаемой секции, пропущены через петли 3, стрелы 2 и под направляющими роликами 1. В конце подъема секция удерживается монтажным канатом 5. Для ускорения можно поднимать одновременно две секции. После сборки вышку приподнимают (краном), опирают на козлы и монтируют лестничные переходы и площадку второго помощника бурильщика.

Рис. 6.14. Схема подъема буровой вышки

Для подъема вышки в вертикальное положение (рис. 6.14) применяют трубчатую подъемную стрелу 5, которую устанавливают на поясе нижнего основания и крепят канатом ко второму снизу поясу вышки. Канат подъема 4, перекинутый через вершину стрелы 5, соединяют замком 6 с петлей 7. Второй конец каната крепят к трактору или блоку 3, а неподвижный блок 2 талевой системы – к якорю 1 или заякоренному трактору. Чтобы на подъемную стрелу передавались только сжимающие нагрузки, якорь или трактор устанавливают на расстоянии S, примерно равном высоте вышки и размеру нижнего основания.

Перед подъемом к вышке крепят страховые оттяжки 8, соединенные с тракторами; оттяжки удерживают вышку от произвольного падения при перемещении ее центра тяжести за линию шарнирных опор рамы.

98

Пирамидообразные трехгранные вышки собирают следующим образом. Ноги укладывают на козлы высотой 1…1,5 м, две в одну сторону, а среднюю – в другую и соединяют их шкворнем, одновременно пропуская его через верхнюю серьгу навесного блока так, чтобы серьга охватывала внутреннюю ногу. Вышку поднимают, подтягивая нижний конец средней ноги к козлам трактором, автомобилем или лебедкой станка. После этого вышку расшивают поясами, нижнюю серьгу блока укрепляют страховой цепью или канатом, настилают полати и крепят палец для упора свечей. Разборку вышки производят в обратной последовательности.

При благоприятном рельефе местности и отсутствии естественных препятствий перебазировку вышек можно производить на основаниях санного типа без разборки. Это целесообразно, если затраты на подготовку трассы и непосредственную транспортировку меньше стоимости разборки, сборки и перевозки деталей вышек универсальными транспортными средствами.

Перевозка вышек в вертикальном положении является ответственной операцией и требует соблюдения мер предосторожности, предусмотренных правилами безопасности, согласно которым:

–запрещается перевозка в тумане, темноте, при дожде, снегопаде, гололеде и ветре свыше пяти баллов;

–низ вышки должен быть усилен двумя распорными балками и диагональными стяжками;

–передвижку вышек высотой более 14 м независимо от рельефа местности

необходимо производить с применением поддерживающих оттяжек из стального каната, закрепленных на высоте, равной 2/3 или 3/4 высоты вышки;

– односторонний уклон не должен превышать 30°;

– расстояние между передвигаемой вышкой и тракторами должно превышать высоту вышки не менее чем на 5 м [7].

7. ТАЛЕВАЯ СИСТЕМА

7.1.Назначение, схемы и устройство

Впроцессе 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 система имеет два вида скоростей подъемного крюка: техническую для СПО и технологические для остальных операций.

Всвязи 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. 7.1) 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 [6].

99

Рис. 7.1. Подъемная система буровой установки

Талевый механизм или талевая система – грузонесущая часть буровой установки – представляет собой полиспаст, состоящий из двух групп шкивов – неподвижного кронблока и подвижного талевого блока и талевого каната. Развернутая схема талевой системы приведена на рис. 7.2. Талевый канат в процессе подъема груза движется по шкивам блоков и навивается на барабан буровой лебедки. Подвижный талевый блок снабжен крюком или автоматическим элеватором для подвешивания бурильной колонны и обсадных труб. Нагрузка подвешенного груза распределяется между рабочими струнами каната, число которых определяется числом шкивов талевого блока и кронблока. Из схемы видно, что число шкивов кронблока всегда на один больше, чем у талевого блока.

Рис. 7.2. Развернутая схема талевой системы буровой установки (кратность оснастки равна 8)

100