Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Гидродинамический тормоз — вспомогательный, он развивает тормозной момент при спуске инструмента и автоматически поддерживает скорость его спуска на заданном уровне, предохраняя главный тормоз от длительной нагрузки и снижая его износ.  [1]

Гидродинамический тормоз ( рис. 6.6) имеет ротор 4, соединенный с одним из валов механизма грузоподъемной машины, вращающийся внутри статора 3, закрепленного неподвижно на раме лебедки. С обеих сторон статор закрыт крышками 2 и 5, представляющими собой неподвижные рабочие колеса. В роторе и статоре располагаются лопатки /, лежащие в меридиональной плоскости. При этом тормоз обладает характеристиками, не зависящими от направления вращения ротора. В тех случаях ( например, в буровых установках), когда требуются различные характеристики при работе на опускание и на подъем груза, применяют наклонные лопатки.  [2]

Гидродинамический тормоз ( рис. IV.10) состоит из ротора 3, статора 2, закрытого с боков крышками. Муфтой 5 он присоединяется к торцу подъемного вала лебедки. Во время вращения этого вала в обратную сторону ( при подъеме колонны) сопротивление воды значительно уменьшается.  [3]

Гидродинамический тормоз выбирается ш мощности, развиваемой на подъемном валу лебедкой при спуске самой ТЯЖЕЛОЙ колонны на безопасной ( допустимой) скорости.  [4]

Гидродинамический тормоз в отличие от главного ( ленточного) тормоза лебедки, служащего для остановки барабана лебедки, предназначен для регулирования скорости вращения барабана при спуске колонны бурильных или обсадных труб в скважину и является вспомогательным тормозом. Применение вспомогательного тормоза уменьшает нагрузку на главный тормоз лебедки, снижает износ тормозных колодок и шкивов, облегчает труд бурильщика и повышает безопасность работы буровой бригады.  [5]

Гидродинамический тормоз состоит из следующих основных узлов: корпуса с боковыми крышками, вращающегося внутри него ротора, водопитательного устройства ( холодильника) и узла включения. На валу гидротормоза посажены один, два или три роторных диска с радиальными лопатками, плоскость которых наклонена к плоскости диска.  [6]

Гидродинамический тормоз присоединяется к подъемному валу лебедки кулачковой муфтой, управляемой ручным рычагом.  [7]

Гидродинамический тормоз 12 и цепное колесо 14 регулятора подачи долота присоединяются к подъемному валу лебедки двусторонней кулач.  [8]

Соединение гидродинамического тормоза с подъемным валом должно обеспечивать возможность оперативного отключения тормоза при подъеме ненагруженного крюка.  [9]

Установка гидродинамического тормоза состоит из самого гидротормоза / ( фиг. Рабочей жидкостью служит вода. В зимнее время может быть допущено применение незамерзающих жидкостей, например минеральных масел. Гидротормоз соединяется с холодильником резиновыми шлангами. Через нижнее отверстие 4 вода из холодильника поступает в корпус тормоза, а через верхнее отверстие 2 выбрасывается в целях охлаждения в холодильник, чем достигается непрерывная циркуляция воды в тормозной системе.  [10]

Ротор гидродинамического тормоза ( рис. XII.7) состоит из вала 8 и отлитого из чугуна двухлопастного насосного колеса 5 с радиальными плоскими лопатками, наклоненными под углом 45 в сторону их рабочего вращения, совпадающего с направлением вращения барабана лебедки при спуске. Толщина лопаток определяется из требований литейного производства и в зависимости от диаметра ротора составляет 12 — 25 мм. Дальнейшее увеличение числа лопаток существенно не влияет на величину тормозного момента и приводит к неоправданному увеличению массы гидродинамического тормоза.  [11]

Ротор гидродинамического тормоза ( рис. 15.26) состоит из вала 8 и отлитого из чугуна двухлопастного насосного колеса 5 с радиальными плоскими лопатками, наклоненными под углом 45 в сторону их рабочего вращения, совпадающего с направлением вращения барабана лебедки при спуске. Толщина лопаток определяется из требований литейного производства и в зависимости от диаметра ротора составляет 12 — 25 мм. Дальнейшее увеличение числа лопаток существенно не влияет на значение тормозного момента и приводит к неоправданному увеличению массы гидродинамического тормоза.  [12]

У гидродинамического тормоза момент может изменяться за счет уровня наполнения жидкостью, у электромагнитных это достигается за счет изменения тока возбуждения. При отсутствии тока в обмотке возбуждения тормозной момент равен нулю. С увеличением тока в обмотке возбуждения пропорционально возрастает момент. Указанная особенность электромагнитных тормозов облегчает их управление и создает возможность автоматизации процесса спуска инструмента.  [13]

При использовании гидродинамического тормоза машина не испытывает ударов, вибраций и чрезмерных динамических усилий, обычно имеющих место при применении механических тормозов. Все это способствует увеличению срока службы элементов грузоподъемной машины. Сравнение характеристик различных типов тормозов ( см. рис. 6.6.6) показывает преимущества гидродинамического торможения перед другими видами, обусловливаемое тем, что мощность поглощаемая гидротормозом пропорциональная третьей степени скорости движения, резко возрастает при увеличении скорости.  [14]

Систематическое использование гидродинамического тормоза при спуско-подъемных операциях снижает уровни вибрации буровой установки.  [15]

Описание буровых установок, их типы и разновидности

Область применения буровых установок очень обширна. Они используются в строительстве, горной промышленности, пищевой индустрии. В повседневной жизни люди каждый день пользуются тем, что получено с помощью установок для бурения – водой.

Общее описание буровой установки

Вода, впрочем, как и нефть, залегает на разных глубинах. Буровая установка помогает проникнуть в глубь и поднять драгоценную жидкость на поверхность. Или сделать скважину в скале для закладки заряда. Такая техника может иметь как промышленные масштабы, так и ограничиваться организацией водоснабжения на дачном участке.

Все буровые представляют собой систему взаимосвязанных узлов, которые позволяют… сделать отверстие в любом, или почти любом, грунте. В процессе их применения образуется скважина цилиндрической формы, стенки которой называются стволом, верхняя часть – устьем, а дно – забоем.

Стандартные буровые установки для бурения скважин на воду состоят из следующих основных элементов:

• конструкции для организации устойчивой работы установки: вышки, треноги, стеллажи, мосты;
• двигателя;
• ударного элемента: долото, труба с острым наконечником, шнек;
• механизма для спуска и поднятия ударного элемента: крюки, лебедки, канаты;
• оборудования для очистки жидкости: отстойники, очистные емкости, насосы, вертлюги;
• элементов для защиты от выброса жидкости;
• оборудования для приготовления бурового раствора (при использовании такой технологии.

Принцип работы

Буровая машина работает на сочетании кинетической и динамической энергии. Динамическое движение обеспечивает подъемный механизм, например, лебедка или кран, которые поднимают ударный элемент. Кинетическую силу реализует бурильное устройство, которое бьет по грунту трубной колонной и постепенно продвигается вниз.

Чтобы защитить скважину от обвала грунта, вдоль ствола устанавливаются обсадные трубы. Для устранения лишней почвы в процессе работ, используются водяные насосы и отстойники.

Классификация буровых установок

Бурильные установки имеют широкую сферу применения за счет дополнительного оборудования в комплектации. Они применяются в разработке и реставрации скважин под воду, для закрутки свай, добычи газа, нефти и других полезных ископаемых.

Классификация оборудования проводится по нескольким критериям, среди которых:

• метод бурения;
• вид силового агрегата;
• тип перемещения.

Классификация по типу бурения

Буровые установки имеют свои особенности, которые зависят от температуры воздуха, типа грунта, назначения скважины. Наиболее распространены три основных типа бурения:

1. Ударный.
2. Шнековый.
3. Роторный.

Обратите внимание! Есть ещё горизонтально-направленное бурение. Оно немного отличается от остальных типов. О его особенностях можно прочитать тут.

Ударные

Принцип действия бурового станка ударного типа довольно прост: груз резко опускается вниз с высоты, затем поднимается лебедкой в исходное положение и процесс повторяется. Удар приходится в одно и то же место, поэтому почва постепенно разрушается. После окончания работ в скважину для того, чтобы предотвратить осыпание грунта, спускаются обсадные трубы.

Установка для ударного бурения скважин состоит из:

• треноги, которая раскладывается непосредственно над местом бурения;
• прочного и гибкого троса, к которому крепится ударный элемент;
• заостренной трубы весом до 80 кг;
• лебедки.

Риск преждевременного осыпания грунта – один из недостатков этого типа бурения. Кроме того, к недостатком данной буровой техники стоит отнести относительно небольшую глубину бурения.

Однако у ударного метода есть и преимущества:

• работы можно проводить при низких температурах;
• за один прием можно поднять большой объем почвы;
• можно сформировать скважину увеличенного диаметра;
• высокая производительность.

Шнековые

Шнековые буровые используют на мягких и песчаных почвах. По сути – это передвижная установка с ручным или механизированным буром, закрепленным на регулируемую штангу. Как несложно догадаться по названию – основным рабочим органом подобного оборудования является шнековый бур.

Бур вкручивается в землю и шнек разрезает почву, передавая её на поверхность. Охлаждение происходит от самой почвы. Наиболее эффективны шнеки с полым центральным каналом. Через него с помощью гидравлического насоса подается вода или воздух, что снижает силу трения во время процесса.

Обратите внимание! Если режущие лопасти меньше 10 см, то частота вращения должна быть не более 500 об/мин.

В зависимости от нужной глубины штангу наращивают. Делают первый проход на длину одной штанги, затем установку выключают, штангу отсоединяют, поднимают наверх и наращивают еще одной. Максимальная глубина бурения шнековым методом составляет 120 метров, хотя обычно работают до 50 м.

Среди преимуществ шнековой установки можно отметить:

• простоту эксплуатации;
• возможность работать на небольшой площади;
• маневренность установки и высокая скорость работ.

Кроме того, для работы не нужно привлекать квалифицированного специалиста.

Роторные

Подходят для любого типа грунта. Часто используются при строительстве и бурении скважин на воду на твердых почвах с галькой, щебнем и известняком. Роторный буровой станок проходит породу благодаря мощному долоту на конце бура.

Диаметр долота больше, чем сама буровая колонна. Это позволяет, во-первых, получить максимальную силу удара, а, во-вторых, увеличить срок службы колонны, поскольку отсутствует ее трение о грунт. Кроме того, без потерь от трения, вся энергия машины идет на проворачивание долота в забое, что позволяет сократить энергозатраты.

Роторная бурильная машина подойдет для скважин глубиной свыше 300 м и диаметром до 70 см. Её используют в строительстве, горных разработка для буровзрывных работ, в промышленности для добычи артезианской и минеральной воды.

По ходу бурения диаметр скважины уменьшается. То есть сначала делается самый большой размер, затем скважина обсаживается трубами с технологическими отверстиями. Через них в пространство между трубой и скважиной поступает цемент. Дальше продолжается бурение меньшего диаметра и снова обсадка. Чем реже приходится делать обсадку, тем быстрее идет работа, а значит меньше общие затраты на процесс в целом.

Для промывки бура, подъема грунта и охлаждения инструмента необходимо использование воды. Её подача может осуществляться двумя способами: прямым и обратным.

При прямой подаче жидкость с помощью насоса нагнетается в технологические отверстия долото, а через них на дно скважины. После размытия почвы она выбрасывается наверх по затрубному пространству – за пределами штанги – и попадает в очистительный комплекс.

При обратной подаче вода самотеком поступает в скважину, а поднимается наверх по штанге под действием обратного давления, создаваемого насосом. Этот способ считается более эффективным по нескольким причинам:

• увеличивается скорость бурения, поскольку жидкость откачивается из забоя, а не нагнетается;
• вместе с водой насос откачивает остатки породы;
• нет необходимости добавлять в воду присадки для размыва грязных частиц.

Однако оборудование с обратной подачей воды изначально стоит дороже.

Силовые агрегаты буровых станков

В качестве привода буровых установок используются силовые агрегаты различных типов. Основными являются:

• дизельные;
• дизель-электрические;
• электрические;
• электрогидравлические.

Дизельные двигатели используются в основном на малогабаритных буровых установках (МГБУ), которые отличаются высокой мобильностью. Кроме того, такие силовые агрегаты применяются на самоходных буровых станках.

Для повышения эффективности работ, снижения выбросов и расходов на топливо применяется смешанный тип привода – дизель-электрические установки. Они применяются в горнодобывающей отрасли и способны обустраивать скважины глубиной до 6 км.

Также на твёрдых породах применяются электрогидравлические буровые установки. Этот тип питания довольно распространен, поэтому такие буровые станции имеют широкую сферу применения.

Электрическое буровое оборудования используются при малых глубинах бурения, а также на участках с доступом к сетям электроснабжения. В основном это малоэтажное коттеджное строительство при организации водозаборных скважин для личного пользования.

Буровые установки по типу перемещения

Работа оборудования по бурению скважин производится на различных участках. В зависимости от мощности и габаритов, такая техника может быть переносной или передвижной.

Переносные представляют собой малогабаритные буровые установки весом до 1 тн. МГБУ просты в сборке, легко перевозятся. Обычно работают на скважинах и водяных колодцах глубиной до 100 м. Преимущественно имеют привод от стандартной сети 220 В.

Ручные переносные установки – это разновидность мини буровой, которые используют для местного ремонта или пробивки отверстий под сваи.

Самоходные могут монтировать на колесную или гусеничную базу. Они отличаются высокой проходимостью и грузоподъемностью. Такая техника чаще используется для бурения скважин на воду, а также в нефтегазовой отрасли. Установку не нужно демонтировать, она подходит для длительной стационарной работы.

К самоходным агрегатам относят и машины с гидравлическим приводом. Их основное достоинство в том, что такие системы не нуждаются в электропитании, бурение происходит за счет увеличенной массы рабочего инструмента.

Стационарные – это мощные буровые станции, которые в основном работают на газо- и нефтедобычи. Стандартное оборудование укомплектовано усиленными опорами, монтажными элементами, системами очистки и вышкой с электронным управлением процессом бурения. Также среди дополнительных функций стоит отметить специальные обогревательные элементы для работы в условиях низких температур.

Буровая установка: особенности, характеристики

Буровая установка – комплекс механизмов и сооружений, предназначенный для выполнения буровых работ. С помощью буровых установок осуществляется бурение скважин в геологоразведочных целях, для добычи полезных ископаемых и доступа к подземным источникам воды, для выполнения различных работ в строительстве.

История буровых установок

Механизмы для бурения известны с древнейших времен, однако первые буровые установки в современном смысле этого слова были построены в середине XIX века для добычи нефти. Первые установки осуществляли ударное бурение, с 1846 г. стала использоваться технология промывки скважин водой, а с 1858 г. в качестве привода стали использоваться паровые машины. В 1889 г. был изобретен роторный буровой механизм, который и сегодня находит самое широкое применение в бурении скважин. В первой половине XX появились мобильные и самоходные буровые установки, оборудованные на тракторных и автомобильных шасси с ДВС.

Классификация и общее устройство буровых установок

• Стационарные;
• Мобильные (МБУ) или передвижные буровые установки (ПБУ);
• Самоходные (на серийном или специальном шасси).

• Ручные установки (мотобуры);
• Агрегаты для неглубокого бурения (ямобуры);
• Установки, монтируемые на прицепах;
• Установки, монтируемые на шасси с двигателем.

Конструктивно передвижные, самоходные и малогабаритные буровые установки различного назначения имеют много общего. Основу агрегата составляет буровое оборудование ударного, вращательного или комбинированного типа, которое имеет привод от собственного двигателя или силового агрегата шасси. Непосредственно бурильное оборудование монтируется на мачте (ферменного, трубчатого или иного типа), которая в транспортном положении укладывается на шасси, а в рабочем положении устанавливается вертикально или под углом. Для привода вращающегося оборудования (коронок или шнеков) используется специальный механизм – вращатель. Также на установке имеется лебедка с траверсой и иное вспомогательное оборудование.

В качестве рабочих органов во всех буровых могут использоваться различные детали: буровые коронки, шнеки и шнековые буры, долота и иные ударные снаряды. На одной установке могут использоваться различные рабочие органы, чем обеспечивается универсальность машины.

• Диаметр бурения;
• Глубина бурения;
• Категория грунтов;
• Специальные характеристики – диаметр обсадной трубы, усилие подачи, ход подачи и другие.

Производители буровых установок

В России стационарные буровые установки изготавливаются ООО «Борец», «СпецБурМаш» и другими предприятиями, осуществляющими поставки отдельных комплектующих или систем. Лидером производства мобильных буровых является ОАО «Геомаш», также популярна техника «Завода буровых технологий» (Санкт-Петербург), ОАО «Курганавторемонт», «Липецкого завода малых коммунальных машин» (ЛЗМКМ), «Идель Нефтемаш» (Башкортостан), «Объединенных заводов буровой техники имени В.В. Воровского» (Екатеринбург) и других. Из зарубежных наиболее известны буровые установки Bauer, Caterpillar, Liebherr, Komatsu, Soilmec, Casagrande, Tescar и другие.

Интересные факты о буровых установках

Одна из мощнейших передвижных буровых установок – модель LB 44-510 – выпускается немецкой компанией Liebherr. Эта машина построена на гусеничном шасси, имеет массу 155 т и может бурить скважины диаметром до 3 000 м глубиной до 94,2 м.

Конструктивные особенности буровых установок

Процедура бурения используется во многих технологических операциях, так как с ее помощью можно за относительно небольшой промежуток времени добиться необходимого результата. Это может быть добыча полезных ископаемых с большой глубины, прокладка коммуникаций под автострадой или любым другим сооружением или же проделывание технологического отверстия в строительном материале.

Устройство буровых установок делает их универсальными помощниками в различных отраслях. Конечно, будут существенные конструктивные отличия у машин, предназначенных для выполнения разных операций. Но принцип действия у всех будет неизменным.

Конструкция установок для бурения

Чтобы понять конструкцию аппарата, стоит вначале изучить схему устройства буровой установки, которая выглядит довольно просто, но имеет много нюансов:

• • Буровая вышка. Она играет роль непосредственного элемента, который осуществляет бурение и несет на себе все функциональные нагрузки, связанные с бурением.
• • Буровая лебедка. Этот элемент выполняет довольно простую роль — служит для поднятия и опускания рабочего оборудования в скважину.
• • Система верхнего привода буровой установки. Важная деталь устройства, которая являет собой подвижный вращатель, одновременно функционирующий за вертлюг и ротор. Он оснащен комплексом приспособлений для эксплуатации с бурильными трубами при осуществлении спусковых и подъемных операций.
• • Буровой ключ, выполняющий вспомогательную роль во всей системе.
• • Шпилевая катушка, которая служит для перемещения тяжестей.
• • Буровые насосы, необходимые для обеспечения правильной циркуляции бурового раствора в скважине с заданной скоростью полного цикла обращения.
• • Емкости, которые служат для содержания и очистки бурового раствора. Сюда же можно отнести оборудование для приготовления рабочей жидкости и фильтры, которые будут очищать ее от шлама во время циркуляции по системе.
• • Цементировочный аппарат, который служит для укрепления и ремонта скважин.
• • Противовыбросовое оборудование, которое используется для герметизации скважин с целью избежания утечек при добыче газообразных ресурсов.
• • Специальные крепления для хранения буровых труб.
• • Кран, который используется для перемещения буровых труб в нужную точку.
• • Электрический генератор для питания всех приборов установки.

Список выглядит внушительно, но большинство деталей в нем могут быть узнаны по работе в других агрегатах. Найти малогабаритные буровые установки для устройства буроинъекционных свай можно будет в магазине специализированной техники. Там имеется широкий ассортимент разнообразных машин, которые могут быть использованы в операциях любой степени сложности. Достаточно лишь потратить немного времени, чтобы поиски увенчались успехом, и нужный аппарат был приобретен.

Самодельные агрегаты для бурения

Если есть желание самостоятельно изготовить машину для проделывания скважин, стоит вначале изучить устройство малой буровой установки. Этот объект будет представлять собой миниатюрное строение, которое сможет выполнять задачи локального характера. Нередко оно имеет платформу, благодаря которой его можно перемещать с места на место в зависимости от текущей потребности. Создать нечто подобное из подручных средств будет, конечно, не так просто, но при желании можно осуществить данную операцию.

Устройство самодельной буровой установки лучше подсмотреть у серийных моделей. Отдельными узлами можно пренебречь, главное не забывать о безопасности. Например, электрический привод можно будет заменить ручным. Но тогда нужно будет разработать соответствующую систему, чтобы буровой раствор все равно подавался в скважину и правильно циркулировал.

Если он не будет успевать очищаться, то ничего хорошего из затеи не выйдет. Основу также лучше делать из металла, а не из дерева, потому что недостаточная прочность может привести к поломке башни. Другие важные моменты:

• • трос на лебедке должен быть достаточно толстым, чтобы не перетираться и не рваться от имеющейся на него нагрузки;
• • обязательно нужно использовать обсадные трубы, чтобы стенки скважины не падали внутрь и не портили питьевую воду;
• • буровой раствор должен быть приготовлен строго по рецепту;
• • фильтры для бурового раствора должны полностью очищать его от шлама.

Стоит также помнить, что буровые установки с верхним приводом намного проще и надежнее в эксплуатации, поэтому стоит остановить выбор именно на них.

Примеры устройства некоторых машин

Устройство буровой установки УРБ 2а2 имеет отличительную особенность в том, что она установлена на грузовое шасси от КамАЗа или Урала. Это мобильная станция, которая используется в геологической разведке. С ее помощью можно легко перемещаться по исследуемой зоне, чему будет способствовать и повышенная проходимость автомобилей. Полный привод и мощный двигатель справятся с любыми препятствиями, которые будут встречены на пути к цели.

Устройство буровой установки УКБ 500 является аналогичным в плане мобильности. Эти два агрегата предназначены для работы в условиях полного бездорожья. Вести с ними добычу вряд ли получится, а вот осуществить глубокие исследования перспективных месторождений — запросто. Для этого имеются все технические средства и условия. Удобно, что не нужно монтировать ничего на землю, а перевод из транспортного состояния в эксплуатационное осуществляется за несколько минут.