Талевый блок

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКИЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1 Назначение

2.2 Техническая характеристика

2.3 Конструкция и принцип действия

3. МОНТАЖ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ВЫБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 Монтаж талевого блока

3.2 Ремонт и эксплуатация талевого блока

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Расчет щеки талевого блока

5.2 Расчет шкива талевого блока

5.3 Расчет оси талевого блока

5.4 Расчет серьги талевого блока

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Процесс бурения нефтяной или газовой скважины включает в себя различные операции - основные и вспомогательные.

К основным операциям относятся собственно процесс бурения скважины, т.е. разрушение породы, и вынос её на дневную поверхность. К вспомогательным - работы по спуску и подъёму из скважины бурильного инструмента для смены сработанного долота, измерение кривизны скважины и др. Все эти операции выполняются при помощи буровой установки, состоящей из различных машин, механизмов, оборудования и инструмента.

По мере углубления забоя скважины длина бурильной колонны увеличивается. При этом в бурильных трубах возникают значительные крутящие и изгибающие напряжения, что может привести к авариям.

На ликвидацию таких аварий затрачивается много труда и для устранения таких аварий применяется подъёмный комплекс, который также необходим для выполнения сложнейших в бурении спуско-подъёмных операций.

1. КРАТКИЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Талевый механизм или талевая система -- грузонесущая часть буровой установки -- представляет собой полиспаст, состоящий из кронблока и талевого блока, огибаемых стальным канатом. 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. Талевая система позволяет уменьшить усилие в канате от массы поднимаемого груза. За счет этого пропорционально увеличивается длина каната, наматываемого на барабан при подъеме груза на заданную высоту.

В талевом блоке число шкивов на единицу меньше, чем в парном с ним кронблоке. В отличие от кронблока талевый блок не испытывает нагрузок от натяжений ходовой и неподвижной струн каната, поэтому грузоподъёмность его меньше, чем кронблока.

Масса талевого блока должна быть достаточной для обеспечения необходимой скорости его спуска, в связи с чем, талевые блоки обычно массивнее кронблока, хоть число шкивов и грузоподъёмность последних больше. оборудование монтаж талевый ремонт

Талевые блоки изготавливают одно- и двухсекционными. Они предназначены соответственно для ручной расстановки свечей и для работы с комплексом АСП. Двухсекционные талевые блоки при необходимости могут быть использованы для ручной расстановки свечей.

Односекционный талевый блок (рисунок 1) состоит из двух щёк 1 с приваренными накладками 2, изготовленными из стального листа. Щёки, соединяемые траверсой 11 и двумя болтовыми стяжками 4, образуют раму талевого блока. Между траверсой и стяжками в щеках имеется расточка для оси 6 шкивов. Ось крепится в щеках двумя гайками 12, предохраняемыми от отвинчивания стопорной пленкой 7. Шкивы 9 на оси талевого блока устанавливаются на подшипниках качения 8. Для предотвращения выскакивания каната из канавки шкивов на стяжках 4 закреплен нижний кожух 3. С наружной стороны шкивы закрываются кожухами 19 с прорезями в верхней части, предназначенными для выхода каната.

Кожухи талевого блока изготавливаются из листовой стали либо литыми. Предпочтительнее литые кожухи, обладающие большей массой, благодаря которой возрастает скорость спуска незагруженного талевого блока. На нижних вытянутых концах имеются отверстия для осей, соединяющих талевый блок непосредственно с корпусом крюка. Для соединения с крюками, имеющими штропы, талевые блоки снабжаются серьгой, которая находится в отверстиях кронштейнов при помощи пальцев. Подшипники смазываются пружинными масленками через отверстия 5 в оси шкивов талевого блока.

Рисунок 1 - Односекционный талевый блок

Двухсекционный талевый блок (рисунок 2) состоит из трехблочной 2 и двухблочной 5 секций, соединенных желобом 3, который направляет талевый блок при его перемещении вдоль свечи. Для расстановки свечей на два подсвечника, расположенных у противоположных граней буровой вышки, вместо желоба используется поворотная муфта. Установка шкивов 1 на осях, крепление осей в щеках каждой секции, смазка подшипников и их предохранение от загрязнения, а также кожухи 10 шкивов выполнены по аналогии с ранее рассмотренной конструкцией талевого блока.

В щеках секций талевого блока установлены две параллельные оси 6 для подвески траверсы 7. Одновременно оси 6 служат для жесткого соединения секций талевого блока. В траверсе установлен стакан 14 на упорном шарикоподшипнике 13. К стакану на двух валиках 8 подвешена скоба-подвеска 9 с проушинами для штропов автоматического элеватора, используемого в комплексе АСП. При ручной расстановке свечей в проушины скобы 9 подвешиваются петлевые штропы для работы с обычными элеваторами. В процессе бурения скоба используется для подвески вертлюга. Положение скобы фиксируется замком 12.

В отличие от талевых блоков, используемых для ручной расстановки свечей, в рассматриваемой конструкции имеется дополнительный кожух 11 для защиты от возможных ударов и резиновый буфер 4, на который при подъёме талевого блока ложится центратор АСП. В других конструкциях двухсекционных талевых блоков щёки каждой секции соединяются осями, на которых устанавливаются специальные подвески с проушинами для штропов автоматического элеватора или трехрогого крюка.

Техническая характеристика талевых блоков приведена в таблице 1.



Рисунок 2 - Двухсекционный талевый блок

Таблица 1 - Техническая характеристика талевых блоков

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

2.1 Назначение

Талевый блок - основной узел полиспастного механизма талевой системы. Талевый блок вместе с подвешенным к нему буровым крюком относится к подвижной части талевой системы. Он предназначен для выполнения спуско-подъёмных операций.

2.2 Техническая характеристика

1. Допускаемая нагрузка на крюке, кН (тс)1250 (125)

2. Количество шкивов, шт4

3. Диаметр шкива по дну ручья, мм 800

4. Профиль желоба шкивов R, мм 14

5. Профиль желоба шкива под канат, мм 25

6. Диаметр оси шкивов, мм 170

7. Расположение шкивов одноосное

8. Габаритные размеры, мм

- ширина746

- ширина по диаметру щек930

- высота 1583

9. Масса, кг 2348

2.3 Конструкция и принцип действия

Талевый блок представляет собой стальной корпус (рисунок 3) , в котором смонтированы на оси шкивы. Он состоит из двух сварных боковых щек 1, которые в верхней части жестко соединены со щитом верхним, а внизу шарнирно с серьгой 13. Последняя соединяется с боковыми щёками с помощью сдвоенных кронштейнов, приваренных к щекам. Кронштейны в нижней части оканчиваются проушинами, в которые вставляются оси 14, обеспечивающие их шарнирное соединение с серьгой. Таким образом, щёки с верхней траверсой и серьгой образуют жесткий рамный каркас талевого блока.

В средней части щёк неподвижно установлена ось 3. Ось с одного конца закреплена гайкой 11,а с другой - имеет увеличенный диаметр и упирается торцом в стенку щеки, это предотвращает её осевое смещение. К щеке приварено кольцо, предохраняющее гайку от забоин при случайных ударах. Каждый из шкивов 7 смонтирован на оси на двух роликоподшипниках 4. На оси между подшипниками находятся стопорные кольца 5,а между шкивами кольца дистанционные 2. Шкивы закрыты с двух сторон откидным кожухом 6 с прорезями для каната.

Рисунок 3 - Талевый блок БУ 2000/1250

3. МОНТАЖ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ТАЛЕВОГО БЛОКА

3.1 Монтаж талевого блока

Талевый блок поставляется в собранном виде и не требует при вводе в эксплуатацию выверки, установки и крепления. Для их монтажа целесообразно использовать лебедку буровой установки. Талевый блок подвешивают сразу после окончания монтажа вышки, лебедки и кронблока. Перед оснасткой талевого блока необходимо проверить: легкость вращения блоков, легкость откидывания кожухов и отсутствие в них погнутости, надежности всех соединений и наличие смазки в роликоподшипниках. Замеченные неисправности должны быть устранены. Необходимо также осмотреть серьгу, щёки и другие части. При обнаружении дефектов (например, трещин) талевый блок должен быть заменен.

Монтаж талевой системы начинают с подъема кронблока на верхнее основание вышки. Кронблок при монтаже вышки подъемником Кершенбаума поднимают вместе с вышкой. При строительстве вышки при помощи шагающих стрел для подъема кронблока используют лебедку на тяговом канате, который пропущен через однороликовый блок, подвешенный к козлам вышки.

Перед подъемом кронблока на вышку должны быть проверены: легкость вращения блоков; легкость откидывания кожухов и отсутствие в них погнутости; надежность крепления всех соединений, особенно вспомогательного и тартального блоков; наличие шплинтов, контргаек, винтов и проволоки, а также смазки во всех подшипниках.

На вышке кронблок должен быть выверен по уровню, сцентрирован и прикреплен к подкронблочным балкам. Крепление выполняют хомутами из прутка диаметром 33 мм, швеллерами и гайками МЗО или крючьями из прутка диаметром 30 мм, планками и гайками МЗО. Так как размеры подкронблочных балок непостоянные, размеры хомутов определяют по месту при монтаже. Рама кронблока может крепиться непосредственно к подкронблочным балкам болтами. Для удобства подъема кронблока на вершине вышки устанавливают козлы, к которым подвешивают монтажный блок. Один конец троса прикрепляют к кронблоку, а второй через блок на вершине вышки и отводной блок у основания протягивают к лебедке. В буровых установках типа Уралмаш 3000, имеющих А-образные вышки, кронблок крепят к подкронблочным балкам в то время, когда вышка находится в горизонтальном положении (перед подъемом вышки). При этом выполняют все перечисленные выше требования.

3.2 Ремонт и эксплуатация талевого блока

В талевой оснастке одной буровой установки все блоки, роликоподшипники, их крышки, стопорные и дистанционные кольца взаимозаменяемы. При их эксплуатации следят за надежностью крепления деталей и своевременной смазкой, которая осуществляется согласно карте смазки один раз в неделю. Состояние подшипников контролируются вращением канатных блоков, которые должны вращаться свободно, без заедания и шума, не задевая кожухи. Если подшипники при работе нагреваются свыше 70⁰ С, необходимо промыть их при помощи ручного насоса керосином, дизельным топливом или бензином, а затем веретенным маслом, прогретым до 80-100⁰ С. После этого подшипники набивают универсальной среднеплавкой смазкой. Шум в подшипниках при вращении свидетельствует об износе подшипников, а заедание канатных блоков вызвано поломкой подшипников. В обоих случаях подшипники подлежат замене. Для посадки подшипника канатный блок нагревают до 100-160 градусов, что облегчает монтаж и уменьшает износ гнезда под нагруженное кольцо подшипников.

Талевый блок разбирают в следующей последовательности: открепляют и снимают кожухи, откручивают гайку оси, снимают щёки и снимают канатные блоки, затем выпрессовывают подшипники из ступиц. Отремонтированный талевый блок собирают в обратном порядке. Продолжительность ремонтных циклов для талевых блоков составляет 24 месяца, а продолжительность межремонтных периодов 8 месяцев при сроке службы, равном 8 годам.

Диаметр каната и число струн в оснастке выбирают с учетом максимально возможной нагрузки на крюке, при которой был бы двойной запас прочности, а при СПО -- тройной, наивыгоднейшим является четырех-пятикратный запас.

Канат необходимой прочности должен иметь диаметр, соответствующий диаметру желоба шкивов талевого блока и кронблока.

Применять в талевых системах канаты с диаметром больше расчетного нельзя ввиду возможности его защемления в желобах шкивов и быстрого износа. Допускается применение канатов диаметром меньше расчетного на 10%. Необходимый для оснастки канат подбирают по паспорту и проверяют соответствие маркировки на бочке барабана паспортным данным, осматривают канат в соответствии с инструкцией и составляют акт приемки, о чем делают соответствующие записи в буровом журнале.

Фактический коэффициент запаса прочности каната проверяют путем сравнения агрегатной прочности каната, указанной в паспорте, с вероятной наибольшей нагрузкой на канат.

Для осмотра бочку с канатом устанавливают на козлы и вращают барабан по стрелке, указанной на бочке. При перемотке каната недопустимо образование петель и перекруток. Отрезают канат специальной канаторезкой. Перед тем, как отрезать канат, оба будущие его конца должны быть заделаны так, чтобы избежать их раскручивания. Концы заделывают плотной намоткой вязальной проволоки.

Новый канат следует хранить на барабане в помещении или под навесом, исключающим попадание влаги в барабан. Ржавые канаты или канаты, имеющие не плотности свивки прядей, порванные проволоки и другие дефекты к эксплуатации не допускаются.

Оснастка талевой системы: По мере увеличения глубины скважин вес бурильных колонн, которые приходится спускать и поднимать, увеличивается, а максимальная скорость намотки ведущей струны талевого каната на барабан лебедки остается практически неизменной (около 20 м/с) для буровых установок разных классов. Поэтому для каждой установки применяют талевую систему со своей кратностью полиспаста от 4-х до 14. Это достигается применением различных оснасток 2X3; 3X4; ...; 7X8 (здесь первая цифра - число шкивов талевого блока, а вторая - кронблока).

Под оснасткой талевой системы понимается навеска каната на шкивы кронблока и талевого блока в определенной последовательности, исключающей перекрещивание каната и трение его струн друг о друга. В настоящее время создано несколько типов оснастки. Перед тем как приступить к оснастке системы необходимо определить число шкивов в талевом блоке, тип каната, диаметр и разрывное усилие каната. Диаметр каната должен соответствовать размеру канавок шкивов талевого блока и кронблока. При бурении глубоких скважин, когда глубина еще небольшая и бурильная колонна легкая, для ускорения СПО канатом оснащают не все шкивы системы, а только часть. В дальнейшем проводят переоснастку до полного использования всех шкивов. Однако переоснастка трудоемка и не всегда целесообразна.

Оснастку стремятся выполнить так, чтобы ведущая струна набегала на один из средних шкивов. В системах АСП струны каната не должны мешать спуску талевого блока с находящейся в нем свечой. Неправильно выполненная оснастка может вызвать трение канатов или закручивание талевого блока, что может привести к аварии.

Существует два типа оснасток: параллельная, когда ось талевого блока параллельна оси кронблока, и крестовая, когда оси талевого блока и кронблока перпендикулярны. Наиболее распространена крестовая оснастка. Она имеет то преимущество, что исключает закручивание талевого блока и трение струн каната друг о друга.

Оснастку осуществляют следующим образом. Бухту каната устанавливают на металлическую ось приспособления, расположенного под полом буровой, и соединяют конец талевого каната с концом пенькового вспомогательного каната. Затем раскрепляют барабан механизма крепления и наматывают на него четыре-пять витков пенькового каната, после чего этот канат последовательно пропускают через шкивы 6 кронблока и V талевого блока, 1 кронблока и талевого блока.

Когда конец талевого каната со шкива 4 достигнет пола буровой, отсоединяют пеньковый канат, а конец ведущей струны талевого каната укрепляют в зажимном приспособлении реборды барабана лебедки и наматывают на барабан лебедки восемь - десять витков. Перед этим неподвижный конец талевого каната должен быть зажат в механизме крепления, после чего скрепляют его барабан с консольным рычагом и тарируют датчик и индикатор веса инструмента.

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Анализы несчастных случаев в бурении свидетельствует о том, что большая часть их происходит вследствие применения неправильных приемов труда.

При ведении работ нередко нарушают действующие правила по технике безопасности. Это обусловлено или неудовлетворительным инструктажем, или не правильной организации труда, или недостаточным техническим надзором со стороны инженерно-технических работников.

Значительное число несчастных случаев связано с тем, что при ведении работ применяется неисправный инструмент и оборудование, не используются защитные средства, недостаточно используются приспособления по технике безопасности и малой механизации, облегчающие труд и предотвращающие опасности, возникающие во время выполнения работ.

Для того чтобы максимально снизить травматизм, необходимы высокая квалификация рабочих, знания или технологических особенностей бурения скважин, назначения, конструкция и правил эксплуатации оборудования и механизмов, правильных и безопасных приемов выполнения работ, а также высокий уровень технического надзора со стороны руководителей работ. Улучшение организации труда, механизация тяжелых и трудоемких работ, рационализация технологических процессов, внедрение новых, более совершенных видов оборудования, механизмов и инструмента - основные направления по повышению производительности труда и создания здоровой и безопасной производственной обстановки на буровых предприятиях. За последние годы достигнуты значительные успехи в области создания безопасных условий труда в бурении вследствие внедрения новой техники, пневматических систем управления, разработки и оснащения производств контрольно-измерительной, регистрирующей, ограничительной аппаратурой.

Дальнейшее внедрение новых видов оборудования, автоматизация и

механизация технологических процессов бурения сыграют немалую роль в деле снижения травматизма.

При бурении нефтяных и газовых скважин значительное число несчастных случаев происходит в процессе эксплуатации оборудования. Правильный монтаж, своевременный осмотр оборудования и уход за ним создают условия для последующей безопасной работы. Поэтому перед вводом в эксплуатацию вновь смонтированной буровой установки необходимо проверить укомплектованность ее приспособлениями и устройствами по технике безопасности, элементами малой механизации, КИП и запасными емкостями. Безопасность работы будет обеспечена, если буровое оборудование и инструмент будут соответствовать нормам и правилам техники безопасности.

5. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

5.1 Расчет щеки талевого блока

Расчет щеки талевого блока ведется в соответствии с методикой, представленной в литературе [5].

Исходные данные для расчета:

1. Максимальная нагрузка на крюк Q=1250 кН;

2. Радиус верхнего закругления щеки R=r=0,785 м;

3. Диаметр отверстия под ось шкивов d=0,29 м;

4. Радиус нижнего закругления щеки

5. Толщина стенки

Рассчитаем щеку на прочность на растяжение:

(5.1.1)

Где F - площадь поперечного сечения

Тогда:

(5.1.2)

Где предел усталости при пульсирующем цикле нагрузок.

Для стали 5:

Таким образом:

Тогда:

(5.1.3)

Таким образом, коэффициент запаса прочности в данном случае при данном нагружении достаточно большой.

5.2 Расчет шкива талевого блока

Расчет шкива талевого блока ведется в соответствии с методикой, представленной в литературе [5].

Исходные данные: диаметр каната 25 мм.

Профиль канатной канавки и диаметр шкива выбираются в зависимости от принятого диаметра каната по нормали нефтяной промышленности.

Расчетный диаметр шкивов по канавке принимается в зависимости от диаметра каната и выбирается в пределах:

(5.2.1)

Где - расчетный диаметр каната, тогда:

Выбираем диаметр шкива равный 800 мм.

5.3 Расчет оси талевого блока

Расчет оси талевого блока ведется в соответствии с методикой, представленной в литературе [5].

Исходные данные:

Максимальная нагрузка на крюк Q=1250 кН;

Рисунок 4 - Схема талевой системы

Для определения натяжения в ветвях оснастки от максимального веса на крюке необходимо определить натяжение в ходовой ветви оснастки, т.е:

(5.3.1)

- коэффициент, учитывающий преодоление трения в подшипниках шкивов талевого блока в ручьях шкивов и является обратной величиной КПД талевой системы:

 (5.3.2)

- КПД талевой системы, принимаем равным 0,98

m - число рабочих струн (ветвей) при оснастке талевой системы 4х5=8

Тогда:

Натяжение в отдельных ветвях оснастки талевой системы:

Так распределяется максимальная нагрузка на крюке среди ветвей оснастки талевой системы в случае её движения, т.е при спуско-подъемных операциях.

В статическом состоянии, когда максимальный вес на крюке находится в покое,все ветви нагружены равномерно, т.е:

(5.3.3)

Усилия, действующие на канатные шкивы и, соответственно, их подшипники при подъёме максимального груза:

Суммарные нагрузки действующие на талевый блок:

Для построения эпюры поперечных сил и моментов, действующих на ось талевого блока, находим реакции опор:

Проверка:

-655,03-581,04+326+313,4+307,12+289,40

Таким образом, реакции опор найдены, верно.

Определяем значения поперечных сил и изгибающих моментов, действующих на ось талевого блока:

I участок:

при ;

при ;

II участок:

при

при

III участок:

при

при

IVучасток:

при

при

Vучасток:

при

при



Рисунок 5 - Эпюры поперечных сил и моментов, действующих на ось талевого блока

5.4 Расчет серьги талевого блока

Расчет серьги талевого блока ведется в соответствии с методикой, представленной в литературе [5].

Исходные данные:

Допускаемое напряжение на смятие ;

Наибольший диаметр d_наиб=60мм;

Для стали 5 по ГОСТ: , , ;

Рассчитаем допускаемое напряжение на растяжение:

, (5.4.1)

=0.6*600=360МПа

Ширина серьги

, (5.4.2)

;

принимаем 110 мм;

Высота проушины

, (5.4.3)

принимаем 350мм;

Напряжение в проушине

 , (5.4.4)

где q - давление в зоне контакта (оси, цапфы) и серьги; принимаем МПа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Высокие темпы роста добычи нефти и газа выдвинули отечественную нефтегазодобывающую промышленность на передовые позиции в мире. Наша страна не имеет себе равных по добыче нефти, конденсата и газа. Объём разведочного и эксплуатационного бурения постоянно возрастает и требует огромных капитальных затрат.

За последние годы созданы новые образцы буровых машин и комплексов, оказавших заметное влияние на производительность буровых работ и ускорения темпов роста добычи нефти и газа. Успехи бурения неразрывно связаны с новейшими научными разработками в области расчета и конструирования буровых машин, повышения их технического уровня и надежности. Для закрепления достигнутых успехов необходимо постоянно расширять объёмы разведочного и эксплуатационного бурения путём дальнейшего повышения производительности буровых машин, механизации тяжелого ручного труда, оптимизации и автоматизации буровых работ. Именно такой путь позволит обеспечить необходимый прирост объёма буровых работ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абубакиров В.Ф., Буримов Ю.Г., Гноевых А.Н. Буровое оборудование: Справочник: В 2-х т. - М.: Недра, 2003. - 494с.

2. Даниелян А.А. Буровые машины и механизмы 2-е изд. - М.: Красный печатник, 1961. - 352с.

3. Раабен А.А., Шевалдин П.Е., Максутов Н.Х. Монтаж и ремонт бурового и эксплуатационного оборудования. - М.: Недра, 1975. - 304с.

4. Северинчик Н.А. Машины и оборудование для бурения скважин. - М.: Недра, 1986. - 368с.

5. Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. - М.: Недра, 1985. - 249с.

6. Паспорт талевого блока БУ 2000/125.

Размещено на Allbest.ru