Талевая система буровой установки предназначена для подъема и поддержания на весу тяжелого бурового инструмента. Она представляет собой (рис.12.1) полиспастный механизм, который состоит из кронблока 1, установленного на вышке или мачте, талевого блока 2 и талевого каната 3, являющегося гибкой связью между буровой лебедкой 4 и подъемным крюком, подвешенным к талевому блоку. Под оснасткой талевой системы понимается навеска каната на шкивы кронблока и талевого блока в определенной последовательности, которая исключала бы перекрещивание каната и трение его ветвей друг о друга.
При небольших нагрузках на крюке спускоподъемные операции выполняют на прямом канате (рис.12.1, а). В геологоразведочном бурении применяют талевые системы трех типов:
- с креплением свободного конца каната к основанию буровой установки или якорю (талевая система с неподвижным концом каната), (рис. 12.1, б,в),
- кронблоку мачты или вышки (рис. 12.1, г),
- к талевому блоку (рис. 12.1, д).
Рис. 12.1. Схемы талевых систем
Талевая система с неподвижным концом каната (симметричная талевая система) обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на опоры вышки или мачты, а также позволяет устанавливать на неподвижной ветви талевого каната указатель веса инструмента и нагрузки на породоразрушающий инструмент.
При подвижном крюке ветви талевого каната равномерно нагружены силой
(12.1)
где Q - нагрузка на крюке (весом талевого блока можно пренебречь, так как при геологоразведочном бурении он незначительный); uтс - число струн талевой системы, то есть число подвижных ветвей каната за исключением ветви, наматываемой на барабан лебедки.
В процессе бурения вследствие трения и изгиба каната усилия в ветвях полиспаста Р1, Р2......Рн распределяются неравномерно.
Поэтому нагрузка на крюке
(12.2)
Натяжение ведущей ветви
(12.3)
Усилие в неподвижной ветви каната
(12.4)
В выражениях (12.1)-(12.3) η - к.п.д. одного шкива; для шкивов на подшипниках качения η=0,98.
Коэффициент полезного действия талевой системы
(12.5)
При определении числа струн талевой оснастки исходят из набольшей нагрузки на крюк Q. Ее определяют при подъеме наиболее тяжелого бурильного инструмента или наиболее тяжелой колонны обсадных труб.
(12.6)
где Рл - натяжение ведущей ветви каната, соответствуюшее номинальной фузоподъемности лебедки; λ1 - коэффициент длительной перегрузки двигателя; для электродвигателей λ1=1,3; для двигателей внутреннего сгорания λ1 =1,10÷1,15.
В геологоразведочном бурении применяются в основном следующие оснастки талевой системы: 0x1; 1x2 и 2x3 (см.рис. 12.1 а,б,в).
Коэффициент полезного действия для них составит:
|
uт.с |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
ηт.с |
0,96-0,97 |
0,95-0,93 |
0,92-0,90 |
0,90-0,88 |
При практических расчетах при эксплуатации буровых установок на нефть и газ можно воспользоваться выражением
ηт.с=1-0,02uт.с (12.7)
При небольших нагрузках и незагруженном крюке величина ηт.с, значительно меньше, чем при полной нагрузке.
Полученное по формуле (12.6) значение округляется до целого числа в большую сторону.
Общее число ветвей талевого каната
u'т.с=uт.с+2; (12.8)
при симметричной оснастке
u'т.с= uт.с+1 (12.9)
Глубину скважины до которой спускоподъемные операции можно проводить на прямом канате (оснастка 0х1) рассчитывают по формуле
(12.10)
где кпр - коэффициент, учитывающий влияние всех тех факторов, которые вызывают дополнительные сопротивления при подъеме бурового инструмента из скважины; q - масса 1 м бурильной колонны в сборе; ρ - плотность очистного агента, кг/м3; ρм - плотность материала труб, кг/м3 (для стали ρм=7,85·103 кг/м3, для сплава Д16Т ρм=2,8·103 кг/м3); Θср=(Θн+Θк)/2; Θн и Θк - начальный и конечный зенитные утлы скважины; μ - коэффициент трения бурильных труб о породу, значения которого могут быть ориентировочно приняты по следующим данным:
Сухая
скважина...........................0,3-0,4
Вода...........................................
0,2-0,4
Эмульсия..................................... 0,12-0,2
В случае применения легкосплавных бурильных труб коэффициент трения µ следует уменьшить приблизительно на 10%.
Ниже приведены опытные значения коэффициента кпр для различных геолого-технических условий бурения:
- вертикально заданные скважины, пробуренные в крепких породах при небольшой кривизне скважины - 1,2;
- скважина диаметром D≥76 мм, пробуренные в крепких породах при средней интенсивности искривления JΘ=0,02 град/м - 1,3;
- скважины, пройденные в мягких породах, склонных к набуханию - 1,4;
- скважины, пробуренные в крепких породах под углом 80-75 градусов к горизонту, при JΘ=0.03÷0,04 - 1,6;
- сильно искривленные скважины малого диаметра - 2,0.
Пример 12.1. Определить натяжение в ведущей (Рл) и неподвижной (Рн) ветвях талевого каната при подъеме инструмента весом Q=500к11 и к.п.д талевой системы, если оснастка 4x5, т.е. uт.с=8.
Решение. При подъеме бурового инструмента натяжение ведущей ветви, определяется из выражения (12.3).
В неподвижной ветви
Коэффициент полезного действия талевой системы [см.формулу (12.5)]
Пример 12.2. На подъемном крюке подвешена бурильная колонна весом
Q=1,5 МН; вес подвижной части талевой системы Qт.с=0,08МН.
Найти:
а) натяжение ведущего конца каната при оснастке 5x6; б) величину выигрыша в силе
при данной оснастке.
Решение: находим к.п.д. талевой системы из
выражения (12.7)
η =1-0,02·10=0,80.
Тогда максимальное натяжение ведущей струны составит
Следовательно при 10-ти струнной оснастке мы выигрываем в силе
т.е почти в 8
раз
