зачем нужен ротор в буровых установках с верхним приводом
Ротор
Ротор – один из важнейших компонентов буровой установки.
Выполняет множество различных функций в зависимости от конкретного типа проводимых буровых работ.
Так, при роторном бурении скважин этот элемент выполняет ключевую функцию – обеспечение передачи движения вращения колонне бурильных труб и породоразрушающему инструменту.
При использовании турбинного метода бурения скважин, а также в условиях применения электробуров ротор обеспечивает возможность периодически проворачивать трубы.
Кроме того, ротор предотвращает поворот труб в противоположную сторону относительно направления вращения породоразрушающего инструмента при турбинном типе бурения.
Применение ротора при бурении скважин забойными двигателями связано с необходимостью восприятия возникающего реактивного момента.
Кроме упомянутых выше случаев ротор буровой установки обеспечивает возможность проведения спуско-подъемных операций, удерживая на весу колонну труб (бурильных или обсадных).
Также ротор применяется при проведении мероприятий по ликвидации аварийных ситуаций, в ходе операций по свинчиванию и развинчиванию труб, при проведении замены бурового инструмента.
Конструктивно ротор буровой установки представляет собой неподвижный массивный корпус, выполненный из стали и оснащенный мощным опорным подшипником, на котором вращается стол ротора.
Этот корпус обеспечивает восприятие и передачу всех возникающих в ходе проведения работ нагрузок на раму.
Через парные конические шестерни осуществляется передача вращения с приводного вала, размещенного в горизонтальной плоскости, непосредственно на стол ротора, расположенного вертикально.
Зубчатая пара (коническая шестерня вала и зубчатый венец стола), а также подшипники расположены в так называемой герметичной масляной ванне, которая обеспечивает снижение износа элементов.
Физическое расположение ротора буровой установки зависит, прежде всего, от ее типа.
На устройствах, предназначенных для бурения скважин большой глубины, ротор устанавливается в основании установки.
В буровых установках на самоходном шасси установка ротора производится на задних частях рамы.
Технические характеристики ротора буровой установки включают такие параметры как диаметр отверстия в столе, допустимая статическая нагрузка на стол и максимальная частота его вращения, а также статический крутящий момент.
Кроме того, важным параметром является масса устройства, которая учитывается без учета массы вкладыша.
Буровые системы с верхним приводом
Буровые системы с верхним приводом являются мировым образцом и применяются при планировании и ведении буровых работ при планировании нефтяных и газовых скважин и их месторождениях.
Крупнейшие разработчики мировых систем с верхним приводом внедряют свои передовые технологии. Буровики и буровые компании осознали значительное преимущество в буровых систем с верхним приводом перед бурением с использованием квадрата.
Технологии с использованием верхнего привода обеспечило увеличение скорости, повышение безопасности, а так же появления новой техники бурения.
За счет достигается экономия времени? При прохождении пластов со сложными биологическими условиями обеспечивается избежание прихвата. Бурение через плотные пропластки, а так же циркуляции и расхаживание ствола осуществляются быстро без использования квадрата.
Наклонно-направленное бурение интервалами 27 метров экономят время, необходимое для переориентировки инструмента. Значительны так же преимущества бурения с верхним приводом для обеспечения безопасности работ. Уменьшается количество вращающихся узлов в полу буровой, снижается число соединений бурового инструмента, обеспечивается возможность быстрой подачи бурового раствора в скважину при спуске подъемных операций.
Особенности буровых систем с верхним приводом TDS 9S
Вместе с тем буровые системы с верхним приводом оказали значительно воздействие на проектирование новых технологий бурения. Расширились возможности в удаленное проникновение зон с одной платформы. Горизонтальное бурение позволяет осуществлять эффективное производство в тонких пластах.
Сегодня эти технологии применяются уже не только в крупных морских месторождениях, но становятся так же обычным делом при проведении буровых работ на суше. Инженеры-буровики при планировании работ на суше используют преимущество таких технологий.
При разработке систем верхнего привода для наземно-буровых установок компании полностью пересмотрели концепцию подхода к верхним приводным системам. Привязка систем с верхним приводом изначально была громоздка и представляла собой затруднительную задачу в проектировании. Помимо уменьшении размеров оборудования его привязки к стандартным вышкам 41-43 метра, следовало учитывать так же соображение монтажа, компактности и снижения затрат на оборудование. Наибольшую возможность для уменьшения размеров оборудования и снижения его стоимости предоставил буровой двигатель.
По сравнению с большими и мощными двигателя постоянного тока, устанавливаемая система с верхним приводом используется с применением двух небольших двигателей переменного тока, которые обеспечивают улучшенные характеристики по скорости и крутящему моменту. К тому же двигатель переменного тока не требует наличия коммуникационной системы и щеток, что позволяет обойтись без сложной искробезопасной системой охлаждения.
Крутящий момент, создаваемый парой двигателей переменного тока мощностью 350 лошадиных сил каждый, практически равен моменту создаваемого одним двигателем постоянного тока мощностью 1100 лошадиных сил. Эти двигатели создают максимально номинальный крутящий момент при переходе от зависания к максимальной скорости. Крутящий момент при скорости от 0 до 110 моментов в минуту и до 220 оборотов в минуту равен 48 360 кг на метр. Два простых двигателя переменного тока стали сердцевиной новой буровой системы.
Двигатели работают от переменного тока напряжением 600 и 480 вольт, которое может вырабатываться буровой силовой установкой, преобразовываться от постоянного тока напряжением 750 вольт и передаваться непосредственно от линии высоковольтных передач.
Подобные нововведения позволяют привязать систему практически к любой существующей электрической системе.
Была упрощена и облегчена направляющая балка, что обеспечивает быструю установку системы без модификации мачты. Новая система устанавливается на большинстве существующих мачт высотой 43 метра. Обеспечивает зазор в 3.6 метра и благодаря этому не требует дополнительных затрат.
Реактивный крутящий момент передается не на мачту, а по направляющей и распорной балкой уходит на раму и верхнее основание.
Система грузоподъемностью 400 т предназначена для эксплуатации на малых и средних буровых установках. Она была названа TDS 9S и является 9-ой модификацией значительной серии буровых систем, которые изменили технологии бурения нефтяных и базовых скважин для более рациональной добычи нефтепродуктов.
Система TDS 9S разработана с учетом практических задач. Упрощенная конструкция позволяет снизить первоначальные затраты и расходы по обслуживанию. Встроенная интегрированная гидравлическая силовая облегчает монтаж, упрощает обслуживание и снижает затраты. Наращивание инструмента производится с помощью двигателей переменного тока. Уникальные характеристика системы, работающего от переменного тока, является высокий прерывистый момент, обеспечивающий безопасное использование двигателя для свинчивания и развинчивания соединений. Это позволяет обойтись без трубного ключа в трубном манипулятор, что упрощает систему, снижает ее вес и стоимость.
Простой зажим А захватывает соединение верхнего замка и буровик вращает всю колонну для свинчивания и развинчивания соединений. Как правило, имеются два встроенных предохранительных клапана, верхний из которого управляется дистанционно и обеспечивает безопасность в случае выброса. Силовая вращающаяся головка позволяет верховому работать со свечами с помощью механизмов наклонных штроб и автовозврата. Двухсторонний гидравлический механизм наклонных штроб обеспечивает дополнительный отвод на расстоянии 60 см над столом.
Гидравлическая компенсаторная система создает необходимую компенсаторную амортизацию в момент в момент соединения свечей с переходником при посадке труб, равно как и при разъединении шпильки от муфты при развинчивании.
Простая система охлаждения позволяет обходиться без обслуживающего контура, насосов и промежуточных охладителей, используемых в больших системах с верхним приводом.
Монтаж системы занимает не более 8 часов. Часть работ по монтажу может быть выполнена до доставки системы до места установки. Обвязка кабеля и шланга крепятся на мачту на высоте до 25 метров. Здесь для подсоединения к обслуживающему контуру подготавливается узел быстросъемных соединений или распределительная коробка. Консоль управления устанавливается в панели бурильщика. Кабели идут к панели управления, расположенных в силовом помещении.
Буквенно-цифровой дисплей на панели управления упрощает систему контрольно-измерительных приборов. На нем так же высвечивается информация по режиму обслуживания, времени работы, числу оборотов и циклу работы встроенных предохранительных клапанов.
Система TDS 9S отвечает потребностям бурильщиков, ведущих работу как в море, так и на суше. Это мощная, компактная и мобильная буровая платформа, обладающая низкой стоимостью и теме же характеристиками что и крупные приводные системы. Может эксплуатироваться на небольших установках. Технология бурения с верхним приводом не только доказала свою эффективность. Отныне она предлагается в виде ново высокомобильной и экономичной системой.
Роторы
Ротор нужен для осуществления вращения бурильной колонны (подвешенной), а так же при бурении забойными двигателями с помощью ротора осущес
ИА Neftegaz.RU. Роторы
Ротор нужен для осуществления вращения бурильной колонны (подвешенной), он также необходим при бурении забойными двигателями (с его помощью осуществляется восприятие реактивного крутящего момента) и при проворачивании инструмента в ходе ловильных работ. Роторы также эффективны при поддержании обсадных труб или бурильных колонн на весу.
Роторы выглядят как конический редуктор с зубцами. Коническое колесо аппарата соединено со столом и насажено на втулку, а ось стола расположена по оси скважины. Ротор так же используют для свинчивания и развинчивания труб.
Роторы могут различаться по диаметру проходного отверстия, по мощности и по допускаемой статистической нагрузке
Известна классификация по конструкторской характеристике : роторы неподвижные и перемещающиеся возвратно-поступательно относительно устья скважины. Перемещение происходит в вертикальном направлении.
цепных, карданных и зубчатых передач от буровой лебедки
индивидуального двигателя
коробки смены передач
Привод ротора обусловливает различное изменение скоростей и моментов вращения.
Оно может быть:
ступенчатым
непрерывно-ступенчатым
непрерывным
В буровых установках привод ротора управляется с помощью цепной трансмиссии от лебедки или КПП карданной передачи. При установке лебедки ниже пола буровой управление осуществляется дополнительной трансмиссией от лебедки.
Состав роторной установки:
В табл. 30 приведена техническая характеристика роторов, изготавливаемых ВЗБТ и ПО «Уралмаш».
На рисунке показан ротор Р-560.
На сегодняшний день активно эксплуатируются следующие модификации роторов ПО «Уралмаш»: Р-700, Р-950 и Р-1260
Для них характерны следующие конструкторские новшества:
надежное лабиринтное уплотнение масляной ванны (это повышает эксплуатационный срок зубцов ротора и основной опоры стола)
стопорное устройство способно фиксировать стол (это также это повышает эксплуатационный срок зубцов ротора, продлевает срок службы опор)
зубчатые колеса характеризуются повышенной точностью и плавностью зацепления
Назначение, устройство и принцип работы ротора бурильной установки. Основные параметры
Буровой ротор предназначен для выполнения следующих операций:
— вращения поступательно движущейся бурильной колонны в процессе проходки скважины роторным способом;
— восприятия реактивного крутящего момента и обеспечения продольной подачи бурильной колонны при использовании забойных двигателей;
— удержания бурильной или обсадной колонны труб над устьем скважины при наращивании и спуско-подъемных операциях;
— проворачивания инструмента при ловильных работах и других осложнениях, встречающихся в процессах бурения и крепления скважины.
Роторы относятся к числу основных механизмов буровой установки и различаются по диаметру проходного отверстия, мощности и допускаемой статической нагрузке. По конструктивному исполнению роторы делятся на неподвижные и перемещающиеся возвратно-поступательно относительно устья скважины в вертикальном направлении.
РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ Параметры ротора определяют исходя из конструкции скважины, компоновки бурильной колонны и требований, предъявляемых технологиями бурения и крепления скважин.
Диаметр проходного отверстия в столе ротора должен быть достаточным для спуска долот и обсадных труб, используемых при бурении и креплении скважины. Для этого необходимо, чтобы отверстие в столе ротора было больше диаметра долота при бурении под направление: D=Dдн+δ,
где D—диаметр проходного отверстия в столе ротора; Dдн— диаметр долота при бурении под направление скважины; б— диаметральный зазор, необходимый для свободного прохода долота (6=30—50мм).
Допускаемая статическая нагрузка на стол ротора должна быть достаточной для удержания в неподвижном состоянии наиболее тяжелой обсадной колонны, применяемой в заданном диапазоне глубин бурения.
Исходя из рассмотренных условий, можно записать: Gmax
Мощность ротора должна быть достаточной для вращения бурильной колонны, долота и разрушения забоя скважины: N=(Nхв+Nд)/ h
где Nxв — мощность на холостое вращение бурильной колонны; Nд—мощность на вращение долота и разрушение забоя; η— к. п. д., учитывающий потери в трущихся деталях ротора.
Мощность на холостое вращение бурильной колонны (момент, передаваемый долоту, равен нулю) расходуется на преодоление сопротивлений вращению, возникающих в системе бурильная колонна—скважина.
Мощность, расходуемая на вращение долота и разрушение забоя скважины, рассчитывается по формуле Nд=μ0PnRcp
Максимальный вращающий момент (в кН-м) определяют по мощности и минимальной частоте вращения стола ротора:Mmax=N η/nmin
где N—мощность ротора, кВт; nmin — минимальная частота вращения, об/мин.
Особенности технологии роторного бурения скважин
Огромное количество владельцев своих участков задумываются о децентрализованном независимом водоснабжении. В этом есть смысл не только потому, что собственная система водоснабжения позволяет избегать всех проблем централизованной, но и потому, что по трубам государственных предприятий водоснабжения течет вода, которую тяжело назвать экологически приемлемой.
Установка роторного бурения на базе грузового автомобиля
Определенные проблемы создания своей собственной системы водоснабжения возникают на этапе выбора технологии бурения.
1 Какие особенности технологии роторного бурения?
Роторное бурение скважин это технология, подходящая в том случае, когда необходимо получение большого объема наиболее экологически чистой воды, со стабильной, долговечной работой всей системы. В таких условиях роторный способ бурения находится вне конкуренции.
В целом, роторные буровые установки при их эксплуатации имеют следующие преимущества перед аналогами:
Роторы буровых установок способны добывать из источника такое количество воды, что ее хватит не только на водоснабжение дома, но и на наполнение различных резервуаров (таких, как бассейн), полив и на нужды еще пары-тройки других зданий. Благодаря этому можно находиться с соседями в условиях кооперации, тем самым не затрачивая колоссальные деньги на обустройство водозабора.
Технология роторного бурения зарекомендовала себя как долговечную и стабильную. Соблюдая все инструкции по работе с роторной системой бурения, и эксплуатации пластиковых труб в ее конструкции, пользователь может быть уверен в том, что срок эксплуатации такой системы будет не менее двух десятков лет.
При необходимости бурения глубоких скважин на воду обычно применяют ротор-бурение. Механизм работы такой системы выглядит так: в бурильную трубу загружают вращающийся вал, который имеет прочный наконечник — долото (например, долото PDC). Нагрузка на долото достигается работой гидравлической установки.
Благодаря данному механизму работы можно достигнуть любой глубины скважины для добычи воды. Промывают скважину от находящегося в ней грунта специальным бурильным раствором, который по трубам подается двумя различными способами:
Ротор-бурение такими методами используют даже на нефтяных скважинах.
При этом обратная промывка хороша тем, что благодаря ней добывается больший дебит скважины, потому как водоносный горизонт вскрывается наиболее качественно. Впрочем, без привлечения сложнейшего и высокотехнологичного оборудования при таком методе работы не обойтись, и такое ротор-бурение выйдет весьма затратным по деньгам.
Ротор-бурение прямой промывкой несколько дешевле первого варианта, и именно поэтому для большинства владельцев своих участков данных метод наиболее приемлем и адекватен в ценовом вопросе.
к меню ↑
1.1 Оборудование для проведения работ
Оборудование, которое применяется при роторном бурении, включает следующие компоненты:
Важно отметить, что существуют не только стационарные роторные установки (такие, как на нефтяных скважинных добычах). Существуют и передвижные версии, что оборудованы специальной платформой, крепящейся на прицепе.
Компактная буровая установка роторного бурения
При этом в передвижной версии присутствуют всё перечисленное оборудование кроме системы жидкостной очистки. Благодаря данному варианту роторной установки, обладающей маневренностью и способностью изменять свое положение в кратчайшие сроки, можно сэкономить деньги на этапе выбора необходимой скважины.
к меню ↑
2 Этапы и нюансы применения технологии
Ротор-бурение имеет два варианта произведения водозабора:
Первый способ применяется в песчаных, скальных и текучих грунтах, имеющих глубину залегания водоносных горизонтов не более 500 метров.
При данной системе водозабора промывочный раствор проходит по отстойнику к шлангам, а затем попадает в забой. Раствор с выработанной породой движется под давлением между внутренней поверхностью источника и трубами для бурения вверх, и, в конечном счете, попадает в отстойник.
Промывочный раствор изготавливается из глиняных или клеящих веществ. Они должны быть наиболее близки по плотности к той породе, которую ротор буровой установки подвергает разрушению. Такая система применяется и при нефтяных добычах из скважин.
Ротор-бурение работает по принципу раздробления породы в области вращения оси устройства, при этом создается большая вертикальная нагрузка под массой бурового снаряда. На начальных этапах используют долото большого размера, работа которого обеспечивает ротором, что в свою очередь работает за счет двигателя.
Рабочая часть — долото
После завершения бурения устанавливается стальная обсадная труба. Далее используют долото меньших размеров, и, соответственно, меньших размеров обсадную трубу. Такое бурение продолжается вплоть до водоносного слоя. На нефтяных скважинах использую похожий алгоритм работы.
Роторные буровые установки в работе с прямым водотоком имеют неоспоримое преимущество в том, что вся работа делается без крепления скважины вплоть до сотни метров. Впрочем, из-за этого в водоносные слои время от времени может попадать глина, что, в конечном счете, скажется на производительности пробуренного источника.
Ротор-бурение с обратной подачей имеет похожую схему работы. Для данного вида бурения промывочным раствором делают обыкновенную чистую воду. Вода закачивается в пространство между стенками водозабора и установленной буровой колонной.
Далее вода через долото, имеющие специальное отверстие, с помощью насоса поднимается по трубам колонны и закачивается в отстойник. Добыча воды из необходимой скважины производится вращательным глубинным насосом. Преимущества данного метода следующие:
Рекомендуется использовать роторные буровые установки в местах с хорошо изученной гидрогеологией.
к меню ↑