Монтаж и эксплуатация Вертлюга БУ-75БР

Вертлюг установки  БУ75Бр (рисунок 4) пальцами шарнирно соединен со штропом. Форма приливов корпуса  обеспечивает поворот штропа в положение, удобное для заводки его в зев крюка. На пальцах имеются резьбовое отверстие, предназначенное для демонтажа, и масленка. В верхней части корпуса установлен сфероконический роликоподшипник – основная опора ствола вертлюга. В нижнюю часть корпуса вертлюга вмонтирован упорный шарикоподшипник, который центрирует ствол и воспринимает нагрузку от толчков, идущих с забоя. Во время вращения ствола масло поднимается по напорной трубке и, стекая вниз, смазывает подшипник. На корпусе вертлюга установлена верхняя крышка, к которой через уплотнительную прокладку крепится отвод. Внутри крышки проходит грязевая труба.

Рисунок 4- Вертлюг  БУ-75Бр

1 – штроп; 2 –  отвод; 3 – грязевая труба; 4 –  нажимная гайка; 5 – масленки; 6 –  сальник; 7 – корпус сальника; 8 –  втулка; 9 – грундбукса; 10 – верхняя крышка; 11 – ствол; 12 – корпус; 13 – сфероконический роликоподшипник; 14 – напорная трубка; 15 – упорно-радиальный шарикоподшипник; 16 – установочная гайка; 17 – пробка; 18 – манжета; 19 – войлочное кольцо; 20 – переводник; 21 – предохранительная крышка; 22 – нажимная крышка; 23 – втулка; 24 – нижняя крышка; 25 – пробка; 26 – пружина; 27 – манжета грязевого сальника; 28 – манжетное кольцо

Ствол вертлюга – основная вращающаяся деталь, воспринимающая вес колонны. На нижнем конце ствола имеется резьба для присоединения переводника. Сверху манжеты поджимаются через манжетное кольцо нажимной гайкой, а снизу – пружиной. Вытеснение смазки из корпуса вертлюга предупреждают уплотнения, установленные в верхней и нижней частях ствола. В нерабочем положении на переводник навертывают предохранительную крышку.

Рисунок 5- Вертлюг  УВ-250

1 – переводник; 2 – нижняя крышка; 3 – подшипник; 4 – корпус; 5 – ствол; 6 – основная  опора; 7 – палец; 8 – стопорная  планка; 9, 10 – подшипник; 11 – отвод; 12 - штроп

Вертлюг ШВ 14-160 - стальная полая конструкция с  карманами для штропа. Внутри корпуса  имеется кольцевая площадка под  плиту основной опоры. Штроп соединяется  с вертлюгом пальцами. Сверху корпус закрыт крышкой, в которой смонтировано наружное кольцо верхнего направляющего подшипника. К верхнему фланцу крышки присоединяются отвод шлангового соединения и грязевая труба. Плита основной опоры крепится к корпусу четырьмя винтами. В нижней части вертлюга крепится корпус масляного сальника с вмонтированными двумя пружинно-манжетными уплотнениями, которые предотвращают вытекание масла в месте выхода нижнего конца ствола. Ствол своим фланцем через основной подшипник и плиту опирается на кольцевую площадку корпуса. Ниже основной опоры располагаются упорный и нижний направляющий подшипники. Упорный подшипник поджимается гайкой ствола с зазором 0,1 мм. Грязевый манжетный сальник уплотняет соединение грязевой трубы и ствола. В сальнике установлены V-образные манжеты, которые под давлением самоуплотняются.

Конструкция верхнего масляного сальника исключает попадание  раствора в масляную ванну корпуса  вертлюга.

Вертлюг УВ – 250 (рисунок 5). Корпус вертлюга выполняется  в виде стальной полой отливки  с двумя кронштейнами. В кронштейнах  и корпусе имеются горизонтальные отверстия для пальцев, при помощи которых вертлюг соединяется со штропом. Кронштейны фиксируют положение штропа, удобное для подхватывания его крюком при вытаскивании вертлюга с ведущей трубой из шурфа. Угол поворота штропа не превышает 45º.

Пальцы штропа имеют смазочные канавки и  отверстия с резьбой для пружинных  масленок. В центральной части  корпуса имеется кольцевая площадка, к которой крепится плита. На нее  устанавливается основная опора. Ниже кольцевой площадки имеется цилиндрическая расточка, в которой устанавливается роликовый радиальный подшипник. Такой же подшипник размещается в крышке корпуса, и оба они центрируют ствол вертлюга. В основной опоре ствола устанавливается упорный подшипник с короткими цилиндрическими роликами. Благодаря укороченной длине снижается скольжение роликов относительно колец при вращении ствола. Это благоприятно влияет на износ и нагрев подшипников. Ствол представляет собой стальной цилиндр с центральным проходным отверстием для промывочной жидкости и с наружным фланцем для упорных подшипников. Ствол вращается с частотой бурового ротора и испытывает нагрузки, создаваемые бурильной колонной и промывочной жидкостью, нагнетаемой в скважину. По сравнению с другими несущими узлами и деталями ствол вертлюга наиболее нагружен. Это предъявляет повышенные требования к его прочности.

Для соединения вертлюга с ведущей трубой бурильной  колонны используется сменный ниппельный переводник, предохраняющий резьбу ствола от износа и механических повреждений. В связи с тем, что ствол вертлюга и верхний переводник ведущей трубы имеют внутренние резьбы, для их соединения используется переводник ниппельного типа. С целью предотвращения самоотвинчивания при вращении долота ствол вертлюга, переводники и верхний конец ведущей трубы имеют левую резьбу. Корпус вертлюга закрывается верхней и нижней крышками с центральными отверстиями для выводных концов ствола. Крышки крепятся к корпусу ввертными болтами. Верхняя крышка снабжена стойками и вторым фланцем, на котором укреплен отвод для соединения вертлюга с буровым шлангом. Из отвода промывочная жидкость поступает в проходное отверстие ствола через промежуточное устройство.

Полость между  корпусом с крышками и стволом  вертлюга заполняется жидким маслом для смазки основного и нижнего  радиального подшипников. Стакан ствола образует отдельную масляную ванну для смазки вспомогательного и верхнего радиального подшипников. Масло заливается через отверстие в верхней крышке корпуса. Для слива отработанного масла предусмотрено отверстие в нижней крышке корпуса. Уровень масла проверяется контрольной пробкой, ввинченной в корпус вертлюга. Масляные отверстия закрываются резьбовыми пробками.

Вертлюги УВ-320 и УВ-450 аналогичны вертлюгу УВ-250. Отличие состоит только в том, что основные детали, воспринимающие нагрузку от бурильных колонн и давление, создаваемой насосами, рассчитанными на эту нагрузку, получились более мощными и привели к некоторому увеличению габаритных размеров и массы этих вертлюгов.

1.3 Анализ вертлюгов  зарубежного производства

Техническая характеристика вертлюгов зарубежного производства приведена в таблице 2.

Таблица 2- Техническая характеристика вертлюгов зарубежного производства

Все вертлюги, выпускаемые  в США, одинаковы по конструктивной схеме и незначительно отличают между собой в выполнении отдельных элементов. Допускаемая скорость вращения превышает 400 об/мин. Как правило, все вертлюги обтекаемой формы. Ствол вертлюга установлен на системе опор, состоящей из основной опоры – упорного роликоподшипника с коническими роликами, воспринимающего основной вес бурильной колонны, вспомогательного упорного шарикоподшипника, который воспринимает случайные осевые нагрузки снизу вверх, и двух радиальных направляющих роликоподшипников, расположенных по обе стороны основной опоры. В некоторых вертлюгах вспомогательный упорный и верхний направляющий подшипники заменены одним радиально-упорным подшипником. Обычно вертлюг имеет три сальника, один грязевый и два масляных (верхний и нижний). Грязевый сальник состоит из набора шевронных уплотнительных колец. Масляные сальники состоят из двух пружинно-манжетных уплотнений каждый. Корпуса вертлюгов большинства американских фирм с наружной стороны сверху имеют два односторонних выступа, между которыми вставлена резиновая подушка, служащая амортизирующей опорой для постоянно подвешенных на борте штропов и для уменьшения шума в буровой.

Фирма Bowen предлагает целый набор силовых вертлюгов, от малых портативных установок, чаще всего применяемых для мелких ремонтных работ, до моделей с крутящим моментом до 20000 ft/Lbs, предназначенных для глубокого скважинного бурения или работ, связанных с крупным свайным сооружением. Имеются также установки, частоту вращения и момент которых можно приспособить к любому виду работ.

Все силовые вертлюги Bowen создаются для получения сглаженного, без ударной нагрузки, крутящего момента, что снижает износ бурильной колонны. Благодаря применению силового вертлюга Bowen в большинстве случаев снижается потребность в цепных и трубных ключах, вращателях для добавления трубы; это сокращает количество запусков и остановок, что в свою очередь снижает износ насосов, лебедок и прочего бурового оборудования.

Все модели S-45, HDS-2, S-2,5, S-3, S-3,5, S-200, S-300 имеют гидропривод и соответствующий трейлер или установлены на салазках вместе с барабаном силового шланга и хорошо согласованным дизельным приводом. На большей части моделей вертлюги или несущие переводники стойки стандартны. Блоки управления могут быть из разряда пневматических, электрических или униблочных (гидравлических), и монтируются на портативных стойках, которые можно устанавливать отдельно от блока питания. Калиброванные приборы для измерения крутящего момента стандартны.

Силовые вертлюги S-2,5 и S-3,5. Эти установки с хорошо согласованными силовыми блоками примерно на 25% легче других установок с аналогичным крутящим моментом и скоростными характеристиками.

В предлагаемых установках применяется замкнутая гидравлическая система с переменной подачей, допускающая  реверсирование через центральные  насосы и имеющая, как правило, пневматическое управление (предусмотрено также и электрическое управление). Частоту вращения можно изменять на протяжении всего рабочего цикла. Управление крутящим моментом напорно-компенсаторного типа обеспечивает отключение управления частотой вращения для достижения нужного максимального крутящего момента. Стандартные установки имеют крутящий момент от 3200 ft/Lbs и частоту вращения 195 мин^-1 для S-2,5А до 8100 ft/Lbs и 155 мин^-1 для S-3,5.

Силовые вертлюги S-200 и S-300 фирмы Bowen представляют собой установки с гидравлическим приводом для вращения труб. Компактная модель S-200 согласно проекту выдерживает растягивающие нагрузки на трубу до 200 m без вращения и 106 m динамической нагрузки при частоте вращения 100 мин^-1. У модели S-300 расчетная динамическая нагрузка 300 m при 50 мин^-1.

Обе установки оснащены промывочным  узлом, что допускает циркуляцию через бурильный инструмент во время  вращения или в неподвижном положении. Расчетные номинальные характеристики силового вертлюга модели S-200 для крутящего момента 11000 ft/Lbs (максимум) при 160 мин^-1 (максимум). У модели S-300 – 1500 ft/Lbs при 100 мин^-1, соответственно. Существует модель с дополнительной характеристикой 19000 ft/Lbs.

Насос с переменной подачей  и гидравлическая система позволяют  бесконечно менять крутящий момент и частоту вращения в пределах, указанных выше, при этом не нужно переставлять шестерни или останавливать и вновь включать установку. Силовые вертлюги Bowen S-200 и S-300 поставляются в комплекте с соответствующей силовой установкой, а также с пневматическим или электрическим дистанционными средствами контроля. Все указанные компоненты установлены на салазки или трейлер и образуют единую прочную портативную установку.

Вертлюги фирмы Industrialexport, в частности вертлюг СН-200 обладает длительным сроком службы, быстрым подсоединением и отсоединением бурового рукава. Основное преимущество вертлюгов этого типа состоит в жесткой установке отвода, позволяющей выдерживать направление бурового рукава.

Производятся вертлюги для  геологического бурения, позволяющие достигать частоту вращения 1500 мин^-1 без осевой нагрузки и выдерживать колонну бурильных труб до 32 тонн без вращения.

Промывочные вертлюги предназначены  для использования с подъемниками румынского или российского производства при текущем и капитальном ремонте скважин. Выпускаются в двух вариантах грузоподъемностью 50 и 80 тонн. Рассчитаны для работы при температуре окружающей среды от - 40ºС до + 40ºС.

Морской вертлюг фирмы  A-Z/Грант Интернэшнл такой, как A-Z MSB-10 используется на плавучих буровых основаниях для подвески морской труборезки A-Z в стволе и удержания ее на одном и том же уровне в процессе работы. Особенности: обеспечивает плавную резку даже в самых неспокойных морях; герметизированная конструкция типа масляной бани обеспечивает долгую безаварийную работу и низкие расходы; один размер вертлюга подходит ко многим видам подвески (от 5,5 и выше).

Вертлюг фирмы "Резерфорд-Петко" для бурения скважин на море предназначен для поддержания стабильного  положения внутренней гидравлической труборезки при использовании её в морском бурении при качке. После спуска и установки на устье скважины вертлюг обеспечивает плавное ведение операций при работе труборезки.

Силовые вертлюги этой фирмы способны передавать крутящий момент в 11000 ft/Lbs и выдерживать нагрузку 200 m. В установках применяется система гидравлики с замкнутой цепью переменной вместимости, допускающей реверс и имеющей пневматическое или электрическое управление.

Две 500-тонные модели силовых вертлюгов фирмы "Нэйшенл" - односкоростная модель PS1 и двухскоростная PS2. Особенности моделей: встроенный вертлюг – в системе используются коренной подшипник P-650 и промывочная втулка (отдельного вертлюга не требуется); система с двумя направляющими - изолирует узлы вертлюга (подшипники и шток) от веса обсадных и бурильных труб. Эти модели рассчитаны на грузоподъёмность 500 m; не требуется гидравлический привод – все функции выполняются с использованием электрического или пневматического привода.

Конструкция вертлюга РС-650 фирмы "Нэйшенл" (США) рассчитан на рабочую нагрузку 4,25 МН при частоте вращения до 100 об/мин и допускает максимальную частоту вращения до 400 об/мин. Главная опора – конический роликоподшипник – хорошо смонтирована в корпусе, оригинально выполнена система смазки с вынесенной горловиной, что позволяет полость вертлюга заполнять жидкой смазкой до уровня, беспечивающего надёжную смазку верхнего радиального роликового и упорного подшипников. Ствол вертлюга выполнен мощной конструкцией с проходным отверстием диаметром 76 мм, подвод бурового рукава приспособлен для резьбового соединения [7].