Монтаж и эксплуатация Вертлюга БУ-75БР

Вертлюги N-47, N-49 с диапазоном глубин бурения 1200-2750 м и вертлюги Р-400, Р-500, Р-650 с диапазоном глубин бурения 2400-10000 м фирмы "Нэйшенл", все с максимальной частотой вращения ствола 400-450 об/мин, имеют несколько меньшую массу, чем отечественные при том же диапазоне глубины бурения.

 

1.4 Буровые  рукава

Буровые гибкие рукава предназначены для подвода  от стояка к вертлюгу бурового раствора или газа. В буровых установках для бурения глубоких скважин применяют оплеточные буровые рукава на рисунке 5 внутренним диаметром от 38 до 76 мм, рассчитанные на динамическое давление до 20 МПа. Буровые рукава этого типа изготовляют из нескольких слоев.

 

1 — фланец; 2 — труба; 3 — втулка; 4 — резина; 5 — беккер; 6 —оплетка спиральная из стальной проволоки; 7 — корд; 8 — металлическая плетенка

Рисунок 5. Буровой рукав с фланцем АТП-4С

 

Буровые рукава при перевозках следует оберегать от повреждений. Хранить рукава длительное время необходимо в темном и прохладном помещении. Длительное пребывание рукава на солнечном свете или при низких температурах приводит к его преждевременному старению.

Буровой рукав предназначен для подвода промывочной жидкости от стояка, установленного в фонаре вышки, к вертлюгу. Рукав представляет собой гибкий полый цилиндр и состоит из внутреннего резинового слоя, нескольких слоев прорезиненной ткани с заложенными в них слоями ленты, сплетенной из стальной проволоки, и наружной резинотканевой или резиновой оболочки. По концам рукава заделаны два стальных штуцера с фланцами для соединения с вертлюгом и стояком.

Буровые рукава следует защищать от ударов, резких перегибов, соприкосновения с вращающейся колонной труб, износа, а рукава с резиновой оболочкой - также от попадания нефти и нефтепродуктов. Гибкие буровые рукава при эксплуатации рекомендуется оплетать прядью стального каната.

Схема конструкции бурового грязевого рукава, армированного муфтовыми соединениями. Буровые рукава выпускают длиной по 18 м двух типов: армированные концевыми штуцерами и неармированные.

Буровые рукава состоят из нескольких концентрично расположенных слоев: внутреннего резинового, прорезиненной ткани, силового, укладочного и покрывающего. Внутренний слой, как правило, выполняется из специальной резиновой смеси на основе синтетических и натуральных каучуков. Прорезиненная ткань - текстильный силовой слой, который представляет собой набор металлического троса высокой прочности.

Присоединение штуцера с конической резьбой к многослойному резиновому рукаву для бурения. Буровые рукава изготавливаются с концевой металлической арматурой, оснащенной конической резьбой для присоединения штуцеров с фланцами или различного типа нефтепромыслового оборудования. Буровые рукава выпускаются с внутренним диаметром 38, 50, 65, 76 и 100 мм на рабочее давление от 25 до 34 5 МПа.

Резинотканевые буровые рукава, армированные штуцерами на рабочее давление 100 кг / см² (ГОСТ 5232 - 50, табл. 46), состоят из внутреннего, промежуточных и наружного резиновых слоев, тканевых прорезиненных прокладок и проволочных плетенок.

Для армирования буровых рукавов используют оцинкованные штуцеры, состоящие из двух частей: ниппеля, вставляемого внутрь рукава, и наружной муфты. Нормы расхода буровых рукавов устанавливают в метрах на 1000 м проходки. При их расчете учитывают время работы насосов, механическую скорость бурения и средние глубины скважин, закапчиваемых бурением в планируемом периоде. Расход долот зависит от средней нормы проходки на долото по типоразмерам с учетом целей бурения, глубин и конструкций скважин.

При армировании буровых рукавов штуцерами необходимо очень точно соблюдать технологический процесс и выдерживать заданные размеры всех слоев. Для армирования буровых рукавов применяют тросы диаметром 40 - 42 мм. Для изготовления таких тросов свивают 13 проволок диаметром 0,70 – 0,95 мм. Буровой рукав напорный по МРТУ-38-5-В089 - В6. Для повышения прочности бурового рукава на местах нередко обматывают его снаружи на токарном станке слоем стальной проволоки диаметром 2 - 3 мм. Карта смазки вертлюга. Общее состояние вертлюга и бурового рукава проверяют ежедневно.

От правильной эксплуатации вертлюга и бурового рукава во многом зависит длительность безотказной работы буровой установки в процессе бурения скважины. По требованию буровиков резиновая промышленность выпускает буровые рукава на более высокое давление.

Схема работы закаточной машины а – закатка тканевой прокладки. б – обертка рукава бинтом. Особенно необходима механизация наводки плетенки в буровых рукавах, когда одновременно укладывают поток в 18 – 20 витков плетенки. Обслуживающий персонал должен быть обучен данным правилам эксплуатации буровых рукавов.

Схема работы двухцилиндрового бурового насоса. Нагнетательный трубопровод предназначен для подачи промывочной жидкости от насоса к напорному буровому рукаву. Нагнетательный трубопровод состоит из горизонтального и вертикального участков.

Техническая характеристика оплеточных рукавов

Диаметр, мм:

внутренний - 38 50 65 76

наружный - 5873,2 96,8 107,6

Динамическое давление, МПа - 20 15 20 20

Масса 1 м рукава, кг - 3,02 3,85 8,06 9,42

 

 

2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ  ЭЛЕМЕНТОВ 

ВЕРТЛЮГА  БУ-75БР

 

Все вертлюги имеют принципиально общую конструкцию. Вертлюг состоит из двух узлов - система вращающихся и невращающихся деталей. Невращающаяся часть вертлюга подвешивается к подъёмному крюку, а к вращающейся части вертлюга – бурильная колонна.

К невращающимся деталям относятся: корпус вертлюга, крышка, отвод, штроп. Вращающиеся детали: ствол вертлюга, переводник, сальниковый и подшипниковые узлы.

 

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

 

Корпус вертлюга представляет собой полую отливку  из низколегированной или углеродистой стали (35Л и др.) с наружными боковыми карманами для штропа. Внутренняя полость отливки разделена по высоте горизонтальной перемычкой, служащей опорной поверхностью основного упорного подшипника ствола и усиленной для жесткости вертикальными ребрами.

Конструкция опорных  поверхностей подшипников в корпусе  вертлюга должна исключать возможность  нарушения её перпендикулярности относительно оси ствола, так как это ведёт  к преждевременному износу основной опоры.

Между стенками корпуса и опорной плитой предусматриваются каналы для обеспечения циркуляции смазки при вращении ствола. Штроп имеет дугообразную форму и круглое поперечное сечение.

При конструировании  корпуса весьма важно обеспечить максимально возможное расстояние между осью шарниров штропа и опорой, что позволяет достичь большой стабильности оси ствола при вращении и смещения центра массы вертлюга к нижней крышке. Такое решение снижает риск изгиба ведущей трубы при её установке в шурф и подъёме из него. В некоторых вертлюгах к корпусу приваривают или укрепляют на болтах кронштейны с резиновыми амортизаторами, предохраняющими корпус от ударов штропов. Вертлюги с амортизаторами должны иметь несколько увеличенную ширину.

На высаженных концах штропа рассчитываются отверстия для пальцев, соединяющих штроп с корпусом вертлюга. Пальцы устанавливаются в горизонтальных расточках карманов и корпуса и предохраняются от выпадения и поворотов стопорной планкой, которая входит в торцевой паз пальца и приваривается к корпусу вертлюга. При отводе ведущей трубы в шурф штроп вертлюга отклоняется от вертикали и занимает положение, удобное для разъединения и соединения его с крюком талевого механизма. Угол поворота штропа ограничивается стенками карманов корпуса вертлюга и не превышает 45º. Пальцы штропа имеют смазочные канавки и отверстия с резьбой для пружинных масленок. Резьба смазочных отверстий используется для завинчивания болтов, с помощью которых производится распрессовка пальцев вертлюга.

Штропы вертлюгов  изготавливают из низколегированных конструкционных сталей марок 40ХН, 40ХНМА, 38ХГН, 30ХГСА и др. по ГОСТ 4543-81 [2]. Штропы изготавливают методом свободной ковки с высадкой и прошивкой пружин. Механической обработке подвергаются только отверстия и торцевые поверхности проушин.

Для получения равнопрочной конструкции диаметр штропа на наклонном прямолинейном участке обычно увеличивают в направлении к дуговой части с отношением наибольшего и наименьшего диаметров до 1,4. Изгибающий момент имеет максимум в сечении перегиба. Для обеспечения необходимой прочности и жесткости штропа с учетом износа его дуговая часть выполняется эллиптического сечения. В вертлюгах малой грузоподъёмности штропы для упрощения изготавливают кругового сечения.

Штроп вертлюга изнашивается по отверстиям проушин  и внутреннему радиусу дуговой части. Для защиты проушин от износа применяют сменные втулки. При проектировании диаметр штропа иногда увеличивают на 15-20% с учетом износа.

В корпусе вертлюга на упорных и радиальных подшипниках  вращается ствол с переводником для соединения вертлюга с ведущей трубой бурильной колонны. Ствол вращается с частотой бурового раствора и испытывает нагрузки, создаваемые бурильной колонной и промывочной жидкостью, нагнетаемой в скважину.

Ствол вертлюга – наиболее нагруженная и ответственная деталь. На ствол действует растягивающая сила, изгибающий момент и внутреннее давление. Ствол также подвержен усталостному и абразивно-эрозионному износу по внутренней поверхности канала и механическому износу в зоне контакта с уплотняющими кольцами.

Стволы изготавливаются  из конструкционных низколегированных  сталей перлитного класса марок 40Х, 40ХН, 38ХГН, 38ХВА, 34ХН1М по ГОСТ 4543-81 и др. Заготовки стволов получают свободной  ковкой, причем грибовидный опорный  фланец выполняется за одно целое  со стволом. Ствол подвергается закалке с последующим отпуском до твердости 280-320 НВ.

Снаружи и внутри ствол подвергают механической обработке, посадочные поверхности и переходные участки шлифуют. Наружные и внутренние поверхности канала должны быть сосны  и иметь минимальную разностенность, а также жесткими для обеспечения равномерного распределения напряжений по сечениям. Биение посадочных шеек подшипников и перпендикулярность плоскости опорного фланца к оси вращения ствола должны оговариваться допусками, величину которых рассчитывают или выбирают по нормам завода-изготовителя.

Диаметр канала ствола определяется скоростью потока промывочной жидкости. Во избежание  абразивного износа эта скорость должна быть более 6 м/с. Канал не должен иметь резких пережимов и расширений. Увеличение диаметра канала влечет за собой увеличение его наружного диаметра, что снижает долговечность уплотнительных устройств. Длину ствола выбирают с учетом возможности многократной нарезки изношенной левой внутренней замкнутой резьбы, выполненной по ГОСТ 5286-75, служащей для соединения с ведущей трубой. Для предохранения резьбы от износа применяют предохранительные переводники. Участки ствола, контактирующие с верхними и нижними уплотнительными манжетами, защищают от износа втулками или удлиненным внутренним кольцом подшипников. Втулки шлифуют и термически обрабатывают до 45-50 HRC.

Опоры ствола вертлюга воспринимают нагрузки, обеспечивают свободное вращение ствола и его  фиксацию от радиальных и осевых перемещений. В качестве главной опоры в вертлюгах применяют подшипники упорные или ударно-радиальные в последнем случае или воспринимаются также радиальные нагрузки и центрируется ствол в корпусе.

Для работы при  высоких частотах вращения подшипники имеют массовые стальные или бронзовые  сепараторы. Штампованные сепараторы и бессепараторные конструкции применяются редко.

Основные опоры  вертлюгов являются элементами, лимитирующими  их работоспособность. При эксплуатации они испытывают разнообразные повреждения: выкрашивание, отслаивание, усталостные трещины, осповидный износ на поверхностях тел качения и колец, образование подповерхностных трещин, приводящих к контактно-усталостным разрушениям.

Устранение  проскальзывания тел качения  по кольцам и снижение контактных напряжений уменьшают вероятность  контактного окатывания и повышают долговечность основной опоры.

Лучше из этих упорных  подшипников – роликовые сферические  с бочкообразными роликами, обеспечивающие более равномерное распределение  нагрузки, в результате чего снижается  износ внешних торцов роликов и колец подшипника. Однако вследствие сложности изготовления эти подшипники применяют весьма ограниченно. В обычных конических роликоподшипниках бурт кольца и торцы роликов сильно изнашиваются под действием центробежных сил, возникающих в роликах при вращении ствола.

Выбор того или  иного радиального подшипника определяется конструктивными соображениями  и возможностями использования  стандартных подшипников.

Более удачный  вариант крепления радиального  и упорного вспомогательного подшипников, когда они оба центрируются в расточке крышки одного диаметра и обеспечивают их сложность. Эти конструкции не только проще, но и обеспечивают лучшие условия работы ствола. Регулировка упорного подшипника осуществляется прокладками между крышкой и корпусом, что проще и лучше, чем гайкой, так как при этом заранее можно проконтролировать необходимый зазор в подшипнике и установить прокладку нужной толщины, а при фиксации гайкой подшипник может быть пережат, чего не следует допускать во избежание ускоренного износа, перегрева и закаливания.

В качестве основных опорных подшипников в вертлюгах, рассчитанных на большие нагрузки, чаще всего применяют роликовые  подшипники с коническими роликами. Подшипники с цилиндрическими роликами применяются реже.

Для вспомогательных  опор вертлюгов обычно применяют упорные шариковые или роликовые подшипники. В качестве радиальных опор используют однорядные радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими, иногда и с игольчатыми роликами.