Вопрос 5.2. Талевая система

Тема 5ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РЕМОНТА СКВАЖИН

Вопрос 5.1. Классификация видов ремонта и операций в скважинах

Цикл эксплуатации нефтяной скважины состоит из следующих последовательно выполняемых процессов:

а) отбор пластовой жидкости, т. е. эксплуатация скважин;

б) поддерживание технологического режима эксплуатации сква­жин - подземный и капитальный ремонты, гидравлический разрыв, промывка, кислотная обработка призабойной зоны и т. д.

Подземный ремонт скважин подразделяется на текущий и капи­тальный. К текущему относятся работы, связанные с ремонтом из­влекаемого подземного оборудования: колонны штанг, труб, насоса и т. д. Капитальный ремонт скважин включает сложные работы, свя­занные с ремонтом обсадной колонны и воздействием на пласт.

Все операции, составляющие процесс подземного и капитально­го ремонта скважин, выполняются при помощи подъемников, вышек или мачт, специализированного оборудования для очистки труб, про­мывки скважин, обработки призабойной зоны пласта, инструментов для выполнения ручных операций, а также средств механизации.

Все процессы подземного ремонта (рис.5.1.) обязательно включа­ют в себя транспортные, спускоподъемные и заключительные опера­ции. В балансе времени примерно 80 % приходится на указанные опе­рации и 20 % на остальные.

Таким образом, совершенно разные по назначению нефтепромыс­ловые процессы имеют много общего по составляющим операциям.

Мачты подъемных установок двухсекционные, телескопические с открытой передней гранью изготовлены из трубного проката. В ра­бочее положение сложенная мачта устанавливается гидравлически­ми домкратами, выдвижение верхней секции производится вспомо­гательной лебедкой агрегата через систему тросов. Мачта устанавли­вается с наклоном 4...6°. Устойчивость мачты обеспечивается двумя силовыми оттяжками, нижние концы которых закреплены на бампе­ре и четырьмя ветровыми оттяжками, закрепленными на якорях, рас­положенных по углам квадрата со стороной 28 м.

Для уменьшения натяжения каната, наматываемого на барабан лебедки подъемника, которым осуществляются спускоподъемные

-250-

операции при ремонте скважин, применяют талевую систему, пред­ставляющую обыкновенный полиспаст. Уменьшение натяжения ка­ната достигается, таким образом, за счет уменьшения скорости спус­ка или подъема груза.

-251-

Талевая система состоит из неподвижной части - кронблока, ус­танавливаемого на вышке или мачте, и подвижной части - талевого блока.

Шкивы кронблока и тальблока попеременно огибает талевый ка­нат, один конец которого направляется к барабану лебедки, на кото­ром его закрепляют, а другой конец, называемый «мертвым», прикреп­ляют к верхней серьге талевого блока либо рамному брусу вышки или боковой стенке станины лебедки.

Кронблоки эксплуатационные являются неподвижной частью талевой системы.

Кронблоки КБН предназначены для работы в районах с умерен­ным климатом, типа КБ - в умеренном и холодном климате.

Последние изготавливаются двух видов:

- исполнение I - для передвижных подъемных установок и стаци­онарных эксплуатационных мачт;

- исполнение II - с подкронблочной рамой для стационарных экс­плуатационных вышек.

В зависимости от грузоподъемности кронблоки выпускаются с различным числом канатных шкивов, устанавливаемых на подшип­никах качения. Конструктивно кронблоки всех грузоподъемностей

Рис. 5.2. Кронблок:

1 - траверса; 2 - шкив; 3 - бурт; 4 - ось; 5 - кожух; 6 – рама

-252-

не отличаются друг от друга. Шкивы у всех кронблоков расположе­ны на одной неподвижной оси, покоящейся на опорах и закреплен­ной стопорными болтами. Канатные шкивы, посаженные на ось на двух роликоподшипниках, разделяются друг от друга стопорными кольцами.

Во избежание перемещения шкивов вдоль оси кронблока после­дняя имеет с одной стороны бурт, а с другой - навинченную на резьбу оси круглую гайку со стопорной шайбой.

Смазка к роликоподшипникам поступает через продольное свер­ление внутри оси, которое связано радиальными сверлениями с по­лостью подшипников. Выходы продольного канала на концах оси зак­рываются шестигранными резьбовыми пробками. Шкивы снабжены крышками, предотвращающими вытекание смазки и попадание гря­зи в подшипники.

Шкивы кронблоков закрыты быстросъемными ограждением и кожухом. Ограждение кронблока предотвращает соскальзывание талевого каната со шкивов.

Талевые блоки - подвижная часть талевой системы при спуско-подъемных операциях, предназначены для работы в районах с уме­ренным климатом (тип БТН) и с умеренным

и холодным климатом

Рис. 5.3. Талевый блок:

1 - щека; 2 - боковой кожух; 3 - ось шкивов; 4 - подшипник; 5 - шкив; 6 - серьга

-253-

Талевые блоки всех типоразмеров (конструктивно отличающие­ся друг от друга только числом канатных шкивов) представляют со­бой канатные шкивы, насаженные на роликоподшипниках на ось, неподвижно установленную в двух щеках, закрепленных гайкой. Ка­натные шкивы на оси отделены друг от друга распорными кольцами.

Подшипники смазываются индивидуально через продольное и радиальное отверстие в оси. На торцах оси выходы продольного канала закрыты пробками. По аналогии с кронблоками канатные шкивы талевого блока имеют боковые крышки, предохраняющие от попадания грязи и вытекания смазки.

К нижней части щек подвешена серьга для соединения с крюком, в верхней части щеки соединены траверсой, служащей для транспор­тировки талевого блока.

Канатные шкивы закрыты откидными, съемными кожухам и с прорезями и имеют ограничители, предохраняющие от соскаки-вания талевого каната.

Конструкция талевых блоков позволяет использовать их и в крюкоблоках, применяемых на подъемных установках. В этом случае серь­га снимается и щеки талевого блока соединяются непосредственно с подвеской крюка.

Крюки подъемные эксплуатационные относятся к подвижной части талевой системы, предназначены для подвешивания на них штропов, трубных или штанговых элеваторов, вертлюгов и других приспособлений при монтаже, демонтаже наземного оборудования.

Крюки КН предназначены для работы в районах с умеренным климатом, а КР - для умеренного и холодного климата.

Крюки изготавливаются двух типов: однорогие (исполнение а) грузоподъемностью до 20 т и трехрогие (исполнение б) грузоподъем­ностью 32 т и более.

Крюк состоит из рога, подвески и серьги.

Рог кованый включает сменное седло с защелкой для фиксирова­ния при спускоподъемных операциях. Вогнутая цилиндрическая по­верхность седла соответствует размеру сопрягаемого с ним штропа элеватора или серьги вертлюга.

Подвеска, соединяющая рог крюка с серьгой, состоит из литого стального корпуса, амортизирующей пружины, ствола, установлен­ного на упорном подшипнике. Конструкция подвески допускает сво­бодное вращение рога крюка со стволом как под нагрузкой, так и без нагрузки. Амортизационная пружина и упорный подшипник поме­щены внутри корпуса и закрыты крышкой для предохранения их от атмосферных осадков и загрязнения.

На боковые рога крюка подвешиваются удлиненные штропы для захвата элеватора балочного типа через проушины.

-254-

С помощью серьги крюк подвешивается к талевой системе.

В крюкоблоке удлиненные щеки талевого блока крепятся непос­редственно в карманы корпуса крюка с помощью пальцев.

Оснастка талевой системы - это последовательность навивки каната на шкивы кронблока и талевого блока исключающая трение ветвей друг о друга. Оснастка определяется числом шкивов, находя­щихся в работе (рис. 5.5.).

Если «мертвый» конец каната закрепляется на низ вышки, то под­нимаемый груз распределяется на 2 z струн каната, если же «мертвый» конец закрепляется на подвижный блок, то груз распределяется на 2 z + 1 струн, где 2 - число подвижных шкивов талевого блока.

Расчет талевой системы рассмотрим исходя из рис. 5.5 с подве­шенным грузом в состоянии покоя. Примем следующие обозначения: Q - нагрузка на крюк с учетом веса подвижной части талевой системы;

-255-

Р_x - натяжение ходового конца каната, набегающего на барабан ле­бедки; P₁, Р₂, Р₃,...,Р_п - натяжения в отдельных струнах талевого каната; Р_м - натяжение «мертвого» конца каната; η- КПД канатного

шкива; - коэффициент сопротивления шкива; п - число струн подвижных шкивов.

При подъеме или спуске груза (инструмента) нагрузка распреде­ляется между отдельными струнами неравномерно вследствие тре­ния в системе и жесткости каната. При подъеме максимальное натя­жение будет в ходовом конце каната, а минимальное в «мертвом». Усилия в других струнах определятся следующим образом:

(5.1)

Усилие в ходовом конце определится по формуле:

(5.2)

Усилие в «мертвом» конце определится по формуле:

(5.3)

Общий коэффициент полезного действия талевой системы опре­делится по формуле:

(5.4)

При спуске груза натяжения в струнах каната талевой системы перераспределяется в порядке, обратном подъему. При расчетах та­левой системы обычно принимают

η = 0,97.

Для оснастки талевой системы применяют стальные канаты диамет­ром 16,5...22,5 мм с пределом прочности на растяжение 1400...1900 МПа.

Канаты, применяемые при подземном ремонте, свиваются на канатовьющих машинах из светлой или оцинкованной проволоки вы-

-256-

сокой прочности. Проволоки свиваются в пряди, а пряди свивают в канат вокруг органического или металлического сердечника.

Канаты (рис. 5.6) выполняют с линейным касанием проволок в прядях и с проволоками одинакового диаметра, а канаты (рис. 5.7) — с точечным касанием отдельных проволок между слоями прядей; про­волоки могут быть одинакового и разного диаметра.

По роду свивки канаты подразделяются на обыкновенные и нерас­кручивающиеся, по направлению свивки верхнего слоя проволок - на канаты правой и левой свивки, а по виду свивки - на канаты кресто­вой односторонней и комбинированной свивки. Если пряди в отвес­ном канате идут слева вверх направо, то они имеют правую свивку, а если идут справа вверх налево - левую свивку.

Расчет каната ведется на сложное сопротивление, учитывающее совместное действие растяжения и изгиба. При этом вначале выби­рают канат, по разрывному усилию исходя из усилия в ходовом кон­це каната.

(5.5)

где К - коэффициент запаса прочности, который принимается рав­ным 4...5.

Напряжение от растяжения определяют по формуле:

(5.6)

где - диаметр проволоки в канате в м;

i - количество проволок в канате.
Напряжение изгиба можно определить по формуле:

(5.7)

где Е - модуль упругости материала проволоки, равный 2,1 · 10¹¹ Па;

D — диаметр шкива кронблока

-257-

Суммарное напряжение от растяжения и изгиба:

(5.8)

Запас прочности K определяется из соотношения:

(5.9)

где - предел прочности материала проволоки при растяжении в МПа.

Дата добавления: 2014-11-06