Содержание:
1. Введение
1.1 Система верхнего привода (СВП)1.2 Описание конструкции СВП
1.3 Историческая справка1.4 Зарубежные производители систем верхнего привода
1.4.1 Модели Верхнего Привода TESCO
1.4.2 Модели Верхнего Привода Canrig DrillingTechnology
1.4.3 Модели Верхнего Привода National OilwellVarco
1.5 Рынок систем верхнего привода в России
1.5.1 Система верхнего привода: ЗАО «Уралмаш- Буровое оборудование»
1.5.2 Модели верхнего привода «ПромТехИнвест»
2. Обоснование проекта разработки СВП
2.1 Область применения СВП
2.2 Основания дляразработки редукторного СВП
2.3 Технические требования к СВП
2.4 Требования по эргономике и техническойэстетике
3. Расчет редуктора СВП
3.1 Преимущества и недостатки электрических игидравлических приводов
3.2 Кинематическая схема привода
3.2.1 Энерго-кинематический расчет
3.2.2 Разбивка общего передаточного отношения по ступенямредуктора
3.3 Проектирование валов редуктора.
3.3.1 Проектировочный расчет валов
3.3.2 Реакции в опорах валов
3.4 Проверочный расчёт вала
3.5 Расчет вала на жесткость
3.6 Расчет подшипников
3.7 Расчет шлицевых соединений
3.8 Расчет на прочность зубчатых цилиндрическихпередач
3.8.1 Расчет на контактную выносливость
3.9 Проверочный расчеткорпуса редуктора методом конечных элементов
4. Технологическая часть4.1 Описание детали4.2 Основные технические требования4.3. Способ получения заготовки4.4 Укрупненный технологический процессизготовления детали5. Экономическая часть5.1 Преимущества использования СВП в буровыхработах
5.2 Эксплуатационные преимущества СВП
6. Охрана труда и техника безопасности
6.1 Меры безопасности
6.2 Общие указания
6.3 Порядок технического обслуживания изделия
Заключение
Литература
1. Введение
Россия — второй в мире продавец «черного золота». Удельный вес нефти во всем российскомэкспорте в прошлом году составил 34,6%. По официальным данным, вкладнефтегазового комплекса в создании ВВП с учетом трубопроводного транспортасоставляет 25%, а на весь промышленный сектор страны без нефти и газа — 15%. Внынешнем виде доходная часть бюджета формируется на половину из денег нефти игаза. Еще четыре года назад этот показатель был вдвое меньше (23,4%). Поднефтегазовыми деньгами подразумеваются поступления от пошлин и налогов, в томчисле, на прибыль нефтегазовых компаний, дивиденды нефтяных компаний по акциям,принадлежащим государству, доходы от деятельности государственных нефтяныхкомпаний, работающих за рубежом. А все сверхприбыли отрасли оседают вСтабфонде. В прошлом году, по словам министра финансов РФ Алексея Кудрина, 70%нефтяных поступлений ушло в Стабфонд. В этом году туда попадет уже 74,4%. А в2009 — 67,1%.
В современныхусловиях минерально-сырьевой сектор экономики (прежде всего — нефтегазоваяпромышленность) перестал быть «простым» в технологическом отношении. Добычасырьевых ресурсов ведется с использованием постоянно усложняющихся технологий,в создание которых вкладываются многие миллиарды долларов и над которымиработают интеллектуальные силы многих стран мира. Поэтому можно с полнойуверенностью утверждать, что с каждым годом нефть, газ и другие сырьевыепродукты становятся во все большей степени продуктами наукоемкими.
Опыт работывертикально интегрированных нефтяных компаний во всем мире свидетельствует оключевом значении нефтедобычи в их деятельности. При этом развитие ирентабельность нефтедобычи определяются, в первую очередь, достигнутымтехнологическим уровнем и внедряемыми научно-техническими новшествами. От нихнепосредственно зависят рациональность разработки месторождений, издержки вдобыче нефти и другие факторы долгосрочной рентабельности.
Технологическийуровень нефтедобычи должен рассматриваться как стратегический фактор,определяющий конкурентные преимущества нефтяной компании. Это положение особенноважно для российских нефтяных компаний, в которых за последнее десятилетиенакопилось серьезное технологическое отставание, прямо угрожающее потерями нетолько международных, но и внутрироссийских конкурентных позиций.
Дляэффективного освоения ТИЗ в настоящее время необходимо разработать и внедритьряд инновационных проектов, среди которых приоритетными (применимыми длянаибольшего числа ТИЗ) являются те, что основаны на современных технологиях.Речь идет, прежде всего, о разработке месторождений с использованиемгоризонтальных и разветвленных скважин, бурением горизонтальных стволов изстарых скважин и т.п.
Задачаповышения технологического уровня требует от нефтяных компаний формированияновой научно-технической политики. Последняя должна основываться на следующихпринципах: ориентация на крупномасштабное внедрение высокоэффективныхтехнологий мирового класса; сочетание закупок передовых зарубежных технологий смаксимальным использованием потенциала российских технологических и техническихразработок мирового уровня; содействие НИОКР, проектным разработкам (с цельюадаптации этих технологий к условиям компании) и широкому внедрению наукоемкихвидов технико-технологической продукции
Ядром политики технического перевооружения должен статькомплекс принципиально новых, прорывных технологий. Наибольшеераспространение получили технологии строительства горизонтальных скважин.Только в США сегодня ежегодно строят до 1000-1500 таких скважин в год и вближайшее время могут вообще отказаться от строительства вертикальных скважин вэксплуатационном бурении. Новые технологии, основанные на методегоризонтального бурения, произвели настоящую революцию в практике и теориимировой нефтедобычи, но, к большому сожалению, этот метод у нас пока не нашелдолжного развития. Достижения технологии горизонтального бурения сделаливозможным разбуривание шельфовых месторождений нефти и газа с берега, безстроительства дорогостоящих морских оснований и платформ.
Необходимымитехническими и технологическими элементами такого бурения помимо системыизмерений в процессе бурения, алмазных и поликристаллических долот,гидравлических забойных двигателей объемного типа, специальных стабилизаторов игидравлических толкателей являются системы верхнего привода (СВП).
1.1 Система верхнего привода
Системаверхнего привода (СВП) в последнее время становится наиболее популярнымспособом бурения нефтяных и газовых скважин. Этой системой оборудуются какимпортные, так и отечественные буровые установки. Такие установки используются,например, на Каспийском шельфе в Астрахани.
Из зарубежных компаний, выпускающих верхний привод, наиболееизвестными являются американская «Varco» и канадская «Canrig». Компания «Varco»выпускает несколько систем верхнего привода TDS (Top Drive Sistem), позволяющихвыполнять операции как с бурильными, так и с обсадными трубами.
СВП являютсяпринципиально новым типом механизмов буровых установок, обеспечивающихвыполнение целого ряда технологических операций. В принципе верхний приводпредставляет собой подвижной вращатель с сальником-вертлюгом, оснащенныйкомплексом средств механизации СПО- силовой вертлюг.
СВП буровыхустановок получили широкое распространение в мировой практике. СВП обеспечиваетвыполнение следующих технологических операций:
· вращениебурильной колонны при бурении, проработке и расширении ствола скважины;
· свинчивание,докрепление бурильных труб;
· проведениеспуско-подъемных операций с бурильными трубами, в том числе наращиваниебурильной колонны свечами и однотрубками;
· проведениеопераций по спуску обсадных колонн;
· проворачиваниебурильной колонны при бурении забойным двигателями;
· промывкускважины и проворачивание бурильной колонны при СПО;
· расхаживаниебурильных колонн и промывку скважины при ликвидации аварий и осложнений.
1.2 Описание конструкции СВП
Подвижнаячасть СВП состоит из вертлюга-редуктора, который на штропах подвешен натраверсе талевого блока.
На крышкевертлюга-редуктора установлены два гидромотор. Выходной вал гидромотора припомощи шлицов соединен с быстроходным валом редуктора. На одном из гидромоторовустановлен гиротормоз для торможения бурильной колонны. К корпусу вертлюга — редуктора крепится рама, через которую передается крутящий момент нанаправляюще устройство, с него — на вышку.
Трубныйманипулятор может разворачивать элеватор в нужную сторону: на мостки, на шурфдля наращивания или в любую другую сторону при необходимости.
Трубный зажимслужит для захвата и удержания от вращения верхней муфты трубы во времясвинчивания (развинчивания) с ней ствола вертлюга.
Междуниппелем и стволом вертлюга навернут ручной шаровой кран для неоперативногоперекрытия внутреннего отверстия ствола вертлюга. Для оперативного перекрытияотверстия ствола вертлюга перед отводом установлен внутренний превентор(двойной шаровой кран), который одновременно служит для удержания остатковпромывочной жидкости после отвинчивания бурильной колонны.
Вертлюжнаяголовка служит для передачи рабочей жидкости с невращающейся части системыверхнего привода на вращающуюся часть и позволяет не отсоединять гидравлическиелинии, когда трубный манипулятор вращается с бурильной колонной при бурении,при проработке скважины или позиционировании механизма отклонения штроповэлеватора.
Системаотклонения штропов предназначена для отвода и подвода элеватора к центрускважины. Система отклонения штропов представляет собой штропы, подвешенные набоковых рогах траверсы. К штропам крепятся гидроцилиндры отклонения штропов.
При бурениискважин на нефть и газ силовой вертлюг выполняет функции крюка, вертлюга,ротора, механических ключей. При его пользовании не нужна бурильная ведущаятруба и шурф под нее, а также намного облегчается труд помощника бурильщика,поскольку элеватор механически подается в необходимую позицию. Вместонаращиваний одиночками можно наращивать бурильную колонну трёхтрубными свечами.
Главнаяособенность СВП — возможность монтировать его в любое время проводки скважины,практически не прерывая бурения.
Основнойнедостаток существующих конструкций силовых вертлюгов — высокая стоимость.
1.3 Историческаясправка
Весь прошлыйвек нефтяники и газовики работали квадратом и ротором. Бурильная колонна сквадратом, несмотря на все его минусы, до сих пор обычное явление на буровой.В 1983 г. на смену классическому способу вращения буровой колонны при помощью Келли-штанги пришлибуровые машины (DDM – Derrick Drilling Machine). Первая установка под названиемDDM 650 DC была выпущена компанией Aker Kvaerner в 1984 г. Она имела электрический привод постоянного тока и грузоподъемность 650 т и предназначаласьдля морских буровых платформ. Дальнейшее развитие этой системы привело кпоявлению гидравлического верхнего привода на установке DDM HY 500/650,выпущенной в 1987 году. Вследствие необходимости увеличения крутящего момента в 1989 г. были разработаны двухприводные установки: DDM 500/650 EL и DDM 650 HY.В 1993 году на рынке появилась 2-х приводная установка DDM 650 EL«Frontier», обладающая мощностью 2100 л.с. и крутящим моментом 8800 Нм. По неофициальным данным один из покупателей использовал«Frontier» для бурения скважины глубиной 12000 м.К 1996 г. способ бурения верхним приводом стал основным методом бурения морских скважин. Значительнаячасть скважин на суше сейчас также бурится с применением СВП. Для продвиженияСВП на новые рынки по всему миру компанией Maritime Hydraulics был разработанпортативный СВП. Для малогабаритных скважин («slim-hole») разработанпортативный СВП, обеспечивающий высокоскоростное (600 об./мин.) бурение.
Методверхнего привода, первоначально разработанный американскими специалистами,изменил жизнь буровой бригады, во многом облегчая ее работу. Верхний приводпозволяет провернуть бурильную колонну в нужном направлении, в каком быположении она не находилась. Кроме того, процесс бурения верхним приводомисключает необходимость использования дополнительных манипуляций идополнительных инструментов при буровых работах. СВП предназначена для быстройи безаварийной проводки вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальныхскважин при бурении, совмещая в себе функции вертлюга и ротора. Системаверхнего привода в последнее время становится наиболее популярным способомбурения нефтяных и газовых скважин. Применение СВП предусмотрено новымиправилами безопасности в нефтяной промышленности при условии, что длинагоризонтального участка составляет более 300 метров. СВП обеспечивает безаварийное быстрое бурение вертикальных и горизонтальных скважин. СВПоснащается комплексом устройств для выполнения спускоподъемных операций.
СистемаВерхнего Привода обеспечивает:
· Вращение бурильной колонны при бурении, спуско-подъемныхоперациях, проработке и расширке ствола скважины методом«сверху-вниз» и «снизу-вверх»;
· Свинчивание, закрепление, раскрепление и развинчивание бурильных колонн.Закрепление трубных соединений с контролируемым оператором моментом
· Проведение спуско-подъемных операций;
· Проведение операций по спуску обсадных колонн;
· Наращивание бурильной колонны свечами и однотрубками;
· Проворачивание бурильной колонны при бурении забойным двигателем;
· Промывку скважин;
· Расхаживание с промывкой бурильных колонн при ликвидации аварий иосложнениях.
· Подачу свечей бурильных труб к гребенке полатей верхового;
· Проводить необходимые работы на шурфе.
· Дистанционное управление системой выдвижения, задвижкой и элеватором;
· Полностью реверсируемая работа.
Основныепреимущества СВП:
· сокращение объема и времени вспомогательных операций (например, наращиваниетруб при бурении);
· расширение ствола скважины при спуске и подъеме инструмента;
· повышение точности проводки скважин при направленном бурении;
· снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну;
· облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счетвращения и промывки;
· повышение безопасности буровой бригады;
· сокращение сроков бурения и, в целом, строительства скважин.1.4 Зарубежные производителисистем верхнего привода
ПроизводителиСВП достаточно хорошо известны по всему миру. Из наиболее крупных можно назватьтранснациональную корпорацию Aker Kvaerner, американскую компанию CanrigDrilling Technology, американскую корпорацию National Oilwell Varco (появиласьв результате слияния компаний National Oilwell и Varco Drilling Equipment),итальянскую компанию Drillmec (раньше в составе корпорации Trevi Groupпроизводством СВП занималась другая итальянская компания – Soilmec) и др.
НоменклатураСВП, производимых этими компаниями, широка и используется на буровых российскихкомпаний «Черноморнефтегаз», «Роснефть», «Уренгойгазпром»,«Газпром», ЛУКОЙЛ, «Сибнефть», «БК-Евразия» и других.
Американскаякомпания TESCO в начале 1990-х первая начала производить и сдавать в арендусистемы верхнего привода для наземных буровых установок, хотя в России системыпроизводства TESCO стали распространяться несколькими годами позжеконкурирующих.
1.4.1 МоделиВерхнего Привода TESCO
КорпорацияTESCO – мировой лидер по разработке базирующихся на инновационных технологияхрешений для высокотехнологичных отраслей энергетической промышленности.
Электрическийверхний привод с полным набором функций для применения на небольших А-образныхмачтах буровых установок. Верхний привод EMI является наиболее компактным изпредлагаемой TESCO серии электрических верхних приводов.
Предназначендля использования на небольших А-образных мачтах и мачтах с открытой переднейгранью. Верхний привод EMI обеспечивает характеристики и функции трубногоманипулятора, необходимые для бурения и капремонта скважин.
Верхнийпривод EMI работает на одном синхронном двигателе на постоянных магнитах и сжидкостным охлаждением (КаманРА44). Этот двигатель весит всего 180 кг, развивает мощность 450 л.с. и обеспечивает новый уровень надежности, долговечности и удельноймощности. Система EMI работает с использованием автономной системыэлектропривода / системы охлаждения. Система привода не нарушаетэлектроснабжение буровой установки и сконструирована для продолжительнойэксплуатации в жестких условия.
Характеристика
Значение 1 Производитель TESCO 2 Наименование EMI 400 3 Тип ВСП 4 Грузоподъемность, не менее, короткая тонна 250 5 Грузоподъемность, не менее, т 227 6 Привод Электрический 7 Максимальный крутящий момент, Нм (кг*м) 28470 (2903) 8 Максимальная скорость (частота) вращения выходного вала, рад/сек. (об./мин.) 20,9 (200) 9 Выходная мощность привода, кВт (л.с.) 298 (400) 10 Масса изделия общая, не более, кг 6204 11 Габаритные размеры основных составных частей, не более, мм: подвесная часть (без направляющей балки) 6426х1130
1.4.2Модели Верхнего Привода Canrig Drilling Technology
КомпанияCanrig Drilling Technology является одним из лидирующих мировых поставщиковсистем бурения верхнего привода для добычи нефти и газа. Компания производит,продает и обслуживает полный диапазон портативных и стационарных системверхнего привода для большинства буровых вышек, расположенных на суше и наморе.
Сегодняоборудование компании Canrig работает на всех основных мировых нефтегазовыхместорождениях. Компания постоянно превосходит ожидания своих клиентов,обеспечивая их безупречной продукцией и незамедлительным сервисом, чтовыдвинуло Canrig на передовой фронт индустрии систем бурения верхнего привода.
CanrigDrilling Technology •4017H
Характеристика
Значение 1 Производитель Canrig Drilling Technology 2 Наименование 4017H 3 Тип ВСП 4 Грузоподъемность, не менее, короткая тонна 175 5 Грузоподъемность, не менее, т 159 6 Привод Гидравлический
CanrigDrilling Technology •6027E
/> Характеристика Значение 1 Производитель Canrig Drilling Technology 2 Наименование 6027E 3 Тип ВСП 4 Грузоподъемность, не менее, короткая тонна 275 5 Грузоподъемность, не менее, т 249 6 Привод Электрический 7 Максимальный крутящий момент, Нм (кг*м) 40700 (4150) 8 Максимальная скорость (частота) вращения выходного вала, рад/сек. (об./мин.) 20,9 (200) 9 Масса изделия общая, не более, кг 8164
1.4.3Модели Верхнего Привода National Oilwell Varco
Американскаякомпания National Oilwell Varco – мировой лидер в разработке, производстве ипродаже оборудования и комплектующих для применения в сфере бурения скважин ипроизводства нефти и газа, технического обеспечения и надзора, а также услугипо организации цепи поставок для крупных организаций нефтегазовой индустрии.
NationalOilwell Varco •IDS-350P
Характеристика
Значение 1 Производитель National Oilwell Varco 2 Наименование IDS-350P 3 Тип ВСП 4 Грузоподъемность, не менее, короткая тонна 386 5 Грузоподъемность, не менее, т 350 6 Привод Электрический 7 Максимальный крутящий момент, Нм (кг*м) 40675 (4148) 8 Максимальная скорость (частота) вращения выходного вала, рад/сек. (об./мин.) 20,9 (200) 9 Выходная мощность привода, кВт (л.с.) 522 (700) 10 Исполнение для условий эксплуатации при: температура окружающего воздуха, °С от -20 до +45 11 Примечание Portable
NationalOilwell Varco •TD-250P
Характеристика
Значение 1 Производитель National Oilwell Varco 2 Наименование TD-250P 3 Тип ВСП 4 Грузоподъемность, не менее, короткая тонна 276 5 Грузоподъемность, не менее, т 250 6 Привод Гидравлический 7 Максимальный крутящий момент, Нм (кг*м) 28470 (2903) 8 Максимальная скорость (частота) вращения выходного вала, рад/сек. (об./мин.) 20,9 (200) 9 Выходная мощность привода, кВт (л.с.) 298 (400) 10 Габаритные размеры основных составных частей, не более, мм: подвесная часть (без направляющей балки) 4114х864 11 Примечание Portable
1.5 Рыноксистем верхнего привода в России
Насегодняшний день, в России серийно СВП производит только одно отечественноепредприятие – это ЗАО «ПромТехИнвест», г. Санкт-Петербург. Из зарубежныхпроизводителей на внутреннем рынке, в основном, присутствуют три компании –Canrig, National Oilwell Varco и Tesco. Помимо упомянутых, на российском рынкедействует еще одна иностранная компания – Aker Kvaerner. Норвежцы поставляютСВП для разработки месторождений как на суше, так и на шельфе (например, насамоподъемной морской установке «Мурманская» в Карском море).
В целом,производство СВП в России зародилось сравнительно недавно, в начале 2000-хгодов. В 2002 году компания «Объединенные машиностроительные заводы» наплощадке «Уралмашзавода» продемонстрировала первый опытный образце СВПотечественного производства – СВП-320.
1.5.1Система верхнего привода: ЗАО «Уралмаш — Буровое оборудование»
Техническиехарактеристики:
Параметры
СВП-320 Допускаемая нагрузка, тс 320 Передаточное отношение редуктора 6,35
Крутящий момент для вращения бурильной колонны, кНм
Длительнодействующий
Кратковременный
41
62 Максимальная частота вращения при крутящем моменте 41 кНм, об/мин 157 Максимальная частота вращения, об/мин 236 Диапазон регулирования частоты вращения, % 0…100 Крутящий момент раскрепления, кНм 80 Максимальное давление нагнетания прокачиваемой жидкости (бурового раствора), МПа 40 Условный проход ствола, мм 75 Рабочее давление шаровых кранов (внутренних провенторов), МПа 70 Диаметры бурильных труб, мм 89, 102, 114, 127, 140, 146 Тип электродвигателя регулируемый, постоянного тока, с ручным управлением, с дистанционным управлением, во взрывозащищенном исполнении Номинальная частота вращения электродвигателя, об/мин 1000 Максимальная частота вращения электродвигателя, об/мин 1500 Мощность электродвигателя, кВт 750
1.5.2Модели верхнего привода «ПромТехИнвест»
(г.Санкт-Петербург)
Промышленныйвыпуск СВП на предприятии «ПромТехИнвест», по результатам успешных испытаний вОАО «Сургутнефтегаз», начался в 2003 году.
ПромТехИнвест- ПВГ-1600
Приводсиловой верхний с наземным гидроагрегатом ПВГ-1600 разработан ЗАО«ПромТехИнвест» совместно с ОАО «Электромеханика», предназначендля мобильных и стационарных буровых установок.
ПВГ-1600состоит из верхнего силового привода ВСП-1600, наземного гидроагрегатаНГА-1600, системы электрогидроуправления ЭГУ-1600, комплекта гидравлическихрукавов и трубопроводов, комплекта одиночного ЗИП. Характеристика Значение 1 Производитель ПромТехИнвест 2 Наименование ПВГ-1600 3 Тип ВСП 4 Грузоподъемность, не менее, короткая тонна 132 5 Грузоподъемность, не менее, т 120 6 Привод Гидравлический 7 Максимальный крутящий момент, Нм (кг*м) 15700 (1600) 8 Максимальная скорость (частота) вращения выходного вала, рад/сек. (об./мин.) 10,5 (100) 9 Выходная мощность привода, кВт (л.с.) 160 (220) 10 Масса изделия общая, не более, кг 12500 11 Масса подвесной части (без направляющей балки), кг 2500 12 Масса гидроагрегата, кг 6550 13 Масса направляющей балки с узлами крепления к мачте, кг 2800 14 Габаритные размеры основных составных частей, не более, мм: подвесная часть (без направляющей балки) 925х1205х4590 15 Габаритные размеры основных составных частей, не более, мм: направляющая балка 320х215х27130 16 Габаритные размеры основных составных частей, не более, мм: наземный гидроагрегат 4572х2286х2286 17 Перемещение вертлюга в поперечном направлении, не менее, мм 1160 18 Отклонение элеватора от вертикального положения штропов, не менее, мм 1420 19 Исполнение для условий эксплуатации при: температура окружающего воздуха, °С от -40 до +40 20 Исполнение для условий эксплуатации при: воздействие атмосферных осадков прямое 21 Исполнение для условий эксплуатации при: неразрушающая температура хранения, до, °С -60 22 Гарантийный срок эксплуатации, лет 1
2. Обоснование проекта разработки СВП
2.1 Область применения СВП
1.1.Разработать привод верхний гидравлический номинальной грузоподъемностью100 тонн (в дальнейшем ПВГ-100), предназначенный для комплектации мобильных буровыхустановки в соответствии с требованиями «Правил безопасности в нефтяной игазовой промышленности».
1.2. ПВГ-100 должен обеспечивать:
§ вращениебурильной колонны;
§ свинчиваниеи докрепление переводников с бурильной колонной;
§ бесступенчатую«азимутальную» ориентацию и удержание в заданном положении бурильной колонны;
§ подачу– перекрытие подачи бурового раствора в бурильную колонну;
§ созданиеи изменение крутящего момента;
§ торможениеи остановку вращения бурильной колонны;
§ горизонтальноеперемещение вертлюга с удержанием его соосно бурильной колонне приодновременных перемещениях вверх и вниз;
§ горизонтальноеперемещение элеватора механизмом подачи труб;
§ дистанционноеэлектрогидроуправление гидрооборудованием;
2.2 Основания для разработки редукторного СВП
Созданиеоборудования, позволяющего сократить объем и время вспомогательных операций,поднять эффективность наклонного и горизонтального бурения, повыситьбезопасность ведения буровых работ.
2.3Технические требования к СВП
2.1. Состав и требования к конструкции.
2.1.1. ПВГ-100 состоит из модуля исполнительных механизмов(подвесная часть), направляющей балки.
2.1.2. Подвесная часть с направляющей балкой выполняет функции вертлюга,ротора и трубного манипулятора. Состоит из:
§ привода,выполненного на базе гидромотора;
§ стволовойчасти, опорных подшипниковых узлов, воспринимающих вертикальные и поперечныенагрузки в процессе бурения и спускоподъемных операций;
§ встроенныхзадвижек для перекрытия подачи бурового раствора, одна
§ изкоторых с оперативным дистанционным управлением, другая (дублирующая) – сручным;
§ тормозногоустройства;
§ верхнейподвески вертлюга в составе верхних штропов и траверсы;
§ трубногоманипулятора.
Подвеснаячасть обеспечивает возможность операции «расхаживания» при отказегидроагрегата.
2.1.6. Направляющая балка с узлами крепления предназначена для обеспечениянаправленного перемещения вертлюга, восприятия реактивного момента с силовыхэлементов исполнительного механизма и передачи его на металлоконструкцию вышки.
Направляющая балка должна состоять из отдельных секций, обеспечивающихих удобный монтаж возможность крепления к металлоконструкции вышки.
2.1.7. Габариты и условия монтажа элементов ПВГ-100 должны обеспечиватьих использование на буровой вышке с минимальными доработками в промысловыхусловиях без нарушения штатных условий функционирования.
3. Расчетредуктора СВП
3.1Преимущества и недостатки электрических и гидравлических приводов
Наиболееизвестные зарубежные производители систем верхнего привода (Varco, Tesco, Canrig, National Oilwell, Bentec и др.) предлагают СВПкак в гидравлическом, так и в электрическом (постоянного и переменного тока)исполнении. При этом электрические версии ВСП могут питаться как от источникаэлектроэнергии буровой площадки, так и от автономного дизель-генератора.
Основныепреимущества СВП с электрическим приводом:
· малая удельная масса подвесной части и, следовательно, минимальныйизнос талевого каната;
· высокая удельная мощность привода NУД (отношение выходной мощности к массеподвесной части) составляет 66 кВт/т;
· компактность подвесной части;
· бесступенчатое (частотное) регулирование скорости вращения валавертлюга от 0 до 180 об/мин;
· реверсивность;
· автоматичность изменения момента от минимального до номинальногозначений при постоянной заданной скорости вращения выходного вала;
· свобода компоновки подвесной части.
Основныминедостатками СВП с электрическим приводом являются:
— несоответствие максимума мощности СВП скоростным режимам работы отечественногобурового инструмента (пик мощности смещен относительно рабочих скоростейпорядка 60-100 об/мин в сторону 200…250 об/мин),
· cущественное недоиспользование мощности привода (50-72%) вдиапазоне частот 60-100 об/мин; низкий коэффициент использования мощности;
· отсутствие саморегулирования скорости вращения выходного вала взависимости от нагрузки на рабочем инструменте, и, как следствие, снижениепроизводительности привода;
· отсутствие самоторможения привода и возможность генерации тока привозникновении эффекта «пружины» в случае прихвата бурильной колонны и ееобратном вращении, разрушающего электронную систему управления СВП;
· большие тепловые потери в электродвигателе, в особенности при максимальныхмоментах, требующие наличия собственной системы охлаждения, что усложняет иудорожает конструкцию СВП;
· несоответствие электрических параметров СВП параметрамотечественной электрической сети, что приводит к необходимости использованияавтономной системы электропривода (дополнительный модуль дизель–генератора,дополнительный модуль частотного управления электродвигателем);
· дополнительные затраты на дизельное топливо и транспортные расходыпри использовании дизель-генераторов. При годовой нагрузке СВП порядка 4000моточасов расход топлива только одной дизель-генераторной установки с указаннымвыше коэффициентом использования мощности составит более 120 т;
· необходимость применения многоступенчатых механических редукторовв приводе электродвигателей для снижения частоты вращения выходного вала, чтоприводит к снижению надежности, усложнению и повышению стоимости конструкцииСВП.
Основныепреимущества и недостатки СВП с гидрообъемным приводом аналогичны преимуществам инедостаткам ВСП с электроприводом.
Дополнительнымипреимущества СВП с гидроприводомявляются:
· расширение скоростного (силового) диапазона при меньшей входной мощностиза счет применения гидромоторов с переменным рабочим объемом (привод оснащенсистемой клапанов, позволяющих изменять рабочий объем гидромотора в два раза).Это позволяет получить несколько ступеней на внешней характеристике и, вотличие от СВП с электроприводом, в диапазоне оборотов выходного вала от 50 до200 об/мин работать на режиме, близком к режиму постоянной мощности.
· в гидравлическом приводе имеется возможность путем дросселированияжидкости гасить эффект «пружины» в случае прихвата колонны и ее обратномвращении;
· достоинствомгидроприводных СВП является возможность сделать выбор в пользу применениябезредукторного привода наоснове использованиявысокомоментныхгидромоторов, что легло в основу создания семейства СВП отечественногопроизводства.
Выбираемгидродвигатель.