8 Бұрғылау шығырлары

8.1 Бұрғылау шығырлары, функциялары, структурасы

Бұрғылау шығыры – бұрғылау қондырғысының көтеріп–түсіру кешенінің негізгі агрегаты. Ол негізінен тәл арқанының жетекші тармағының жүктелген және тежеу әрекеттері кезінде қолданылады. Шығыр бұрғылау тізбегін көтеру және түсіру, шегендеу тізбегін түсіру, жылжымайтын тізбекті ұстап тұру немесе ұңғыны бұрғылау немесе кеңейту үшін қашауға айналыс берілген кезде, бұрғылау тізбегін баяу түсіруге қажет. Шығырдың пневматикалық тұтқышы мен катушкалы білігі, бұрғылау және шегендеу құбырлары бұрандаларын біріктіру кезінде, бұрап жалғау мен бұрап ағыту операциялары кезінде жиі қолданылады. Шығыр құбырларды және басқа да жүктемелерді көтеру-тасу, сонымен қатар бұрғылау мұнарасы мен мұнараға орнатылатын жабдықтарды құрастыруда қолданылады.

Шығырды орнатудың екі әдісі бар: бұрғылау еденінің үстіне немесе астына. Бұл әдістердің өзінің артықшылықтары мен кемшіліктері де бар. Еден үстіне орнату кезінде шығыр түйіндеріне қызмет көрсету мен жөндеу оңай жүргізіледі. Катушкалы біліктің қол жетім жерде орналасуы, қосымша шығырдың қажеттілігін жояды. Шығырдан ротор жетегінің жүйесі құрылымдалады. Еден астына орнату кезінде құрастырылатын бөліктің орналастыру биіктігі едәуір төмендейді, монтаждау мен демонтаждаудың жұмыс көлемі азайып, бұрғылау қондырғысын құрылымдау мерзімі тездетіледі.

Бұғылау шығыры көтеруші біліктен, катушкалы, трансмиссиялық, тербеткіш біліктерден тұрады және олар пісірілген қатты металл қорапқа бекітілген. Барлық біліктер өзара шынжырлы беріліспен кинематикалық байланысқан. Шынжырлы беріліс оларға беріліс қорабынан айналу моментін беріп және біліктің айналу моментін қалыпқа келтіріп отырады. Шығырлар беріліс қорабымен және қозғалтқыштармен шынжырлы немесе карданды беріліспен кинематикалық байланысқан.

Бұрғылау тізбегі ұңғыдан үлкен қуат қолдану арқылы көтерілсе, ал ұңғыға түскен кезде өз салмағымен түседі. Сондықтан шығырлар жоғарғы қуаттағы жетекпен, тізбекті түсіру кезінде энергия шығынын азайту үшін сенімді тежегіш жүйесімен қамтылуы қажет. Қозғалтқыштар жетегінің жүктелу дәрежесін жоғарлату үшін тізбекті көтеру жылдамдығын арттырады. Сондықтан жетектегі қуаттың коэффициентін жоғарлату үшін шығырлар жоғарғы жылдамдықты болуы қажет.

Жүктелмеген элеваторларды көтеру үшін шығырлар тәуелсіз жоғары жылдамдықты болуы керек. Кез келген жылдамдықтан жоғарғы «бос» жылдамдыққа өту тез, оңай және жатық өтуі керек, өйткені сол кезде көтеруші білік жетегі екі еселенген шынжырлы беріліске ие бола алады. Бұл берілістердің кезекпен қосылуы ыждағатты фрикционды муфта көмегімен орындалады. Ыждағатты фрикционды муфта бұрғышы пултімен басқарылады. Тұрақсыз массадағы тізбекті көтеру кезінде беріліс қорабындағы жылдамдық периодты түрде ауысып отырады. Көптеген шығырлардың шапшаңдықтарды реттеуі ыждағатты басқару жүйесімен қамтамасыз етілмеген.

Шығыр барабанындағы тәл арқандары әр түрлі жылдамдықта оралады және тарқатылады. Тәл арқанының жетекші тармағының жылдамдығы ілмек қозғалысының жылдамдығына және тәл жүйесінің тармақтар санына байланысты. Ауыр салмақтағы тізбекті көтеру кезінде ілмек жылдамдығы 0,30,5 м/с, ал жүктелмеген элеваторды көтеру жылдамдығы 1,7-2 м/с. Бұдан жоғары көтеру жылдамдықтары шығыр барабанындағы арқанның оралу және жинақталу шарттарын тез бұзады және уақыттан ұтыс бермейді. Бұрғылау тізбегін түсірудің ең жоғарғы жылдамдығы 3 м/с, ал ең төменгі жылдамдығы –шегендеу тізбегін түсіру кезінде 0,2 м/с дейін болуы мүмкін.

Бұрғылау шығырларына тағайындалуына, пайдалану шарттары мен функцияларына байланысты келесі негізгі талаптар қойылады:

1. Шығырдың кинематикалық сұлбасы мен соған қатысты таңдалып алынған жетектің жылдамдығы, қуаттың тиімді қолданылуын қамтамасыз етуі қажет. Бұл жағдайда агрегаттың пайдалы әсер коэффициенті толығымен жоғарғы мәнде болуы керек.

2. Әр шығырдағы жүктелмеген элеваторды көтеру үшін білікті көтерудің тәуелсіз жылдамдығын қарастыру қажет.

3. Пайдалану кезінде тежегіш жүйесі сенімді болып, әр шығырда қосарланған тежегіш жүйесі орнатылуы қажет. Шығыр жылдамдығы ыждағатты фрикционды муфта көмегімен қосылғаны дұрыс.

4. Шығырдың кинематикалық сұлбасы қашау мен ротор механизмдеріне қозғалыс беру мүмкіндігін қамтамасыз етуі керек.

5. Шығыр құрылымы шығырдың толық жөндеуге дейінгі немесе көшіруге дейінгі үздіксіз жұмыс істеуін, шығырды монтаждау мен демонтаждау уақыты өте аз болуын қамтамасыз етуі керек. Шығырдың барлық берілістері берік қоршау қалқанмен жабылуы тиіс.

6. Шығыр құрылымы бұрғылау кезінде оған кішігірім жөндеу жұмыстарын жүргізуді қамтамасыз етуі қажет.

Бұрғылау шығырлары келесi функцияларды орындайды:

– көтеріп түсірудегі тәл жүйесi арқанының жылжымалы тармағын барабанға орау;

– бұрғылау және шегендеу құбырлар тiзбегiн ұзартуда арқанның оралуын қамтамасыз ету;

– свеча аралық бұранданы бұрап шығару (арнайы кiлттер жоқ болғанда);

– әртүрлi жүктердi көтеріп-түсiру;

– монтаждау, демонтаждау кезінде мұнара мен оның қосалқы агрегаттарын көтеру.

Шығырлар бұрғылау кезінде роторға айналыс беру және бұрғылау тізбектеріне жүктеме беру үшін де қолданылады.

Бұрғылау тізбектерін көтеріп-түсіру қайталанып үздіксіз орындалады, барлық операциялар жүйелі түрде белгілі бір реттілікте қайталанады, ал шығыр жүктемесі циклдік сипатта болады. Ілмекті көтеру кезінде күш шығырға қозғалтқыштан келеді, ал түсіру кезінде керісінше тежегіш қондырғылар барлық пайда болған энергияны жылуға айналдыруы керек. Ілмекті көтеру кезіндегі күшті тиімді пайдалану үшін, шығырдың жетекші трансмиссиясы немесе оның жетегі жүктеменің мөлшеріне қарай көпжылдамдықты болуы қажет.

Шығыр тез арада жоғарғы жылдамдықтан, төменгі жылдамдыққа және кері ауысып, өте аз уақыт жұмсау арқылы осы амалдарды орындауы керек. Ұстап қалу және тізбектің созылуы болған кезде, көтеру кезіндегі тарту күші тез арады көтеріліп өзгереді. Әртүрлі салмақтағы тізбекті көтеру кезінде жылдамдықты ауыстыру бір қалыпты қайталанған түрде жүреді. Жүкетемесіне, ілмек жылдамдығына, тәл жабдықтауындағы тармақтар санына байланысты көтеріп түсіру кезінде шығыр барабанына арқанды орау әртүрлі жылдамдықтарда жүзеге асады. Арқанды барабанға орау жылдамдығы көтеру кезінде үлкен салмақтағы тізбекте 3 – 5 м/с шамасында, ал жүктелмеген элеваторды көтеру кезінде 12 – 20 м/с шамасында болады. Бұдан үлкен жылдамдықтар арқынның барабанға оралу шарттарын нашарлатып, көтеру кезінде уақыттан ұтылуға әкеледі. Бұрғылау тізбектерін түсіру кезінде арқанды тарқату жылдамдығы 30 м/с аспауы керек.

Тізбекті көтеру процесінде арқанның шығыр барабанына оралуы, тізбек салмағының әсерінен пайда болған керілумен, ал тарқатуы кезіндегі жүктелмеген элеваторды түсіруі аз жүктеме арқылы жүзеге асады. Тізбекті түсіру процесінде, арқан аз шамамен керіліп және үлкен жылдамдықпен тарқатылып, ал жүктелмеген элеваторды көтеру кезіндегі үлкен жылдамдықпен барабанға оралады, ал барлық тізбектің салмағының әсерінен пайда болған жүктемеден арқанның созылуы жүзеге асады. Соған орай арқанның жылжымалы тармағының барабанға белгілі тәртіппен тығыз қатар оралуын қамтамасыз етпеген жағдайда, оның астыңғы аралары тығыз емес оралған қабатқа сыналап кіріп кетуін болдырмау керек.

Жоғарыда аталған функцияларды орындау үшін, бұрғылау шығыры құрамы келесі бөлшектермен және қондырғылармен жабдықталынуы керек:

• шығырдың барлық механизмдері жинақталынатын, тұғырлы жақтаумен;

• тәл арқанының оралуына арналған барабанмен;

• қозғалысты бәсеңдету және ілмекті кез-келген жерде тоқтатуға арналған механикалық таспалы тежегішпен (негізінде - тоқтатқыш), (бұрғылау кезінде шығыр құрылымында тізбекті тежеп түсіруді реттейтін арнайы қондырғы болмаған жағдайда бұл функциялар таспалы тежегіштің көмегімен іске асады).

• бәсеңдету (көмекші) тежегішімен, (ол тізбекті түсіру кезіндегі жылдамдықты бәсеңдетеді және осы жағдайда бөлінетін энергия бөлігінің сейілуін реттейді);

• шығыр барабанының жоғарғы және төменгі айналу жиілігін қосатын үйкелісті муфталармен («баяу» және «лездік» деп аталады);

• көтеру кезінде күштік берілісті және шығыр барабанының айналуын жүзеге асыратын трансмиссиямен;

• көмекші жұмыстарды (жүктерді көтеру, құбырларды бұрап ағыту мен бұрап бегіту) орындайтын катушкалармен жабдықталған катушкалы білікпен;

• көмекші барабанмен;

• шығырды және бұрғылау қондырғысының барлық агрегаттарын басқару құрылғысымен;

• шығырдың және қондырғының басқа мүшелерінің жұмысын бақылайтын қондырғылар қалқанымен;

• тізбекті трансиссия кезінде айналымды роторға беруге арналған аралық білікпен.

Шығыр – қатты металл тұрқыдан жасалған жеке агрегат, ол тез монтаждауды, демонтаждау мен тасымалдауды қамтамасыз ететін жылжымалы рамалық шанада жиналады.

Білік негізгі барабанмен, берілістермен және қосу муфталарымен, мойынтіректер мен трансмиссияларға шаңтозаң, қоқыс түсуден сақтайтын қажетті құрылымдық нығыздығымен, беріктігімен қанағаттандыратын тұрқыда жиналған.

Механикалық (негізгі) тежегіш барабанның шамасы өсіп тұратын айналым санының бір қалыпты тежелуін қамтамасыз етеді. Техника қауіпсіздігінің шарттарына сай, тежегіш барабанда монтаждалады; Оның тежегіш таспалары барабан шкивтерін тежеу кезінде тығыз қамтып үйкеліс беруі және түсіру кезінде барабанның еркін айналуын, жылудың жақсы бөлінуін қамтамасыз етуі керек. Шығыр көмекші тежегішпен жабдықталса, ол тежелуді реттеуді және тізбекті түсіру кезіндегі бөлінетін энергияның жұтылуын қамтиды. Көмекші тежегіш барабанның тежелуін тек қана тізбекті түсіру кезінде жүзеге асырады, ал көтеру кезінде барабанның кері бағытта айналуына байланысты тежемейді.

Бұрғылау шығырлары біліктерінің кинематикалық байланысын - шынжырлы беріліспен жүзеге асырудың тиімділіктері бар, ал жеңіл, өзі жүретін қондырғыларда – тісті беріліс тиімдірек.

Басқару пулті мен аспаптар қалқаны бұрғышы шығырды және басқа да бұрғылау қондырғысының жабдықтарын жеңіл және ыңғайлы басқаратындай және өз орнын ауыстырмай-ақ жұмыс процесінде жұмыс алаңын жақсы көретіндей етіп орналастыру керек.

Шығыр құрылымы бұрғылау қондырғысы басында, аз уақыт жұмсау арқылы кішігірім жөндеу жұмыстарын (тежегіш колодкаларын ауыстыру, тәл арқанын, шынжырды ауыстыру т.б.) жасауға мүмкіншілік беретіндей болуы керек. Шығырлар ұңғыны бұрғылау мерзімінің барлық уақытында үздіксіз сенімді жұмыс жағдайын қамтамасыз етуі керек. Шығырлар жөндеуге дейін кем дегенде 3000 сағат жұмыс жасауы тиіс.

Жасалынатын жұмыс кешеніне байланысты шығырлар ұңғыны бұрғылау кезіндегі көтеріп-түсірумен, қашау берілісімен байланысты барлық жұмыстарға арналған не болмаса функциялардың тек бір бөлігін (тізбекті көтеріп-түсіру) орындайтын әмбебап болуы мүмкін. Соңғы жағдайда құбыр бұрандаларын бұрап ағыту және бекіту, үлкен емес жүктерді, грунтоносканы көтеріп-түсіру басқа көмекші шығыр көмегімен іске асады. Бұрғылау шығырының әмбебап түрлерін бұрғылау еденінің деңгейінде орналастырып, ал екіншілерін еден деңгейінен төмен орналастырып қолданады. Соңғы жағдайда шығырды қашықтықта механикалық және пневматикалық басқару қондырғысымен қарастыру керек және бұл жағдайда шығырды көмекші жұмыстарға арналған катушкалы білікпен жабдықтамайды, себебі бұл жұмыстарды бұрғылау еденінің деңгейінде орналасқан көмекші шығырлар орындайды. Көмекші шығырды катушкамен, көмекші және тартальды арқанды орамдауға арналған барабанмен және басқа да қондырғылармен жабдықтайды.

Бұрғылау шығырлары арқанның жетекші тармағына түсетін жүктеме шамасына, барабан білігіне берілетін қуатына, тежегіш қуатына, біліктер мен барабандар санына байланысты сыныпталады. Шығырлардың кинематикалық сұлбалары және құрылымдық жасақталып безендірілуі әртүрлі бола алады.