Устройство вертлюга УВ250

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Вертлюг предназначен для подвода бурового раствора во вращающуюся бурильную колонну. В процессе бурения вертлюг подвешивается к автоматическому элеватору, либо к крюку талевого механизма и посредством гибкого шланга соединяется со стояком напорного трубопровода буровых насосов. При этом ведущая труба бурильной колонны соединяется с помощью резьбы с вращающимся стволом вертлюга, снабженным проходным отверстием для бурового раствора. Во время спускоподъемных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким шлангом отводится в шурф и отсоединяется от талевого блока. При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических проворачиваний бурильной колонны с целью предотвращения прихватов.

1. Общая часть

1.1 Назначение вертлюга и конструктивное исполнение УВ250

Вертлюг предназначен для подвода бурового раствора во вращающуюся бурильную колонну. В процессе бурения вертлюг подвешивается к автоматическому элеватору либо к крюку талевого механизма и посредством гибкого шланга соединяется со стояком напорного трубопровода буровых насосов. При этом ведущая труба бурильной колонны соединяется с помощью резьбы с вращающимся стволом вертлюга, снабженным проходным отверстием для бурового раствора. Во время спускоподъёмных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким шлангом отводится в шурф и отсоединяется от талевого блока. При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических поворачиваний бурильной колонны с целью предотвращения прихватов.

Кроме перечисленных выше функций, вертлюги также используются при промывке скважины и доливе в нее раствора во время подъёма бурильных колонн с обратным клапаном. В легких передвижных установках с устройством для принудительной подачи долота нагрузка на долото передается также через вертлюг.

Буровой вертлюг обеспечивает свободное вращение подвешенной к ствол у бурильной колонны и одновременную подачу в нее бурового раствора. С помощью бронированного шланга высокого давления вертлюг обеспечивает гидравлическое соединение неподвижного стояка манифольда с вращающейся колонной бурильных труб.[1]

Вертлюги, применяемые в бурении эксплуатационных и глубоких разведочных скважин, имеют общую конструктивную схему и различаются в основном по допускаемой осевой нагрузке. Конструктивные отличия некоторых узлов и деталей отечественных и зарубежных вертлюгов обусловлены требованиями изготовления и сборки, разрабатываемой с учетом производственных возможностей заводов изготовителей, а также периодической модернизацией вертлюгов с целью повышения их надежности и долговечности. вертлюг конструктивный подшипник

Корпус вертлюга изготовляется из углеродистой или низколегированной стали и представляет собой полую отливку с наружными боковыми карманами для штропа , посредством которого вертлюг подвешивается к крюку талевого механизма.

Штроп имеет дугообразную форму и круглое поперечное сечение. Он изготовляется методом свободной ковки из легированных сталей марок 40ХН, 38ХГН, ЗОХГСА.

На высаженных концах штропа растачиваются отверстия для пальцев , соединяющих штроп с корпусом вертлюга. Пальцы устанавливаются в горизонтальных расточках карманов и корпуса и предохраняются от выпадения и проворотов стопорной планкой 8, которая входит в торцовый 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 45°. Пальцы штропа имеют смазочные канавки и отверстия с резьбой для пружинных масленок. Резьба смазочных отверстий используется для завинчивания рымболтов, с помощью которых проводится распрессовка пальцев вертлюга.

В корпусе вертлюга на упорных и радиальных подшипниках вращается ствол 5 с переводником 1 для соединения вертлюга с ведущей трубой бурильной колонны. 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. Стволы вертлюгов изготовляют из фасонных поковок, получаемых методом свободной ковки.

Благодаря применению таких заготовок снижаются расход материала и затраты на механическую обработку. Для стволов используют стали марок 40Х, 40ХН, 38ХГН, приобретающие в результате ковки более совершенную кристаллическую структуру и повышенные механические свойства. Осевое положение ствола вертлюга фиксируется упорными подшипниками 6 и 9. Основная опора ствола подшипник 6, нагружаемый весом ствола и бурильной колонны, когда вертлюг посредством штропа удерживается в подвешенном состоянии. Вспомогательной опорой ствола является подшипник 9, нагружаемый собственным весом корпуса и других не вращающихся деталей, когда вертлюг опирается на ствол, а штроп вертлюга находится в свободном состоянии.

Это происходит при установке вертлюга с ведущей трубой в шурф и в процессе бурения скважины, когда вследствие недостаточного веса бурильной колонны нагрузку на долото дополняют весом вертлюга.

В рассматриваемой конструкции вертлюга в основной опоре ствола установлен 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.

Подшипники с коническими и сферическими роликами обладают большей нагрузочной способностью по сравнению с подшипниками, имеющими короткие цилиндрические ролики. Поэтому в тяжело нагруженных вертлюгах преимущественно применяются упорные подшипники с коническими либо сферическими роликами. Для повышения долговечности в модернизированных вертлюгах Уралмашзавода (УВ250 МА) используются конические упорные подшипники. Для центрирования роликов относительно ствола подшипник 6 снабжен внутренним сепаратором. Наружный сепаратор предохраняет ролики от смещения под действием центробежных сил. В менее нагруженной вспомогательной опоре используется шариковый упорный подшипник. Ствол центрируется в корпусе радиальными роликовыми подшипниками 3 и 10. Упорные подшипники центрируются по кольцу, установленному на стволе. Второе кольцо является свободным и благодаря этому самоцентрируется относительно тел качения подшипника.

Осевое положение ствола и натяг подшипников 9 и 10 регулируются прокладками между корпусом 4 и крышкой 14 вертлюга. Осевой натяг нижнего радиального подшипника регулируется установочной втулкой, навинченной на ствол вертлюга и предохраняемой от отвинчивания стопорными винтами. Наружное кольцо подшипника удерживается пружинным стопором, установленным в кольцевом пазе корпуса. Для соединения вертлюга с ведущей трубой бурильной колонны используется сменный ниппельный переводник 1, 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. Следует напомнить, что нижний переводник ведущей трубы и все другие соединения бурильной колонны имеют правую резьбу, совпадающую с направлением вращения долота. Корпус вертлюга закрывается верхней 14 и нижней 2 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 11 для соединения вертлюга с буровым шлангом. Из отвода промывочная жидкость поступает в проходное отверстие ствола через промежуточное устройство 13. Полость между корпусом 4 с крышками 14, 2 и стволом вертлюга 5 заполняется жидким маслом для смазки основного и нижнего радиального подшипников. Стакан 15 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, навинченной в корпус вертлюга. Масляные отверстия закрываются резьбовыми пробками.

Разработаны различные конструкции устройств для соединения отвода со стволом. Быстросъемное соединение отвода со стволом, показанное на рисунке 2, состоит из свободно плавающей напорной трубы 9, манжетных уплотнений 6, 8, 10, 13 для герметизации прокачиваемой промывочной жидкости и накидных гаек 1 и 3, навернутых на ствол 14 и втулку 5, зажатую крепежными болтами между отводом 4 и фланцем крышки вертлюга. Свободно плавающая напорная труба позволяет обеспечить быструю замену уплотнений и самой трубы, изнашиваемых абразивными частицами, содержащимися в промывочной жидкости. Для этого необходимо отвернуть накидные гайки 1, 3 и, вытащив весь узел, заменить его новым либо заблаговременно отремонтированным. Работоспособность вертлюга зависит от надежности уплотнений, применяемых в его подвижных и неподвижных соединениях. Наиболее ответственными являются уплотнения напорной трубы, которые служат для предотвращения утечки промывочной жидкости, нагнетаемой под высоким давлением. Для этой цели используются самоуплотняющиеся радиальные 8, 10 и торцовые 6, 13 манжеты из синтетических материалов, обладающих достаточной упругостью и износостойкостью. Воротники манжет направлены навстречу действующему давлению и поэтому прижимаются к уплотняемым поверхностям с силой, пропорциональной давлению промывочной жидкости.

Стыкуемые торцы напорной трубы и отвода уплотняются радиальной 8 и торцовой 6 манжетами, установленными в канавках кольцевой втулки 7. Втулка с манжетами надеты на напорную трубу и плотно прижаты к отводу вертлюга посредством накидной гайки 3. Противоположный стык между нижним торцом напорной трубы и стволом вертлюга уплотняется четырьмя радиальными манжетами 10, разделенными металлическими кольцами 11, и торцовой манжетой 13. Радиальные манжеты установлены в стакане 2 и затянуты накидной гайкой 1, соединяющей стакан со стволом вертлюга.

Стакан вращается вместе со стволом, и радиальные манжеты скользят относительно напорной трубы, удерживаемой силой трения в верхней манжете 8. Скольжение вызывает износ контактируемых поверхностей, ускоряемый абразивным воздействием промывочного раствора. Поэтому нижнее уплотнение напорной трубы в отличие от неподвижного верхнего имеет многорядную конструкцию, благодаря которой повышаются его надежность и долговечность.

Стакан снабжен винтовой масленкой для периодической смазки манжет с целью уменьшения износа и нагрева уплотнения в результате трения. Манжета 10, расположенная над смазочным отверстием в стакане, предотвращает утечку масла при шприцовке и предохраняет его от внешнего загрязнения. Торцовая манжета 13 вращается вместе со стволом вертлюга и кольцом 12 и остается неподвижной относительно стыкуемых поверхностей. Неточности, допущенные при изготовлении и сборке, компенсируются свободно плавающим положением напорной трубы. Напорные трубы изготовляются из низколегированных сталей марок 12ХН2А, 20ХНЗА и др. Наружная поверхность напорных труб шлифуется и имеет твердость НКС 5662.

Для предотвращения утечки масла из масляной ванны вертлюга в нижней крышке его корпуса установлены две манжеты 4, как показано на рисунке 3. Манжеты прилегают к втулке 3, служащей для фиксации внутренней обоймы радиального подшипника 1 ствола вертлюга. Воротник манжеты прижимается к втулке с помощью кольцевой цилиндрической пружины, надетой на манжету.

Во избежание проворота в крышке и для обеспечения герметичности манжета сажается в расточку крышки с натягом. Самоуплотняющиеся манжеты в данном случае неприемлемы из-за недостаточного давления в уплотняемой полости. В осевом направлении манжета фиксируется шайбой 6, которая крепится к крышке болтами 5. Уплотнительное круглое кольцо 2 предотвращает просачивание масла между стволом вертлюга и втулкой. Для уменьшения трения в местах сопряжения со втулкой манжеты смазываются пластичным маслом через масленку 7. При заметном износе втулка заменяется новой. Аналогичные манжеты установлены между стволом и верхней крышкой корпуса вертлюга.

Плоские стыки между корпусом вертлюга и его крышками уплотняются листовыми прокладками из картона.

Прокладка верхней крышки корпуса одновременно используется для регулирования осевого натяга вспомогательного упорного подшипника. В осевом направлении манжета фиксируется шайбой 6, которая крепится к крышке болтами 5. Уплотнительное круглое кольцо 2 предотвращает просачивание масла между стволом вертлюга и втулкой. Для уменьшения трения в местах сопряжения со втулкой манжеты смазываются пластичным маслом через масленку 7. При заметном износе втулка заменяется новой. Аналогичные манжеты установлены между стволом и верхней крышкой корпуса вертлюга.

Плоские стыки между корпусом вертлюга и его крышками уплотняются листовыми прокладками из картона. Прокладка верхней крышки корпуса одновременно используется для регулирования осевого натяга вспомогательного упорного подшипника. Прокладка между крышкой и отводом вертлюга, работающая под давлением промывочной жидкости, изготовляется из прорезиненной ткани. Прокладки затягиваются болтами, используемыми для крепления стыкуемых деталей вертлюга.

1.2 Основные параметры и технические характеристики вертлюга У250

Параметры вертлюга должны отвечать требованиям бурения промывки скважин и одновременно соответствовать аналогичным параметрам подъемного механизма и буровых насосов. Основные технические характеристики буровых вертлюгов представлены в таблице 1. Допускаемая статическая нагрузка постоянная осевая нагрузка, которую может выдержать вертлюг без разрушения при не вращающемся стволе.

Уровень осевых нагрузок, действующих на ствол вертлюга, зависит от глубины бурения и достигает наибольших значений при подъеме прихваченной бурильной колонны либо при расхаживании обсадной колонны с циркуляцией бурового раствора. При этом в целях безопасности наибольший уровень действующих нагрузок не должен превышать допускаемой нагрузки на крюке, принятой для буровой установки соответствующего класса. Поэтому допускаемая статическая нагрузка вертлюга должна быть не менее допускаемой нагрузки на крюке буровой установки. Динамическая нагрузка установлена исходя из условия обеспечения расчетного ресурса основной опоры вертлюга при вращении с частотой 100 об/мин в течение 3000 ч. Основная опора вертлюга вращается с подвешенной к нему бурильной колонной, масса которой возрастает по мере углубления скважины и зависит от используемых труб.

2. Эксплуатация и карта смазки вертлюга УВ250

От правильной эксплуатации вертлюга во многом зависит длительность безотказной работы буровой установки в процессе бурения скважины.

Перед пуском вертлюга в эксплуатацию необходимо проверить:

* крепление рукава к отводу и отвода к крышке, крепление напорного сальника;

* состояние присоединительных резьб ствола вертлюга и предохранительного переводника; резьбы не должны иметь повреждений; легкость вращения ствола вертлюга, который должен вращаться от усилия, приложенного одним рабочим к ключу с плечом 1 м;

* уровень масла в корпусе и в случае необходимости долить в соответствии с инструкцией.

Новый вертлюг должен быть предварительно обкатан при небольшой нагрузке в течение 1 -- 1,5 ч. При обкатке нагрузку следует повышать постепенно, пока оператор не убедится, что вертлюг работает исправно.

В период эксплуатации надо периодически проверять температуру корпуса вертлюга (на ощупь при спуске вертлюга) и состояние масла в корпусе. Если масло загрязнено и вертлюг нагревается выше 70'С, то масло следует слить, ванну корпуса промыть керосином или чистым веретенным маслом, нагретым до 80 -- 100'С, после чего залить свежее масло и заправить консистентной смазкой. При пропуске масла нижним сальником надо зашприцевать консистентную смазку, если течь масла не прекратится, то сменить манжету сальника. При пропусках бурового раствора напорным сальником необходимо закачать консистентную смазку, остановив прокачку раствора, если течь не прекратится, заменить сальник исправным, который должен быть заранее подготовлен. При пропусках бурового раствора в присоединительных резьбах ствола и предохранительного переводника заменить переводник или вертлюг. Ежедневно проверять затяжку крепежных деталей.

Вертлюг необходимо смазывать в соответствии с заводской инструкцией. В табл. 2 приведена примерная карта смазки вертлюга.

Общее состояние вертлюга и бурового рукава проверяют ежедневно. Если обнаруживают неисправность, ее необходимо немедленно устранить. При невозможности устранения неисправности буровой вертлюг направляют на ремонт, а рукав заменяют новым. При транспортировке вертлюга отверстия в переводнике ствола и отводе должны быть закрыты пробками во избежание попадания внутрь отверстий грязи и посторонних предметов. Замковая резьба переводника должна быть защищена от повреждений предохранительным переводником.

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.

3. Ремонт вертлюга УВ250

В процессе эксплуатации вертлюга необходим его текущий ремонт, при котором кроме профилактических мероприятий заменяют сальниковые и манжетные уплотнения. Детали уплотнительных устройств, требуют периодической замены. При планировании допускается капитальный ремонт вертлюга с заменой основной колонки, опоры и нарезной резьбы ствола. Большие нагрузки на вертлюг при высоких числах оборотов его ствола вызывают сокращение ремонтных циклов для вертлюгов по сравнению с другими машинами буровой установки.

Текущий мелкий ремонт должен проводиться с каждой вахтой буровой бригады на бурильной в процессе эксплуатации вертлюга, при этом в объем ремонта входит;

а) внимательный наружный осмотр корпуса самого штропа и его пальцев;

б) затяжка гаек сальников вертлюга;

в) замена отдельных крепежных деталей;

г) проверка состояния качества смазки, ее уровня;

д) ствол вертлюга следует проверить на повреждения.

Текущий средний ремонт вертлюга необходимо проводить по графику профилактического ремонта и выполнять в условиях ремонтных мастерских буровых трестов или контор бурения.

В объем среднего ремонта входит частичная разборка вертлюга на отделенные узлы, разобранный вертлюг и его детали должны быть тщательно промыты от грязи. Все выше заданное из строя крепежных деталей должны быть заменены новыми.

При среднем ремонте обязательно поменять уплотнение верхних и нижних сальников, гайки, регулирующие осевой люфт ствола вертлюга, отдельные стволы в упорном и опорном подшипниками при их подборе по диаметру останутся в работе. В зависимости от состояния упорного, опорного и направляющих подшипников, а также грязевой трубы, они могут быть заменены позже.

В объем капитального ремонт входит полная замена всех деталей вращения ствола вертлюга, все подшипники и бронзовые направляющие втулки, сальниковое уплотнение вертлюга и нижних сальников, гайки регулировки осевого люфта ствола. При ремонте должны быть заменена грязевая труба.

Все крепежные детали должны быть заменены новыми, после сборки вертлюга он должен быть обкатан.

Износ поверхности по диаметру. Номинальный размер 310А+0,05 мм; предельный размер без ремонта 310,05мм

Ремонтировать при размере более 310,05 мм металлизацией с последующей обработкой до номинального размера

Износ отверстий по диаметру. Номинальный размер 110А+0,07 мм; предельный размер без ремонта 110,1 мм

Износ отверстий по диаметру. Номинальный размер 110.5А5+0,46 мм; предельный размер без ремонта 111.5 мм

Ремонтировать при размере более 111,5 мм гильзованием

Износ шейки штропа: номинальный размер 1301+10 мм; предельный размер 120,0 мм

Износ поверхности по диаметру. Номинальный размер 185Ш40,90,6 мм предельный допустимый размер без ремонта 183,5 мм

Ремонтировать при размере менее 183,5 мм металлизацией с последующей обработкой до номинального размера

Износ поверхности по диаметру. Номинальный размер 200Т+0,015+0,045 мм; предельный размер без ремонта 200,0 мм

Ремонтировать при размере менее 2000,00 мм металлизацией с последующей обработкой номинального размера

Износ поверхности по диаметру.

Номинальный размер 210Т+0,015+0,045 мм; предельный размер без ремонта 210,00 мм

Ремонтировать при размере менее 210,00 мм металлизацией с последующей обработкой до номинального размера. Износ поверхности по диаметру.

Номинальный размер 200C0,03 мм; предельный размер без ремонта 199,95 мм

Ремонтировать при размере менее 199,95 мм металлизацией с последующей обработкой до номинального размера

Износ поверхности по диаметру. Номинальный размер 197С30,09 мм; допустимый размер без ремонта 196,0 мм

Ремонтировать при размере менее 196,0 мм металлизацией с последующей обработкой до номинального размера

Износ или срыв более трех ниток резьбы 2М175 X 3 (левая)

Ремонтировать перенарезкой резьбы на ремонтный размер 2Л1170 X 3 (левая)

Износ или срыв замковой резьбы ЗН65/8"Л

Ремонтировать перенарезкой с подрезкой торца

Износ или срыв более трех нитей резьбы. Номинальный размерЗМ200 X 2

Укорочение ствола от перенарезки замковой резьбы: номинальный раз¬мер 1500 мм, предельный размер 1400 мм

Износ поверхности по диаметру. Номинальный размер 115X00,750,40 мм; допустимый размер без ремонта 114,5 мм; предельный размер 114,0 мм

Браковать при размере менее 114,0 мм. Ремонтировать при размере менее 114,5 мм металлизацией с последующей обработкой до номинального размера.

Износ поверхности по диаметру. Номинальный размер 237А3+0,09 мм; предельный размер без ремонта 237,1 мм

Ремонтировать при размере более 237,1 их металлизацией или наплавкой с последующей обработкой до номинального размера.

Размещено на Allbest.ru