Анализ работоспособности элеваторов различных конструкций

16.09.2020

В 1965 г. в Белгородской железорудной экспедиции

Геологического управления центральных районов Министерства геологии РСФСР были проведены сравнительные приемочные испытания следующих элеваторов:

1) элеватора МЗ-50-80, разработанного СКВ ВПО «Союзгеотехника» Министерства геологии бывш. СССР на базе элеватора ЭЩ-3 и укомплектованного стержневыми наголовниками;

2) элеватора «Воркутинец-50», разработанного Ухтинским геологическим управлением и изготовленного по технической документации СКБ ВПО «Союзгеотехника»;

3) элеваторов «Воркутинец-АБ» и «Воркутинец-50», пред. ставленных Воркутииской КГРЭ Ухтинского геологического управления;

4) элеватора МСП-5 в комплекте со стержневыми наголовниками;

5) серийно изготовляемого элеватора конструкции Кадочникова в комплекте с резьбовыми пробками;

6) элеватора конструкции Кадочникова, модернизированного СКБ ВПО «Союзгеотехника» Министерства геологии бывш. СССР для обеспечения его работы в комплекте со стержневыми наголовниками.

Все элеваторы предназначались для работы с бурильными трубами муфтово-замкового соединения диаметром 50 мм. Бурение осуществлялось станком ЗИФ-1200А с применением двухструнной талевой оснастки при глубине скважин от 300 до 760 мм. Длина свечей бурильных труб составляла в среднем 14,1 м. При работе с элеваторами МЗ-50-80 и МСП-5 бурильные трубы были оснащены стандартными протекторными кольцами диаметром 78 мм. Для промывки скважины использовался глинистый раствор. Скважины были оборудованы простейшими приемниками и толкателями бурильных свечей. Испытания проводились при температуре воздуха от +5 до -20 °C.

Суммарные затраты времени на спуск (табл. 20) и подъем (табл. 21) одной свечи, установлены при хронометражных наблюдениях. Из табл. 21 и 22 видно, что время, затрачиваемое на выполнение различными элеваторами одних и тех же операций, не зависящих от конструкций элеваторов, различается в довольно широких пределах. Поэтому для получения более объективных данных целесообразно принять одинаковыми затраты времени на выполнение операций, не зависящих от конструктивных особенностей элеватора (время на собственно спуск и подъем колонны, навинчивание и развинчивание свечей и т. д.). В этом случае сравнительные показатели даны в табл. 22. Как видно из табл. 22, наилучшие показатели по времени имеет элеватор «Воркутинец», затем М3-50-80. У серийного элеватора конструкции Кадочникова эти показатели ниже. В результате проведенных сравнительных испытаний элеватор М3-50-80 в комплекте с наголовниками стержневого типа был рекомендован к серийному изготовлению. Одновременно было рекомендовано изготовить опытную партию элеваторов «Воркутинец-50» (100 шт) и провести наблюдения за их работой в районах с различными геолого-техническими условиями.


В Белгородской ГРЭ проводились испытания элеватора ЭШ-3 в сравнении с обычным кольцевым элеватором. Вовремя испытаний применялись бурильные трубы муфтово-замкового соединения диаметром 50 мм. Бурили станком ЗИФ-1200А с использованием двухструнной талевой оснастки при глубине скважин от 500 до 700 м. Свечи навинчивали и развинчивали механизмом типа ПО-49А. Длина свечей бурильных труб составляла 14,2 и 18,5 м. Бурильные трубы были оснащены стандартными протекторными кольцами диаметром 78 мм. Для промывки скважины применялся глинистый раствор. Вышки не были оборудованы толкателями свечей бурильных труб. Испытания проводились при температуре воздуха от +1 до -15 °C. Затраты времени на спуск (табл. 23) и подъем (табл. 24) одной свечи установлены хронометражными наблюдениями.

В последние годы Уральским, Иркутским и Ухтинским территориальными геологическими управлениями, а также СКБ ВПО «Союзгеотехника» Министерства геологии бывш. СССР разработаны полуавтоматические элеваторы, позволяющие производить спуско-подъсмные операции без наголовников либо с использованием быстросъемных стержневых и шарнирных муфт.

В Белгородской экспедиции Геологического управления центральных районов, в Прокопьевской, Киселевской и Шуштуленской партиях Западно-Сибирского геологического управления проводились сравнительные испытания полуавтоматических элеваторов «Воркутинец-50», «Урал-2» и ПЭШ-5.


Элеваторы «Воркутинец-50» были изготовлены ремонтно-механическими мастерскими Воркутинской комплексной экспедиции, элеваторы «Урал-2» — Центральными механическими мастерскими Уральского геологического управления, элеваторы ПЭШ-5 — Центральными ремонтно-механическими мастерскими Иркутского геологического управления.

Одновременно с целью получения сравнительных технико-экономических показателей проводилась эксплуатация серийно выпускаемого элеватора М3-50-80 конструкции СКВ ВПО «Союзгеотехника» Министерства геологии бывш. СССР.

Условия бурения скважин в этих партиях приводятся в табл. 25.

Разбуриваемые горные породы представлены алевролитами, песчаниками, пластами каменного угля, суглинками, песками, глинами, известняками, сланцами и железистыми кварцитами.

В качестве промывочной жидкости применялся глинистый раствор следующих параметров:
Анализ работоспособности элеваторов различных конструкций

Повышенная вязкость глинистого раствора способствовала образованию глинистой корки на бурильных трубах.

В соответствии с утвержденной программой предусматривалось отработать каждым типом элеватора не менее 15 тыс. циклов спуско-подъемов, причем не менее 10 тыс. циклов спуско-подъемов одним образцом каждого типа. Фактически выполненный объем испытаний опытных образцов приведен в табл. 26.

Элеваторы, представленные на сравнительные испытания, имеют основное преимущество перед серийно выпускаемым элеватором типа М3-50-80 в том, что при использовании для производства спуско-подъемных операции свечей бурильных труб не требуется применение съемных наголовников, вследствие чего исключается возможность травмирования обслуживающего персонала в случае падения наголовников с верхнего конца свечи; уменьшаются затраты времени на спуско-подъемные операции за счет исключения времени на надевание и снятие наголовника; облегчается труд помощника бурового мастера при спуске и подъеме бурильной колонны; снижается металлоемкость комплекта элеватора, уменьшается стоимость изготовления комплекта элеватора.

Вместе с тем элеваторы ПЭШ-5, «Воркутинец-50» и «Урал-2» в сравнении с серийным элеватором М3-50-80 имеют ряд недостатков:

1) относительная сложность конструкции, требующая более точного изготовления деталей и более тщательного ухода при эксплуатации элеватора (чистка при загрязнении и смазка);

2) меньшая эксплуатационная надежность, которая проявляется при использовании глинистого раствора повышенной вязкости, понижении температуры воздуха и износе деталей подхватно-копирующей системы элеваторов; при этом происходит подхват бурильных труб элеватором за промежуточные муфтово-замковые соединения, проскальзывание элеватора относительно кольцевой проточки на муфте верхнего замка; неотсоединение элеватора от свечи при установке се на подсвечник; самопроизвольное отсоединение элеватора от колонны бурильных труб, приводящее при спуске или подъеме к падению бурового снаряда в скважину;

3) невозможность применения элеваторов при работе с бурильными трубами, оснащенными резиновыми протекторными кольцами.

Кроме того, для работы с этими элеваторами требуется специальная подкладная вилка к механизму развинчивания бурильных труб, а муфты бурильных замков должны иметь кольцевую проточку.

Несмотря па отмеченные недостатки, конструкция элеватора, не требующая применения наголовников, является наиболее прогрессивной.

Сравнение эксплуатационных качеств элеваторов позволило установить следующее.

1. Элеватор ПЭШ-5 не может эксплуатироваться с применением глинистых растворов. Шариковый захватный орган элеватора засоряется и заклинивается, вызывая подхваты под промежуточные муфты, и не срабатывает при прохождении через кольцевую проточку замка.

2. Элеватор «Воркутинец-50» более громоздок, чем элеватор «Урал-2». За ним требуется более внимательный уход — не защищен от загрязнения и воздействия ударных нагрузок. Подхватно-копирующая система элеватора работает несинхронно, а соединение деталей между собой ненадежно, что вызывает частые поломки, устранение которых возможно только в механических мастерских. Выступающие за габаритные размеры корпуса рычаги копиров и затвора обламываются от ударов и могут служить причиной травмирования и подхвата свечей труб под муфты и промежуточные замки.

3. Конструкция элеватора «Урал-2» в сравнении с конструкцией элеватора «Воркутинец-50» имеет следующие преимущества: а) большая надежность в эксплуатации в связи с синхронностью работы кулачков (единый копир); б) компактность конструкции; в) лучшая защита деталей подхватно-копирующей системы от загрязнения и воздействия ударных нагрузок; г) большое удобство при надевании элеватора на свечу при спуске буровой колонны в скважину (наличие самофиксирующихся подпружиненных створок).

После 16 250 циклов спуско-подъемов бурильных свечей образцом № 6 элеватора «Урал-2» была проведена техническая экспертиза, в результате которой установлено следующее.

1. В корпусе элеватора не обнаружено видимых деформаций и трещин, наружная поверхность подвергнута незначительному износу, размер нижней конусной фаски проходного отверстия увеличился с 15x30 до 23х30°, торцовая часть имеет забоины глубиной до 3 мм.

2. Шлицевые вилки в .местах посадки в отверстие корпуса имели овальный износ по наружному диаметру (до 0,25 мм).

3. Подхваты в посадочном отверстии имели выработку по диаметру и шлицам до 0,2 мм.

4. Створки зева корпуса и копир были изношены до 7 и 4 мм соответственно, вследствие чего их пришлось заменить.

5. Траверса имела овальный износ отверстий, служащих для соединения с пальцами хвостовиков. Одно плечо траверсы деформировано.

6. Тяга копира заменена в связи с продольным изгибом.

7. Головки винтов крепления крышки к корпусу элеватора смяты.

Остальные детали элеватора имеют незначительный износ и пригодны к дальнейшей эксплуатации.

Техническая экспертиза элеватора «Воркутинец-50» производилась после отработки 14 612 циклов спуско-подъемов свечей бурильных труб, которая показала следующее.

1. В корпусе элеватора видимых деформаций не обнаружено, размер нижней конусной фаски проходного отверстия увеличился с 17х30 до 37х30°, гнезда для посадки кулачков имели эллипсный износ до 1,7 мм, соответственно изнашивались отверстия проушин до 0,35 мм, отверстия для защелки до 0,35 мм, место перехода проходного отверстия в фронтальную прорезь в верхней части корпуса до 2 мм.

2. Левый и правый кулачки имели износ посадочных шеек до 1,2 мм, а также поверхности контакта с проточкой замка до 1,0—1,5 мм.

3. Створка зева корпуса элеватора изнашивалась по площади контакта с поверхностью свечи до 1 мм, отверстия крепления створки увеличились с 10 до 15,3 мм, зуб замка имел износ в виде впадины до 3 мм.

4. Рычаг левого и правого кулачков деформировался в местах приварки к цапфе кулачка и заменен новым.

В табл. 27 приведены наиболее характерные виды неполадок (из расчета на 1000 циклов).

Необходимо отмстить, что из 225 случаев неполадок (при работе элеватором «Урал-2») 128 было в первый месяц испытаний, а в последнем, шестом месяце (по данным Белгородской ГРЭ) было только 4 случая. Кроме того, из указанных 225 случаев 102 связаны с неотсоединением элеватора от свечи, что можно объяснить отсутствием у бригады достаточных навыков работы с элеваторами.

В табл. 28 приведены сведения о поломке отдельных деталей, отмеченные в период сравнительных испытаний элеваторов «Воркутинец-50» и «Урал-2».

В табл. 29 отражены неполадки, выявленные в процессе испытаний элеваторов, а также указаны причины их возникновения и способы устранения. Приведенные в табл. 29 подхваты свечей иод замковые соединения проявлялись в виде «поддерживания» на высоте до 50 см, не превышающей высоту отбойной дуги подсвечника. Был отмечен только одни случай подхвата при работе с элеватором «Воркутинец-50» с выбросом свечи из подсвечника.

Подхваты наблюдались только при работе с неисправными элеваторами — при недопустимых величинах износа деталей или при неправильной регулировке подхватно-копирующего механизма. Так, например, до появления случаев подхвата при работе опытного образца № 15 элеватора «Урал-2» было сделано 4000 циклов спуско-подъсма свечи. После ремонта створок, копира и корпуса методом наплавки изношенных участков твердосплавным электродом было отработано еще 8400 циклов. Исходя из этого целесообразно после 4—5 тыс. циклов спуско-подъемов свечей осматривать детали элеватора и при обнаружении износа восстанавливать их до первоначального размера путем наплавки.


При проведении наблюдений определялись затраты времени на производство отдельных операций спуско-подъема бурильной колонны, время, затрачиваемое на спуск и подъем одной бурильной свечи, а также время на производство спуско-подъема 1 м бурильной свечи в сравнении с нормативным временем, установленным ЕНВ.

Среднее улучшенное время на выполнение отдельных операций определялось по методике Башинского. Сводные результаты хронометражных наблюдений приведены в табл. 30—32.

Анализируя данные, приведенные в табл. 30—32, следует отметить, что при производстве работ в осенне-зимний период наилучшие результаты были получены при работе кольцевым элеватором (с верховым рабочим) и элеватором МЗ-50-80. Из испытываемых элеваторов «Воркутинец-50» и «Урал-2» лучшие показатели имели «Урал-2».

Общее время на производство спуско-подъема одной свечи бурильных труб длиной 14,1 м составляет: по элеватору «Воркутинец-50» — 138,7 с, по элеватору «Урал-2» — 105,8 с, по элеватору М3-50-80 — 90,4 с. Фактически затраченное время на производство спуско-подъемных операций элеватором «Урал-2» составляет 82,4 % от нормативного времени, в то время как по элеватору «Воркутинец-50» оно составляет 109,2 %. Экономия времени на цикл спуско-подъема одной свечи, полученная при работе с элеватором «Урал-2» по сравнению с элеватором «Воркутинец-50», составляет 32,9 с.


В Западно-Сибирском геологическом управлении при проведении испытаний в весенне-летний период были получены следующие результаты. Общее время на производство спуско-подъема одной свечи бурильных труб длиной 14,1 м составляет: по элеватору «Воркутинец-50» — 91 с, по элеватору «Урал-2» —67 с, по элеватору М3-50-80 — 82,82 с. Фактически затраченное время па производство спуско-подъемных операций элеватором «Урал-2» составляет 52,8 % от нормативного времени, элеватором «Воркутинец-50» — 72,1 % и элеватором М3-50-80 — 66,7 %.

Экономия времени на цикл спуско-подъема одной свечи, полученная при работе с элеватором «Урал-2» по сравнению с элеватором «Воркутинец_50», составляет 24 с и с элеваторов М3-50-80—15,8 с.

Наименьшие затраты .времени на производство спуско-подъемных операций имеет элеватор «Урал-2».

Однако такая значительная разница в затратах времени при работе различными типами полуавтоматических элеваторов не может считаться нормальной и может быть объяснена тем, что элеваторы испытывались на разных скважинах, геолого-технические условия которых были неодинаковыми.

Болес точно разницу отражают затраты времен» на выполнение операций, зависящих от конструкции элеватора. К таким операциям следует отнести: надевание элеватора на свечу, подъем элеватора по свече, снятие элеватора со свечи, снятие наголовника со свечи (при спуске бурильной колонны в скважину), надевание наголовника и элеватора на свечу (при подъеме бурильной колонны из скважины).

Сравнение выявленных достоинств и недостатков конструкций элеваторов, а также анализ затрат времени на производство спуско-подъемных операций позволяют сделать вывод, что лучшие технико-экономические показатели имеет элеватор «Урал-2». В то же время зафиксированные в ходе испытаний неполадки, наиболее серьезными из которых являются подхваты элеватором свечей под промежуточные муфты, вызывают необходимость дополнительной проверки элеватора «Урал-2» в более широком объеме — при эксплуатации партии элеваторов и различных геолого-технических и климатических условиях с целью выяснения соответствия конструкции требованиям техники безопасности и определения области применения элеватора «Урал-2».

Анализ работы различных конструкций элеваторов позволяет определить основные требования к ним.

1. Элеватор должен быть удобным в работе и обеспечивать ускорение производства спуско-подъемных операций. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают элеваторы, надеваемые на свечу сверху. Конструкция таких элеваторов обеспечивает производство спуско-подъема бурового снаряда с наименьшим числом операций (исключаются операции надевания — снятия наголовников, не требуется уход за наголовниками — их чистка, смазка, хранение и т. д.). При этом сокращается время, затрачиваемое на спуско-подъем свечи, в связи с тем, что упрощается технология этих работ. Конструкция элеватора этого типа позволяет ликвидировать некоторые ручные операции, например операцию защелкивания створки после надевания элеватора на свечу (при подъеме снаряда).

Элеватор снимается со свечи, установленной на подкладную вилку, также бистро, из-за того что эта операция производится вверх, а элеваторы, работающие с наголовниками, снимаются со свечи отведением в сторону.

2. Конструкция элеватора должна в большей степени соответствовать требованиям техники безопасности. В этом отношении элеватор, надеваемый на свечу сверху, предпочтительнее. Отсутствие наголовников ликвидирует возможность травматизма обслуживающего персонала от падения наголовников с верхнего конца свечи. Кроме того, исключается возможность надевания снятия наголовников под опускаемым элеватором или во время подъема элеватора то свече вверх.

3. Элеватор должен обеспечивать производство спуско-подъемных операций при бурении наклонных скважин. Для работы с любым полуавтоматическим элеватором при наклонном бурении необходимо оборудовать буровую направляющим тросом и кареткой, к которой прикрепляется элеватор.

4. Элеватор должен надежно работать в условиях отрицательных температур, при промывке скважин как водой, так и глинистым раствором. Достаточно надежная работа существующих конструкций элеваторов обеспечивается при температуре воздуха до минус 30—35 °С. С увеличением вязкости промывочного раствора появляется необходимость в более частой чистке элеватора в тех случаях, когда происходит излив .раствора из бурильных труб при их спуске или подъеме. Температурные условия и вязкость раствора в меньшей степени влияют на работоспособность элеваторов, надеваемых на свечу сбоку. Однако при резком снижении температур осложняется процесс снятия наголовников с бурильных труб.

5. Конструкция элеватора должна обеспечивать нормальную работу в комплекте с механизмом развинчивания бурильных труб.

Буровые станки в настоящее время комплектуются механизмами РТ-1200. Нормальная работа полуавтоматических элеваторов типа «Воркутинец-50» и «Урал-2» с этим механизмом достигается при использовании подкладной вилки с приподнятым опорным буртом.

6. Элеватор должен допускать возможность комплексной механизации спуско-подъемных операций. При определенных схемах комплексной механизации спуско-подъемных операций возможно использование любого полуавтоматического элеватора. Однако при автоматизации этого процесса предпочтителен элеватор, надеваемый па свечу сверху, в связи с тем, что элеватор этого типа позволяет захватывать бурильную свечу сверху.

7. Элеватор должен быть простым в изготовлении и допускать возможность ремонта в условиях мастерских геологических экспедиций. Конструкция элеватора, надеваемого на свечу сверху, относительно сложна. Сложность эта объясняется в основном сравнительно большим числом деталей и требованиями, предъявляемыми к точности их изготовления и сборке. В целом объем работ по изготовлению элеватора этого типа должен быть значительно меньше, чем объем работ по изготовленнию элеватора с комплектом наголовников (70—75 шт.). В настоящее время все элеваторы ремонтируют в условиях механических мастерских экспедиции, однако целесообразно на каждой буровой иметь по два элеватора, чтобы обеспечить бесперебойную работу во время ремонта одного из них.

8. Элеваторы должны обеспечивать нормальную работу с бурильными трубами, оснащенными резиновыми протекторными кольцами. Существующие конструкции элеваторов, надеваемых на свечу сверху, не предназначены для работы с трубами, оснащенными резиновыми протекторами. В то же время при комплексной механизации, когда элеватор надевается на свечу сверху, наличие протекторных колец любых размеров на бурильных трубах не сказывается на надежности и работоспособности элеватора этого типа.

9. Конструкция элеватора должна обеспечивать возможность проведения операции по расхаживанию снаряда при подъеме его из скважины. Необходимость в ней проявляется главным образом при бурении осложненных скважин. В настоящее время большинство полуавтоматических элеваторов при подъеме не обеспечивает проведение этой операции, однако применение элеваторов, надеваемых на свечу сверху и имеющих дистанционное управление, позволяет решить и этот важный вопрос.

10. Конструкция элеватора не должна осложнять аварийные работы при извлечении упущенного в скважину бурового снаряда. В этом отношении элеватор, надеваемый на свечу сверху, также предпочтительнее. Отсутствие наголовника не изменяет технологии проведения аварийных работ. В то же время элеватор, надеваемый на свечу сбоку, требует применения наголовника. Извлечение упавшего в скважину наголовника связано с серьезными осложнениями.

Произведенный анализ требований, предъявляемых к конструкции полуавтоматического элеватора, показывает, что элеватор, надеваемый на свечу сверху, отвечает этим требованиям в гораздо более высокой степени, чем элеватор, надеваемый на свечу сбоку.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна