Требования, предъявляемые к конструкциям буровых мачт

1. Конструкция мачты должна обеспечивать производство спуско-подъемных операций при бурении наклонных скважин, для этого в конструкции мачты следует предусматривать направляющие, по которым должен перемещаться талевый блок с подвешенным к нему элеватором. Направляющие могут быть жесткие или гибкие (трос). При больших углах наклона мачты (до 70—60° к горизонту) необходимо предусматривать центратор, предназначенный для центрирования бурильной свечи по оси скважины в процессе се навинчивания и развинчивания. При отсутствии центратора отвинчиваемая или навинчиваемая бурильная свеча провисает и перекашивается в резьбовом соединении, что приводит к ускоренному износу и поломке резьбового соединения бурильного замка.

Этим требованиям в наибольшей степени отвечает мачта МР-5А, по жестким направляющим которой перемещается каретка, имеющая устройство для фиксирования элеватора со свечой строго по оси скважины.

2. Система роликов кронблока на мачте должна, обеспечивать нормальную укладку каната на барабан лебедки станка.

На всех зарубежных мачтах, а также на мачтах МНБ-1 и МРУГУ ролики кронблока располагаются таким образом, что одна ветвь каната находится над осью вращателя бурового станка, а другая — над серединой барабана лебедки. Благодаря этому обеспечиваются нормальные условия навивки каната на. барабан лебедки без применения различных отклоняющих или направляющих роликов.

Мачты с отклоняющими роликами по типу МР-5А имеют следующие недостатки:

а) рабочий канат, имеющий лишний перегиб, быстрее изнашивается;

б) ствол мачты выдерживает расчетные нагрузки только в том случае, если направление приложения внешних сил не изменено. Это положение справедливо и для мачт, имеющих отклоняющие ролики. Если по какой-либо причине рабочий канат соскакивает с отклоняющего ролика, меняется направление приложения внешних сил и ферма мачты будет деформирована. Следовательно, мачты, имеющие отклоняющие ролики, по эксплуатационным качествам менее надежны и будут способствовать ускоренному износу талевого каната.

3. Мачта должна быть простой в изготовлении и допускать возможность ремонта ее в условиях мастерских геологоразведочных экспедиций и партий.

Наиболее простой и дешевой в изготовлении является мачта, ствол которой выполнен из одной трубы. Такие мачты более надежны в эксплуатации ввиду того, что труба лучше воспринимает крутящий и изгибающий моменты.

Проведенные расчеты показывают, что при сохранении допускаемой гибкости, Л=120 при длине ствола мачты l=12 м (бурильная свеча 9,5 м) необходимо иметь трубу диаметром Dп=572 мм при толщине степки b=6 мм

При этом площадь сечения ствола мачты (трубы) будет равна

Масса ствола мачты

Для мачты l=8 м (длииа свечи 6 м) необходимо иметь трубу диаметром 400 мм с толщиной стенки, равной 3 мм.

Здесь i — радиус инерции; Dп — наружный диаметр трубы; dвп — внутренний диаметр трубы; u — коэффициент закрепления ствола мачты; l — длина ствола мачты; F — площадь сечения трубы; G — масса трубы.

Наша промышленность таких труб не выпускает, а гнуть их па заводе по специальному заказу в небольших объемах экономически нецелесообразно.

Фермовая конструкция мачты, хотя и сложнее в изготовлении, но при равной прочностной характеристике будет легче и проще при ремонте в геологоразведочных партиях.

4. При изменении угла наклона мачты буровой станок не должен перемещаться для совмещения оси шпинделя вращателя с осью перемещения грузового каната и элеватора.

Все существующие мачты при изменении угла наклона требуют либо перемещения станка, либо допущения определенной несоосности шпинделя вращателя с линией перемещения элеватора.

При монтаже мачт первого типа затрачивается дополнительное время на перемещение и центровку бурового станка. При работе на мачтах второго типа, в которых конструктивно заложена определенная несоосность, вызывается повышенный износ шпиндельной трубы. Кроме того, в процессе спуска или подъема бурильная колонна будет прижиматься к какой-либо стенке скважины и способствовать ускоренному износу обсадной колонны, а при определенных условиях разрабатывать желоб в скважине. Установка такой колонны па подкладную вилку свечеразворота требует приложения дополнительных усилий рабочего.

Этому требованию наиболее полно отвечает мачта конструкции фирмы «Лонгир», которая крепится к вращателю бурового станка и наклоняется одновременно с поворотом вращателя.

5. Высота мачты должна соответствовать существующим нормалям и ГОСТ.

С увеличением высоты мачты (вышки) сокращаются затраты времени на спуско-подъемные операции, ввиду того что при подъеме бурильных свечей большей длины обеспечивается возможность сокращения числа таких операций, как навинчивание и развинчивание свечей, надевание и снятие элеватора, перенос и установка свечи на подсвечник и на ось скважины

В то же время с увеличением высоты мачты металлоемкость и затраты труда на ее изготовление растут, а также усложняются работы по монтажу, демонтажу и перевозке мачты (вышки).

Увеличение высоты мачты влечет за собой увеличение массы и мощности всей буровой установки по следующим причинам:

а) на барабан лебедки необходимо навивать рабочий канат большой длины. В связи с этим необходимо увеличивать диаметр п длину барабана лебедки, а следовательно, массу и габаритные размеры бурового станка;

б) увеличение диаметра барабана лебедки при сохранении постоянной нагрузки на крюке потребует либо увеличения мощности привода бурового станка, либо увеличения передаточного отношения коробки скоростей станка, что, в свою очередь, вызовет увеличение габаритных размеров и массы бурового станка.

Вместе с этим длина бурильной свечи ограничивается ее продольным изгибом от собственной массы, так как при достижении бурильной свечой критической длины она. теряет устойчивость и разрушается.

В пределах критической длины бурильной свечи наиболее объективным критерием, позволяющим учесть и оценить эти противоположные тенденции, является себестоимость 1 м бурения. С этой целью для каждой глубины скважины L строится график (рис. 51). На графике по оси абсцисс откладываются значения высоты вышки Н, по оси ординат откладываются стоимости, отнесенные к 1 м бурения.

После этого на графике строятся две кривые: R1 — стоимость эксплуатационных расходов, зависящих от вышки, и R2 — стоимость производства спуско-подъемных операций.

Стоимость эксплуатационных расходов R1, отнесенных к 1 м бурения, определяется по формуле

где C1 — стоимость собственно вышки, руб.; C2 — стоимость ремонта вышки за весь срок ее эксплуатации, руб.; C3 — стоимость одного монтажа-демонтажа вышки, руб; C4 — стоимость одной перевозки вышки, руб.; n — число перевозок вышки за время ее эксплуатации; Q — объем бурения, выполненный с помощью вышки за время ее эксплуатации, м.

Стоимость производства спуско-подъемных операций R2, отнесенная к 1 м бурения, определяется по формуле

где T — время, затрачиваемое на производство спуско-подъемных операций при проходке скважины па глубину L м, ст.-смен; r —стоимость 1 ст.-смены, руб.; L — средняя глубина скважины, м; n — число пробуренных скважин за время -эксплуатации вышки,

где Qycт — годовой объем бурения, выполненный буровой установкой, которую комплектует данная вышка, м; К1 — календарный срок службы буровой вышки в годах;

где t — среднее время, затрачиваемое на спуск и подъем бурильной свечи при проходке скважины па глубину L м, ст.-смен; l — длина бурильной свечи, м; h — рейсовая углубка скважины, м; Kr — коэффициент, учитывающий дополнительные рейсы, связанные с аварийными работами, подъемом утерянного керна и т. д.

Очевидно, что оптимальной высоте вышки соответствует на графике точка пересечения кривых R1 и R2 (см. рис. 51).