13.1. Диагностирование буровых установок

Буровые установки представляют собой сложные технические системы, включающие комплекс машин, механизмов и сооруже­ний. Техническое состояние буровой установки определяется со­стоянием ее составляющих, в том числе: основных грузоподъемных механизмов (лебедка, талевая система); металлоконструкций выш­ки; вспомогательных механизмов для выполнения спуско-подъемных операций на буровой площадке и приемных мостках; сосудов систем пневмооборудования установки, работающих под давлени­ем; циркуляционных систем приготовления и подачи буровых рас­творов; комплекса приводов буровых роторов и другого оборудо­вания.

Диагностирование (в НТД чаще используется термин «обследо­вание») буровых установок производится с целью оценки их техни­ческого состояния как в период расчетного срока службы, так и вы­работавших свой расчетный ресурс.

При истечении нормативного срока эксплуатации обследование является обязательной процедурой и проводится с определенной пе­риодичностью.

В соответствии с РД, разработанными АО «Уралмаш» и Волго­градским заводом буровой техники, предусматривают три вида об­следования буровых установок с истекшим сроком эксплуатации: первичное, повторное и внеочередное.

Первичное обследование проводят по истечении нормативного срока эксплуатации, установленного заводом-изготовителем обору­дования (обычно 7 лет с начала эксплуатации). Период, на который Может быть продлен срок службы бурового оборудования, устанав­ливают исходя из требований нормативных документов и фактиче­ского состояния оборудования.

Повторное обследование проводят по истечении срока, установ­ленного первичным обследованием. Количество повторных обследо­ваний не ограничивается. Срок до последующих обследований на­значают не более трех лет. Возможность дальнейшей эксплуатации определяют общим состоянием бурового оборудования, экономиче­скими показателями и затратами на ремонт.

Внеочередное обследование буровых установок проводят в сле­дующих случаях:

• если в процессе эксплуатации наблюдается неоднократное по­явление дефекта в узлах металлоконструкций и механизмах;

• при наличии деформаций, возникающих в результате высоких динамических нагрузок, переподъема, пожара и т.п.;

• если буровая установка подлежит перемонтажу или реконструкции.

Обследованию подвергают буровые установки, находящиеся в рабочем состоянии и установленные на месте эксплуатации, в том числе буровые вышки, основание буровой установки, установленное на них оборудование, устройство для подъема вышек, а также элек­трооборудование и электроаппаратуру. Вышку можно обследовать как в вертикальном, так и в горизонтальном положении. Решение об этом принимает экспертная комиссия.

При проведении обследования выполняют следующие основные работы:

• ознакомление с технической эксплуатационной и ремонтной документацией буровой установки и ее анализ;

• внешний осмотр комплекса буровой установки, характеризую­щий визуально общее состояние металлоконструкций, механизмов, агрегатов, электро -, гидро - и пневмооборудования, проверку ком­плектности буровой установки;

• проверку состояния основных несущих элементов металлокон­струкций с применением методов неразрушаюшего контроля;

• проверку состояния механизмов, агрегатов, канатов, канатноблочных систем и других узлов и деталей с проведением необходи­мых измерений величины износа элементов механизмов;

• проверку состояния электрооборудования, электроаппаратуры, приборов безопасности, гидро- и пневмооборудования;

• отбор проб образцов (при необходимости) для химического анализа и проверки механических свойств несущих элементов метал­локонструкций.

Необходимость определения химического состава и механиче­ских свойств металла может возникнуть в следующих случаях:

• в паспортах на конструкции буровой установки отсутствуют документы, удостоверяющие марку, химический состав и механиче­ские свойства металла на основные несущие и вспомогательные эле­менты металлоконструкций;

• температурный режим эксплуатации буровой установки, ука­занный в паспорте конструкций, не соответствует температурному режиму, указанному в документах (сертификатах и др.) для данных марок сталей;

• если в проверяемом элементе возникли трещины;

• когда необходимо определение фактического состояния метал­ла в металлоконструкциях для оценки усталости металла.

После полного проведения обследования технического состоя­ния буровой установки и устранения всех обнаруженных неисправ­ностей (в случае принятия комиссией решения о необходимости испытаний) проводят контрольные статические испытания буровой ус­тановки, а также контрольные статические и динамические испытания вспомогательного грузоподъемного оборудования. Измерение обнаруженных при визуальном осмотре деформаций балок, ферм и других элементов металлоконструкций буровой установки выполняют с помощью натянутой струны, относительно которой за­веряют расстояние до соответствующего элемента металлоконструкции. Струну натягивают параллельно элементу на некотором расстоянии, позволяющем обойти имеющиеся на конструкции выступы (кронштейны, фланцы и пр.).

Скручивание балок, ферм и других горизонтально расположенных конструкций определяют с помощью отвесов с замером расстоя­ния от кромок верхнего и нижнего поясов до отвеса в 3-4 сечениях, равномерно расположенных по пролету между опор. Проверку перпендикулярности вертикально расположенных конструкций произ­водят с помощью отвеса или с применением теодолита и реек. При обнаружении дефектов или признаков их наличия на участках элементов металлоконструкций или сварных швов эти зоны очищают от грязи, краски, пыли, а также продуктов коррозии до металлического блеска. Для наиболее объективного получения

информации о дефектах применяют неразрушающие методы кон­троля.

При выявлении трещин следует обратить внимание на направления развития трещин и их распространение на следующие элементы:

• стыковые соединения;

• фланцевые соединения;

• узлы примыкания элементов конструкций;

• стыки поясов;

• зоны резкого перехода сечений;

• сварные швы, расположенные поперек действующего в растя­нутых элементах усилия;

• зоны сближения сварных швов менее 50 мм;

• болтовые соединения.

Особое внимание обращают на места, подвергшиеся ранее ре­монту с применением сварки, выполненной в процессе эксплуата­ции буровой установки. Контролируют состояние сварного шва и околошовную зону (шириной 20...30 мм), так как здесь возможно об­разование вторичных трещин из-за некачественных швов, получен­ных при определенных неудобствах выполнения сварочных работ.

Степень поражения металла коррозией определяют путем срав­нения размеров толщин элементов металлоконструкции в поражен­ном коррозией месте с неповрежденным сечением элемента. При этом контроль осуществляют или непосредственным измерением толщины открытого сечения элемента стандартным мерительным инструментом, или с помощью ультразвукового толщиномера для замкнутых сечений. Допускаемые минимальные толщины стенок не должны быть менее 80 % от их номинальной толщины.

При контроле болтовых соединений особое внимание обращают на наличие подкладок, зазоры по стыкам, затяжку болтов (100 % контроль), наличие предохраняющих против отвинчивания элемен­тов: пружинных шайб, отгибных шайб, контргаек, шплинтов и пр., степень поражения коррозией крепежных деталей.

Наличие трещин в болте устанавливается визуально или, при от­сутствии внешних признаков трещин, средствами неразрушающего контроля. При обнаружении хотя бы одного болта с трещиной про­изводится контроль всех болтов контролируемого соединения путем осмотра при последовательном их вывинчивании.

При обнаружении ослабленного болта производится его затяжка динамометрическим ключом или специальным ключом с контролем крутящего момента заданной величины. В каждом болтовом соеди­нении несущих элементов металлоконструкции контролируется за­тяжка всех болтов.

Пальцы и оси, соединяющие элементы металлоконструкций, при выявлении повреждений фиксирующих элементов (ригелей, торцевых шайб, гаек и т.п.), что является свидетельством наличия осевых уси­лий в соединении, следует демонтировать и подвергнуть их и их поса­дочные места тщательному осмотру на предмет выявления дефектов.

Наряду с металлоконструкциями обследованию должны быть подвергнуты следующие основные объекты оборудования буровой установки:

• буровые лебедки, барабаны, валы, редукторы;

• тормозные устройства (ленточные, гидродинамические и элек­тромагнитные тормоза, рукоятки тормозные);

• агрегаты талевой системы (кронблоки, талевые блоки, шкивы, крюки и специальные подвески, устройства для крепления непод­вижной ветви талевого каната);

• талевые канаты;

• муфты (постоянные, сцепные, электромагнитные);

• цепные передачи (звездочки, цепи);

• карданные валы;

• вертлюги;

• буровые роторы с трансмиссией;

• манифольд;

• оборудование циркуляционной системы;

• комплекс дизель-гидравлического привода;

• дополнительные механизмы, обеспечивающие спуско-подъемные операции (ключи для свинчивания и развинчивания свечей, уст­ройства для удаления колонны бурильных труб, пневмораскрепители, вспомогательные лебедки);

• буровые насосы;

• приводы буровых установок (механические, гидравлические и пневматические);

• тали вспомогательных грузоподъемных устройств;

• лебедки вспомогательные;

• компенсаторы монтажные;

• система пневмоуправления;

• сосуды, трубопроводы и т.п., работающие под давлением. Обследование состояния механизмов, канатно-блочных систем грузозахватных приспособлений и других объектов оборудования включает следующие этапы:

• визуальный внешний осмотр всех без исключения агрегатов, узлов и деталей объектов оборудования и проверка их состояния без разборок;

• проверка состояния агрегатов и их элементов, связанная с раз­боркой и инструментальными измерениями дефектов и неисправно­стей;

• анализ обнаруженных неисправностей и составление заключе­ния по результатам обследования.

После предварительного внешнего контроля агрегатов, узлов и доступных для осмотра открытых деталей производят вскрытие смотровых крышек или разборку механизмов для проверки их со­стояния и проведения инструментальных измерений обнаруженных неисправностей. Необходимость разборки соответствующего меха­низма дополнительно обусловливается также появлением повышен­ного шума или вибрации, повышенной температурой нагрева. Со­стояние подшипников наиболее эффективно оценивается по резуль­татам контроля их вибрации.

При обследовании гидро- и пневмооборудования буровых уста­новок руководствуются соответствующими инструкциями по экс­плуатации предприятий-изготовителей. Перечисленное оборудова­ние и трубопроводы при этом испытываются на функционирование.

Обследование состояния электрооборудования и электроаппара­туры включает следующие этапы:

внешний осмотр электрооборудования и электроаппаратуры и проведение необходимых для безопасной работы проверок (изме­рений);

• проверка функциональной работоспособности электрообору­дования и электроаппаратуры;

• разборка (при необходимости) с проведением электрических и механических измерений для подтверждения возможности нормаль­ ной эксплуатации электрооборудования и электроаппаратуры.

Измеряется величина сопротивления изоляции с целью обеспе­чения безопасности работы электрооборудования и обслуживающего Персонала, а также сопротивления резисторов — с целью обеспече­ния соответствующих характеристик электродвигателей. Проверка Величин растворов и провалов главных и вспомогательных контактов пускателей, контакторов и реле панелей управления осуществляется измерением величин растворов и провалов и сопоставлением их с требуемыми значениями, указанными в инструкции по эксплуата­ции или других технических документах на проверяемую аппаратуру. Степень износа главных и вспомогательных контактов , пускате­лей, реле и контакторов не должна превышать 50 % первоначальной толщины контакта.

Правильность установки и прилегания щеток проверяется визу­ально. При нормальном прилегании щетки должны иметь блестя­щую поверхность по всей площади соприкосновения с контактными кольцами.

По результатам внешнего осмотра и проведения необходимых измерений принимается решение о проверке работоспособности электрооборудования буровой установки под напряжением, а также проверке всех видов защиты и конечных ограничителей, предусмот­ренных паспортом буровой установки, в том числе нулевой, аварий­ной и максимальной защиты, конечных выключателей, ограничите­лей предельных нагрузок, блокировок от работы буровых насосов на закрытый (замерзший, забитый раствором) манифольд и т. п.

Проверка регулировки и настройки электроаппаратуры включает контроль величин параметров срабатывания максимальных и тепло­вых реле, реле времени и др., которые должны соответствовать дан­ным, приведенным в таблицах на электрических принципиальных схемах.

Контроль работы основного и вспомогательного механизмов включает проверку:

• работоспособности механизмов;

• обеспечения механизмами доводочных (посадочных) скоростей;

• повышенной скорости подъема и спуска легких грузов;

• обеспечения ступенчатого и автоматического разгона и тормо­жения;

• реверсирования электродвигателей;

• работы ограничителя грузоподъемности.

Контроль и регулировочные работы проводятся в соответствии с инструкцией по эксплуатации механизмов буровой установки.

После устранения всех неисправностей, обнаруженных в процес­се обследования, и только в том случае, если имеются сомнения, что результаты обследования недостаточны для решения вопроса о даль­нейшей эксплуатации буровой установки, проводятся ее испытания под нагрузкой.

Перед испытанием буровая вышка должна быть отцентрована. Смещение талевой системы относительно центра ротора свыше 50 мм не допускается. На кронблочной площадке вышки должны быть установлены в двух плоскостях и закреплены нивелирные рей­ки. Показывающий и контрольный индикаторы веса, оттарированные с учетом диаметра талевого каната и величины испытательной нагрузки, должны располагаться в удобном для наблюдения месте на вышке или основании. При проведении испытаний допускается ис­пользование тензометрических и других способов измерений, даю­щих достоверные результаты.

На территории буровой установки на расстоянии, превышающем высоту вышки на 10 м, устанавливаются наблю­дательные пункты, снабженные теодо­литами, нивелирами или другими опти­ческими приборами.

Измерения величины прогиба эле­ментов в процессе испытания произво­дятся нивелированием или визировани­ем с помощью теодолита, а измерения отклонения наголовника вышки от вер­тикали — отвесом или теодолитом.

Общая схема крепления талевой системы к основанию вышки приведена на рис. 13.1.

Натяжение талевой системы осуще­ствляется буровой лебедкой с помощью вспомогательного привода или при по­мощи трактора. Управление двигателем вспомогательного привода лебедки должно производиться с пульта, выне­сенного за пределы вышки на расстоя­ние, превышающее высоту вышки не менее чем на 10 м. Схема нагружения вышки приведена на рис. 13.2.

На территории буровой установки на расстоянии, превышающем высоту вышки на 10 м, устанавливаются наблю­дательные пункты, снабженные теодо­литами, нивелирами или другими опти­ческими приборами.

Измерения величины прогиба эле­ментов в процессе испытания произво­дятся нивелированием или визировани­ем с помощью теодолита, а измерения отклонения наголовника вышки от вер­тикали — отвесом или теодолитом.

Общая схема крепления талевой системы к основанию вышки приведена на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Общая схема

крепления талевой системы к основанию вышки

В процессе испытания буровых установок испытательные нагруз­ки должны прикладываться плавно в три этапа. На каждом этапе ис­пытания производятся замеры отклонения наголовника и усадка вышки в нагруженном состоянии и после снятия нагрузки.

Для различных этапов нагружения рекомендуются следующие значения испытательных нагрузок:

где -допускаемая паспортная нагрузка на крюке, кН.

Рис.13.3. Соединение крюка

или автоматичесого элеват-

ора талевой системы буровой установки с опорными частя-

ми подвышечного основания:

1 – канат заякоривающий;

2 – однороликовый блок;

3 – нога вышки; 4 – стропы;

5 – съемная прокладка.

Рис. 13.4. Петля канатная:

а – общий вид; б – запасовка для двухопорной крышки; в – то же для четырехопорной крышки

Существенным недостатком описанного силового метода испы­таний вышек является высокая вероятность ее повреждения при на­грузке Q_ном3 = 1,2Q_ДОП. Кроме того, из-за высокой скорости нараста­ния нагрузки при использовании вспомогательного привода буровых лебедок вышки часто подвергаются нагрузке, превышающей допус­тимую испытательную. Для исключения этого недостатка Волгоград­ским заводом буровой техники разработана более безопасная техно­логия проведения испытаний, предусматривающая использование специальной оснастки, включающей испытательный гидроцилиндр и автономную гидростанцию для его привода. Применение такой ос­настки исключает возможность перегрузки и позволяет плавно регу­лировать скорость нагружения.

В качестве альтернативы испытаниям под нагрузкой служит раз­работанный ВНИИТБ совместно с МАИ им. С. Орджоникидзе спо­соб проверки несущей способности буровых вышек, заключающийся

Рис. 13.5. Схема системы импульсного нагружения: 1 – трос – оттяжка; 2 – парашутный замок; 3 – предохранительная петля; 4 – ролик; 5 - лебедка

в определении изгибных характеристик испытываемых вышек на ос­нове анализа их частотных характеристик с последующим расчетом реальной допустимой нагрузки на основе критерия динамической устойчивости. При этом частотные характеристики определяются экспериментально в процессе свободных изгибных колебаний испы­тываемой вышки, нагруженной до уровня, не превышающего допус­тимой эксплуатационной нагрузки.

Свободные изгибные колебания вышки создаются посредством ее импульсного нагружения с помощью канатной оттяжки, снабжен­ной парашютным замком. Свободный конец оттяжки крепится к вершине вышки, а натяжение осуществляется с помощью вспомога­тельной лебедки (рис. 13.5). Импульсная нагрузка вышки возникает при раскрытии парашютного замка и сброса натяжения оттяжки, При статических испытаниях производят замеры упругих деформа­ций несущих конструкций грузоподъемного устройства.

Контрольное динамическое испытание грузоподъемного устрой­ства производится грузом

где Q_ном — номинальная (паспортная) грузоподъемность, кН.

Этот способ является неразрушающим, не требует дополнитель­ных переоснащений вышки и может быть проведен над устьем буримой скважины. Вместе с тем для его реализации необходим спе­циальный комплекс информационно-измерительной аппаратуры и высокая квалификация исполнителей.

Контрольным испытаниям под нагрузкой подвергают также консольно-поворотный кран, тали и другое грузоподъемное вспомога­тельное оборудование буровой вышки.

Контрольные статические испытания несущих конструкций гру­зоподъемного оборудования производятся грузом Q_СТ = 1,25Q_НОМ.

При динамических испытаниях грузоподъемного оборудования вышки проверяют работоспособность механизмов, тормозов, элек­трооборудования, приборов и устройств безопасности.

Контрольные испытания вспомогательного грузоподъемного оборудования проводят, руководствуясь ПБ 10-382-00 «Правила уст­ройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».