Проектирование конструкции силовой головки полностью гидравлической буровой установки глубиной 3500 м
Минеральные ресурсы являются важным средством производства для человека, а также гарантией и материальной основой выживания и дальнейшего развития человеческого общества. Чем обильнее собственные ресурсы страны, тем выше степень защиты её экономического развития и тем выше надёжность поставок ресурсов.
В последние 20 лет XX века, опираясь на богатые внутренние неглубокие залежи полезных ископаемых, Китай успешно достиг первой экономической цели – «учетверения ВВП». Однако, с непрерывным расширением масштабов экономики и ростом населения, резко возрос спрос на такие минеральные ресурсы, как нефть, природный газ, железо, медь, феррохром и калий, и противоречие между социально-экономическим развитием и недостаточным предложением ресурсов и состоянием окружающей среды становится всё более заметным. В настоящее время глубина разведки и добычи иностранных твёрдых полезных ископаемых превысила 2000 м. В связи с постоянным укреплением горнодобывающей промышленности Китая, количество открытых карьеров, неглубоких шахт и легко идентифицируемых шахт сокращается, а извлекаемые запасы важных ресурсов значительно сократились. Удовлетворить требования модернизации сложно, что серьёзно ограничивает будущее экономическое развитие. В настоящее время в Китае в буровом оборудовании по-прежнему преобладают вертикально-шахтные буровые установки, разработанные в 1970-х годах. За исключением нескольких моделей с глубиной бурения до 3000 м, большинство моделей имеют глубину бурения менее 2000 м. Существующее буровое оборудование не может удовлетворить потребности глубокой разведки ни с точки зрения производительности бурения, ни с точки зрения адаптации к различным новым методам бурения. Для обеспечения мощной поддержки глубокой геологической разведки и исследований литосферного бурения крайне важно провести исследование полного комплекса технологий и оборудования для кернового бурения глубоких скважин. В связи с этим Геологическая служба Китая проводит исследование «Оборудование для кернового бурения глубиной 3500 м» в рамках проекта по наземному исследованию «Двенадцатой пятилетки». В данной статье в основном анализируется процесс проектирования силовой головки буровой установки.
1. Требования к функциям и конструкции силовой головки
Будучи одним из основных компонентов буровой установки, силовая головка предназначена для обеспечения необходимого крутящего момента и скорости вращения бурильной трубы и бурового инструмента, что обеспечивает непрерывное вращение долота для разрушения породы и непрерывного расширения скважины. Поэтому её конструкция и эксплуатационные характеристики должны соответствовать следующим требованиям процесса бурения:
(1) Скорость и крутящий момент силовой головки должны соответствовать требованиям процесса бурения. В процессе бурения крутящий момент и частота вращения, необходимые для буровой головки, определяются природой и структурой породы на забое скважины, а также диаметром буровой головки и методом бурения. Необходимо обеспечить оптимальную регулировку скорости и крутящего момента силовой головки, а диапазон регулировки должен быть совместим с процессом и методом бурения, чтобы максимально соответствовать требованиям различных условий.
(2) Силовая головка должна быть оснащена соответствующими буровыми и подъемными устройствами под давлением, отвечающими требованиям процесса бурения под давлением и без давления.
(3) Шестерни и подшипники в силовой головке должны быть хорошо смазаны во время процесса бурения, чтобы избежать обычных поломок шестерен, таких как износ поверхности зубьев, точечная коррозия поверхности зубьев и склеивание поверхности зубьев; это может гарантировать, что подшипники не перегорят из-за чрезмерной температуры, что может продлить срок службы подшипника.
(4) Диаметр сквозного отверстия силовой головки должен соответствовать типу буровой установки, процессу и методу бурения.
(5) Силовая головка должна быть устойчивой во время вращения, с минимальными вибрациями и шумом.
2 Основные технические параметры конструкции силовой головки основаны на
Исходя из требуемой глубины бурения буровой установки 3500 м, основные технические параметры силовой головки буровой установки определяются следующим образом: выходной крутящий момент 3000-13000 Н·м, давление в системе 31 МПа, частота вращения шпинделя 0-605 об/мин, грузоподъемность 800 кН.
3. Проектирование схемы силовой головки
3.1 Конструкция общей структурной схемы силовой головки буровой установки. Силовая головка принимает режим привода двух двигателей и одноступенчатого редуктора в начале. Рабочий объем двух двигателей составляет 190 мл/об, а скорость может регулироваться бесступенчато. Поставщик рекомендует выбрать 4 комплекта двигателей 160 мл/об, поскольку на рынке много двигателей 160 мл/об, цена доступна, а срок поставки короткий. Цена высокая, а срок поставки длительный, поэтому в конечном итоге принят метод привода 4 двигателей и одноступенчатого редуктора. Приводной двигатель является бесступенчатым и может бесступенчато изменяться между максимальным рабочим объемом и рабочим объемом, поэтому он имеет широкий диапазон регулирования скорости, так что конечная выходная скорость силовой головки может адаптироваться к потребностям различных условий бурения. Бесступенчатое изменение скорости вращения силовой головки (переменный крутящий момент) осуществляется посредством электрического пропорционального управления, а бесступенчатое изменение скорости вращения силовой головки (регулировка объёмной скорости) – путём управления выходным потоком насоса. В системе трансмиссии используется одноступенчатая зубчатая передача, что позволяет уменьшить конструктивные размеры силовой головки, повысить её КПД и максимально реализовать передаваемый крутящий момент.
Выше представлено описание конструкции силовой головки полностью гидравлической буровой установки для колонкового бурения глубиной 3500 м. Компания YK Drill — профессиональный производитель крупногабаритных буровых установок с погружным пневмоударником и установок для бурения скважин на воду, работающих в условиях сильного, среднего и слабого ветрового давления, в провинции Шаньдун. Наш завод располагает различными типами буровых установок, которые подойдут именно вам. Свяжитесь со службой поддержки клиентов, чтобы быстро получить выгодное предложение!
