Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Буровая установка — сложный машиностроительный комплекс, объединяющий десятки механизмов и систем для строительства нефтяных и газовых скважин. Подшипники качения являются критически важными элементами всех основных агрегатов буровой: роторного стола, буровой лебёдки (drawworks), буровых насосов и верхнего привода (Top Drive). Условия их эксплуатации относятся к категории особо тяжёлых: высокие осевые и радиальные нагрузки, ударные воздействия, вибрация, загрязнённая среда и широкий диапазон рабочих температур от −45 до +50 °C.
Надёжность подшипниковых узлов напрямую определяет безаварийную работу буровой установки и, как следствие, непрерывность процесса бурения. Простой буровой из-за замены подшипника — это потеря времени на дорогостоящую скважину. Поэтому выбор типоразмера, класса точности, материала и смазки подшипника должен выполняться с учётом всех действующих нагрузок и условий среды.
Буровые установки серии Уралмаш — одни из наиболее распространённых в отечественной нефтегазовой отрасли. Установка БУ 3000ЭУК предназначена для бурения скважин условной глубиной до 3000 м, а БУ 5000/320ЭУК — для глубоких и сверхглубоких скважин до 5000 м в климатических условиях от −45 до +40 °C. Установки имеют электрический регулируемый привод и блочно-модульную конструкцию. В состав входят вышечно-лебёдочный блок (ВЛБ) с ротором, лебёдкой и приводом, а также насосный блок с буровыми насосами типа УНБТ-950.
Роторы Р-560 устанавливаются на установках Уралмаш 3000, 4000, 5000 и оснащены основным упорным подшипником стола, вспомогательным центрирующим подшипником и коническими подшипниками приводного вала.
Компания Bentec (Германия) производит буровые установки серии Euro Rig грузоподъёмностью от 200 до 450 тонн. Установка Euro Rig 350 имеет мощность лебёдки 1500 л.с. и рассчитана на глубину бурения до 6000 м. Euro Rig 450 обладает увеличенной грузоподъёмностью и мощностью привода. Все установки сертифицированы по стандартам API и DIN EN, оснащены частотно-регулируемыми приводами (VFD) переменного тока. Bentec производит ключевые механические компоненты — лебёдки, верхние приводы, буровые насосы — собственной разработки.
NOV — один из крупнейших мировых производителей бурового оборудования. Компания выпускает зубчатые лебёдки серии SSGD (Single Speed Gear Driven) различной мощности, активные компенсационные лебёдки AHD (Active Heave Drawworks) с непрерывной мощностью до 5750 л.с. и нагрузкой на крюке до 1000 коротких тонн (907 т) при 14 линиях оснастки, а также буровые насосы и верхние приводы. Оборудование NOV применяется как на наземных, так и на морских буровых установках по всему миру.
Роторный стол — механизм, передающий крутящий момент на бурильную колонну и воспринимающий осевую нагрузку от веса инструмента. Подшипниковый узел ротора является одним из наиболее нагруженных в буровой установке: он работает под действием значительных осевых сил (вес бурильной колонны — десятки и сотни тонн), радиальных нагрузок и крутящего момента.
В станине ротора (например, Р-560 для установок Уралмаш) установлен основной упорный подшипник, на который опирается стол ротора с зубчатым венцом. Этот подшипник воспринимает всю осевую нагрузку от веса бурильного инструмента, направленную вниз. В зависимости от конструкции и производителя ротора применяются крупногабаритные упорные роликовые подшипники различных типов: упорные сферические роликовые серий 293 и 294 (по ISO 104), упорные конические роликовые типа TTHD (Timken), а также крупногабаритные шариковые упорные подшипники.
Упорные сферические роликовые подшипники серий 29300/29400 (Timken, SKF) способны воспринимать очень высокие осевые нагрузки при одновременной компенсации несоосности. Сферический профиль опорной шайбы обеспечивает самоустанавливаемость, что важно для роторного стола, подвергающегося неравномерным нагрузкам при бурении.
Снизу в станине ротора установлен вспомогательный подшипник, задача которого — центрировать стол ротора и воспринимать осевые нагрузки, направленные вверх (например, при подъёме инструмента с вращением). Этот узел опирается на фланец, закреплённый болтами к нижнему торцу стола ротора. Фланец образует масляную ванну для нижней опоры.
Приводной вал ротора Р-560 опирается на два конических роликовых подшипника со стороны конической шестерни и на цилиндрический роликовый подшипник с противоположной стороны. Конические подшипники воспринимают комбинированные (осевые и радиальные) нагрузки от зубчатой передачи. Полость между подшипниками является масляной ванной. Уплотнение — лабиринтного типа, предохраняющее от попадания бурового раствора.
Буровая лебёдка (drawworks) — главный подъёмный механизм установки, осуществляющий спуско-подъёмные операции (СПО) с бурильной колонной, обсадными трубами и инструментом. Лебёдка подвергается значительным динамическим нагрузкам: рывки при подъёме, ударные нагрузки при торможении, вибрация.
Главный барабан лебёдки опирается на сферические роликовые подшипники серий 231, 232, 240 и 241 (по ISO 15). Эти двухрядные самоустанавливающиеся подшипники компенсируют неизбежные деформации вала барабана под нагрузкой и несоосность опор в тяжёлых условиях работы. Для лебёдок мощностью 1000–3000 л.с. характерны типоразмеры с внутренним диаметром от 200 до 400 мм.
Применяется увеличенный радиальный зазор C3 или C4 для компенсации теплового расширения при интенсивных СПО. Сферические роликовые двухрядные подшипники выдерживают высокие ударные нагрузки, характерные для спуско-подъёмных операций.
В трансмиссии лебёдки (валы шестерён, промежуточные валы, вал электродвигателя) используются конические и цилиндрические роликовые подшипники. Конические роликовые подшипники воспринимают комбинированные нагрузки от зубчатых передач (шевронных и косозубых). В приводных лебёдках Bentec (Gear Driven Drawworks) и NOV (SSGD) трансмиссия упрощена за счёт применения мощных AC-двигателей, что снижает количество промежуточных подшипниковых узлов.
В дисковых тормозах современных лебёдок применяются подшипники качения для опор тормозного вала. При аварийном торможении нагрузки на эти подшипники кратковременно возрастают в несколько раз, что требует повышенной динамической грузоподъёмности.
Для лебёдки буровой установки класса 320 тс (например, Уралмаш 5000/320ЭУК) характерна следующая схема опор барабана: фиксированная опора — сферический роликовый подшипник серии 241 (например, 24140 CC/W33: d=200 мм, D=340 мм, B=140 мм, C=1865 кН, C0=2800 кН) с зазором C3; плавающая опора — цилиндрический роликовый подшипник серии NU или NJ. Такая схема «фиксированная + плавающая опора» (locating / non-locating) является стандартной для тяжёлых валов и рекомендуется каталогами SKF, Schaeffler и Timken.
Буровой насос — один из наиболее нагруженных агрегатов буровой установки. Он нагнетает буровой раствор в скважину под высоким давлением (до 32–50 МПа) для промывки забоя, охлаждения долота и выноса шлама. Конструкция силовой части (power end) бурового насоса включает кривошипно-шатунный механизм с несколькими подшипниковыми узлами.
УНБТ-950 — трёхпоршневой буровой насос одностороннего действия горизонтального исполнения, применяемый в установках Уралмаш для скважин глубиной до 5000 м. Насос соответствует требованиям ГОСТ 6031-81. Смазка деталей осуществляется принудительно трансмиссионным маслом из картера при помощи шестерённого насоса, подающего масло под давлением к подшипникам, зубчатым передачам и крейцкопфным направляющим.
Серия PZ (модели PZ-7, PZ-8, PZ-9, PZ-10, PZ-11) от Gardner Denver — трёхпоршневые насосы одностороннего действия, широко используемые на буровых установках Bentec, NOV и других. Силовая рама отлита из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (nodular iron). Конструкция предусматривает полностью роликоподшипниковый привод (full roller-bearing construction).
Подшипниковые узлы типового бурового насоса (Gardner Denver PZ, аналогично — УНБТ-950) включают:
Для насосов серии PZ (Gardner Denver) документация производителя указывает: подшипники коренного вала — двухрядные сферические роликовые; промежуточный вал — тяжёлые цилиндрические роликовые; головки шатунов — однорядные цилиндрические роликовые (на эксцентриках); пальцы крейцкопфа — двухрядные цилиндрические роликовые. Зубчатая передача выполнена шевронной (double helical / herringbone), что минимизирует осевые нагрузки на подшипники.
Тип: трёхпоршневой одностороннего действия, горизонтальный
Класс мощности: 950 л.с.
Максимальное давление нагнетания: зависит от диаметра поршня (до 32 МПа при минимальном диаметре втулки)
Масса (без шкива и компенсатора): около 21 500 кг
Компенсатор на выходе: ПК 70-320
Смазка: принудительная, трансмиссионным маслом из картера (шестерённый насос)
Стандарт: ГОСТ 6031-81
Верхний привод (Top Drive) — механизм, подвешенный на талевой системе и передающий крутящий момент непосредственно на бурильную колонну. В современных установках (Bentec, NOV, Уралмаш) Top Drive всё чаще заменяет роторный стол как основной источник вращения. Компоненты Bentec Top Drive: гидравлический вертлюг, система подвеса, шарнирный механизм (link-tilt), трубный ключ, направляющая балка для восприятия реактивного момента.
Главный вал Top Drive опирается на комбинацию упорных и радиальных подшипников. Упорные подшипники (конические роликовые или упорные сферические роликовые) воспринимают вес бурильной колонны, передаваемый через вертлюг. Радиальные подшипники (сферические роликовые или цилиндрические роликовые) обеспечивают центрирование вала и восприятие радиальных нагрузок от боковых сил.
Нагрузка на упорные подшипники Top Drive аналогична нагрузке на подшипник роторного стола и может достигать полной грузоподъёмности на крюке (от 170 до 450+ тонн для наземных установок рассматриваемых классов).
В редукторных Top Drive (с зубчатой передачей между двигателем и главным валом) применяются конические и цилиндрические роликовые подшипники для опор промежуточных валов. В прямоприводных (direct drive) конструкциях промежуточные подшипники отсутствуют, что упрощает обслуживание.
Подшипниковые узлы бурового оборудования эксплуатируются в условиях, существенно отличающихся от типового промышленного применения: широкий диапазон температур (от −45 до +50 °C); агрессивная среда (буровой раствор, сероводород, песок, влага); высокие ударные и вибрационные нагрузки; удалённость от сервисных баз.
Для подшипников роторного стола и лебёдки применяются масляные ванны с принудительной циркуляцией или картерная смазка. Масло должно обладать высокими противозадирными (EP) свойствами и стабильностью при низких температурах (вязкость при −40 °C — определяющий параметр для арктических условий).
Для подшипников буровых насосов УНБТ-950 применяется принудительная смазка трансмиссионным маслом из картера, подаваемым шестерённым насосом по специальным каналам к подшипникам, зубчатым передачам и направляющим крейцкопфа.
В узлах, где применяется пластичная смазка (например, подшипники для насосов в открытых корпусах), рекомендуются составы на базе литиевого комплекса или сульфоната кальция с EP-присадками, класса NLGI 2, с температурой каплепадения не ниже 250 °C.
Лабиринтные уплотнения — основной тип защиты подшипниковых узлов ротора от попадания бурового раствора. В насосах уплотнение обеспечивается конструкцией картера и сальниковыми устройствами. Попадание абразивных частиц (песок, шлам) в подшипник является основной причиной преждевременных отказов в буровом оборудовании.
Периодичность обслуживания подшипниковых узлов бурового оборудования определяется документацией производителя и зависит от наработки (в часах или метрах проходки). Типовые операции: контроль уровня и состояния масла в масляных ваннах (ротор, лебёдка); анализ масла на содержание продуктов износа и загрязнений; контроль температуры подшипниковых узлов (термометрия, тепловизионный контроль); вибродиагностика приводных валов и барабана лебёдки; проверка состояния уплотнений.
Роторный стол воспринимает осевую нагрузку от веса бурильной колонны, которая может достигать сотен тонн. Упорные сферические роликовые подшипники серий 293/294 обладают наивысшей осевой грузоподъёмностью среди подшипников качения и способны компенсировать несоосность, неизбежную при деформации станины ротора. Сферический профиль опорной шайбы обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всем роликам даже при перекосах.
В типовом трёхпоршневом насосе (УНБТ-950, Gardner Denver PZ) используются: двухрядные сферические роликовые подшипники на коренном валу; однорядные цилиндрические роликовые подшипники на головках шатунов (big end); двухрядные цилиндрические роликовые на пальцах крейцкопфа (wrist pin). Такая схема обеспечивает полностью роликоподшипниковую конструкцию (full roller-bearing construction), что значительно увеличивает ресурс по сравнению с подшипниками скольжения.
Вал барабана буровой лебёдки работает при значительных радиальных нагрузках (натяжение каната) и подвержен ударным воздействиям при спуско-подъёмных операциях. Сферические роликовые подшипники серий 231, 232, 240, 241 обладают высокой динамической грузоподъёмностью, способностью компенсировать несоосность опор (до 2°) и стойкостью к ударным нагрузкам. Двухрядная конструкция обеспечивает восприятие как радиальных, так и умеренных осевых сил.
Для основных подшипниковых узлов бурового оборудования (лебёдка, ротор, насос) рекомендуется увеличенный зазор C3 или C4 (по ISO 5753-1). Это обусловлено: тепловым расширением внутреннего кольца при работе; посадкой с натягом на вал; возможными деформациями корпусов под нагрузкой. Стандартный зазор CN при высоких нагрузках и нагреве может привести к защемлению тел качения и преждевременному выходу подшипника из строя.
Основной метод защиты — лабиринтные уплотнения, образуемые кольцевыми проточками в станине и столе ротора. Лабиринтное уплотнение не имеет контактных элементов (в отличие от манжетных уплотнений) и не изнашивается при вращении, но эффективно препятствует проникновению раствора в масляную ванну. Для нижней опоры дополнительную защиту обеспечивает цилиндрический фланец, формирующий отдельную масляную ванну. Регулярная проверка уровня и состояния масла позволяет своевременно выявить нарушение герметичности.
Принципиальная схема подшипниковых узлов одинакова — оба насоса используют роликовые подшипники на коренном валу, шатунах и крейцкопфных пальцах. Различия заключаются в конкретных типоразмерах, материалах силовой рамы (сталь у УНБТ-950, высокопрочный чугун у Gardner Denver PZ), конструкции зубчатой передачи и системе смазки. УНБТ-950 использует принудительную смазку шестерённым насосом из картера. Gardner Denver PZ применяет комбинацию разбрызгивания и принудительной подачи масла к подшипникам, зубчатым передачам и направляющим крейцкопфа.
Главный вал Top Drive опирается на комбинацию упорных и радиальных подшипников. Упорные (конические роликовые типа TTHD от Timken или упорные сферические роликовые серии 294) воспринимают полный вес бурильной колонны. Радиальные (сферические роликовые серий 231, 232, 240) обеспечивают центрирование вала. В редукторных Top Drive дополнительно применяются конические и цилиндрические роликовые подшипники в трансмиссии.
Подшипники качения регламентируются: ГОСТ 520-2011 (общие технические условия); ГОСТ 3478-2012 (присоединительные размеры); ISO 281:2007 (расчёт динамической грузоподъёмности и ресурса); ISO 76:2006 (статическая грузоподъёмность); ISO 492:2023 (допуски). Буровые насосы — ГОСТ 6031-81 (основные параметры). Буровое оборудование в целом должно соответствовать стандартам API (API Spec 7K — 6-е изд., 2015; API Spec 8C — 5-е/6-е изд.) и правилам безопасности нефтегазовой отрасли.
Буровая лебёдка работает в циклических режимах с резкими изменениями нагрузки (подъём, торможение, спуск). Зарождающиеся дефекты подшипников (микротрещины, начальный питтинг) проявляются в изменении вибрационного спектра задолго до функционального отказа. Вибромониторинг позволяет обнаружить повреждение на ранней стадии и спланировать замену подшипника в период планового ремонта, избежав аварийного простоя буровой.
Подшипниковые узлы буровых установок Уралмаш 3000/5000, Bentec Euro Rig, NOV и буровых насосов УНБТ-950 и Gardner Denver PZ работают в экстремальных условиях, определяющих особые требования к выбору типа, размера и материала подшипников. Упорные сферические роликовые подшипники серий 293/294 обеспечивают восприятие колоссальных осевых нагрузок в роторном столе и верхнем приводе. Сферические роликовые подшипники серий 231/232/240/241 выдерживают ударные нагрузки лебёдки и коренного вала насоса. Цилиндрические роликовые подшипники обеспечивают работу шатунных узлов и трансмиссий.
Правильный выбор радиального зазора (C3/C4), качественная смазка и надёжные уплотнения — три ключевых фактора, определяющих ресурс подшипников в буровом оборудовании. Регулярная диагностика (вибромониторинг, термометрия, анализ масла) позволяет предотвратить аварийные отказы и обеспечить непрерывность бурения.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационно-справочный характер. Представленная информация не является руководством к действию и не заменяет техническую документацию производителей бурового оборудования (Уралмаш, Bentec, NOV, Gardner Denver), каталоги производителей подшипников (SKF, Schaeffler/INA/FAG, Timken, NSK, NTN, KOYO) и смазочных материалов. Автор и издатель не несут ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования данных материалов при проектировании, монтаже, эксплуатации или обслуживании оборудования. Перед принятием инженерных решений необходимо обращаться к актуальной технической документации производителей и консультироваться с профильными специалистами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.