Основной функцией мобильного нефтегазового оборудования на колесном шасси является длительное выполнение рабочих операций, например, ремонта скважин, бурения, закачки жидкостей и т.п. на определенном объекте и кратковременное, эпизодическое перемещение оборудования своим ходом при смене объекта. Характерно, что для мобильных буровых установок, например, при увеличении нагрузки на крюке подъема колонны буровых труб относительное время на смену объекта уменьшается, а суммарный пробег установки за весь жизненный цикл может не превышать 20000 км при общей наработке до 100000 моточасов. Эту особенность нельзя не учитывать при выборе шасси для такого оборудования.

Первичным критерием выбора шасси для размещения такого оборудования несомненно является его масса. Однако, этого недостаточно. На выбор влияют ограничения по осевым нагрузкам. Они могут быть продиктованы либо законодательством, либо требованиями проходимости колесного агрегата, либо прочностью несущих элементов, главным образом, колесных осей. Производным параметром колесного шасси с учетом массы размещаемого оборудования, ограничений, а также собственной массы шасси выступает количество его осей.

Уровень техники в рассматриваемой области применительно к несущей способности многоосных специальных шасси (передвижных самоходных платформ) иллюстрируется таблицей 1.

Таблица 1

Габаритные размеры шасси определяются размерами и конфигурацией установленного на него оборудования. При этом для тяжелого нефтегазового оборудования, которому посвящена эта публикация, не всегда удается добиться соответствия подвижного агрегата требованиям законодательства, в первую очередь, по габаритной ширине (не более 2550 мм). Причин тому две. Это и необходимость увеличения колеи колес для достижения достаточного уровня боковой устойчивости агрегата вследствие высокого расположения его центра тяжести, и необходимость расширения монтажных возможностей шасси. Разумным и распространенным компромиссом является значение габаритной ширины подвижного агрегата, равное 2900…3200 мм (см. таблицу 2), с соответствующим уширением колеи колес в этих пределах и оформлением специальных разрешений для движения по дорогам общего пользования.

Таблица 2

Следующим по значимости критерием выбора шасси является мощность силовой установки. Если использование двигателя шасси для привода механизмов устанавливаемого оборудования не предполагается, то его мощность должна просто обеспечивать необходимые тягово-динамические параметры подвижного агрегата, а тип двигателя должен соответствовать предпочтениям потребителя и экологическому законодательству. Максимальная скорость передвижения агрегатов тяжелого нефтегазового оборудования обычно не превышает 40 км/ч, а для их передвижения достаточна удельная мощность не более 4,0 кВт/т, то есть при массе агрегата 50 т будет достаточной мощность двигателя 200 кВт, при массе 90 т — 360 кВт и т.п. Если же главное назначение силовой установки — длительный привод устанавливаемого оборудования, то ее мощность должна соответствовать также и этому назначению. Как правило, величина этой мощности значительно больше указанной, и задается она разработчиком нефтегазового оборудования. Так, агрегату типа МБУ-160 для передвижения требуется максимальная мощность силовой установки около 350 кВт, а для производительного выполнения спуско-подъемных операций и бурения — около 800 кВт. Противоречие разрешается либо избыточной для перемещения мощностью силовой установки, что чревато повышенным расходом топлива при движении, либо силовой установкой, включающей в себя два двигателя, обычно однотипных. В последнем случае при передвижении используется один из двигателей, а при выполнении технологических операций с максимальной мощностью — два синхронно работающих двигателя. К тому же два двигателя с «умеренной» мощностью проще вписываются в компоновку изделия и стоят не дороже одного двигателя удвоенной мощности. Полезным эффектом является также повышение надежности агрегата за счет сохранения его работоспособности при отказе одного из двигателей.

Право выбора типа силовой установки целесообразно признать за потребителем: на нем фокусируются возникающие при использовании приобретаемого оборудования вопросы подготовки персонала, технического обслуживания, в том числе обеспечения запасными частями и расходными материалами и т.п.

Весьма важной является компоновка силовой установки. Для агрегатов с подъемной мачтой по очевидным причинам нормальным условиям работы будет соответствовать «палубное», за кабиной расположение силовой установки.

По отношению к конструкции рамы шасси бытует два подхода. Один из них сводится к механическому креплению к стандартизованной раме шасси надрамника, на котором размещаются узлы и агрегаты монтируемого оборудования и который совместно с упомянутой рамой воспринимает расчетные нагрузки. Примерами могут быть агрегаты Идель-80 на шасси МЗКТ-652716, Идель-125 на шасси МЗКТ-7003, МБК-140 на шасси МЗКТ-7003, АРБ-100 на шасси БАЗ-69096 и др. Другой подход заключается в том, что рама шасси или самоходной платформы имеет не только функцию крепления узлов ходовой части, но и функции размещения узлов и агрегатов технологического оборудования и восприятия всех расчетных нагрузок при работе оборудования, в том числе нагрузок, возникающих при развертывании оборудования, вывешивания его на аутригерах и т.п. При этом материалоемкость рамы меньше суммы материалоемкостей стандартизованной рамы шасси и надрамника. По такой конструктивной схеме выполнены агрегаты А60/80 на шасси ПС-4, МБУ-125 на шасси ПС-6, АРС-125 на шасси МЗКТ-8003, Loadcraft LCI-550-C на собственном шасси, ZJ40 на собственном шасси и др. Какой из этих двух подходов целесообразен? В разных случаях — и тот, и другой. Если не достигаются ограничения по осевым нагрузкам и количеству осей, как это бывает для относительно легких подвижных агрегатов полной массой 30…40 тонн, а в качестве шасси агрегата используется относительно дешевое и доступное шасси грузового автомобиля, то обычно пренебрегают повышенной материалоемкостью агрегата и практикуют первый подход. Если же ставится задача оптимизации массы агрегата для уменьшения расчетного количества осей при заданной массе размещаемого оборудования, что обычно имеет место для тяжелых агрегатов массой 40…90 тонн, то целесообразен и часто единственно возможен второй подход. В этом случае изготовителями агрегатов используются специальные шасси (самоходные платформы), которые приобретаются у предприятий, выпускающих такие шасси небольшими сериями, или производятся самостоятельно. Этому способствует низкая серийность производства тяжелых агрегатов.

Когда машина выполняет основную свою функцию, оператор должен находиться вблизи рабочего органа, например, около обрабатываемой скважины или на безопасном удалении от него. Поэтому полезным свойством шасси является наличие двухпостового управления силовой установкой.

Трансмиссии привода рабочих органов и привода колесного движителя, во-первых, должны позволять варьирование величины передаваемого крутящего момента в необходимом диапазоне, во-вторых, должны быть рассчитаны на восприятие максимального крутящего момента силовой установки. Например, для мобильных буровых установок типа МБУ-160 необходимая кратность изменения передаваемого крутящего момента и соответственно частоты вращения при неизменной мощности для привода рабочих органов составляет 8…10, привода колесного движителя — 10…12, и такая кратность при максимальном крутящем моменте двигателя, равном 2450 Нм, достигается использованием в общей трансмиссии гидромеханической коробки передач Allison 4700OFS.

Деление потока мощности на привод рабочих органов и привод колесного движителя должно обеспечиваться раздаточным, а в случае установки двух двигателей — также и суммирующим редуктором. Этот агрегат требует особого внимания при выборе шасси. Он должен быть надежным и долговечным. Общепринято, что переключение приводов должно быть гарантированно взаимоисключающим, ручным, с визуальным контролем. Полезным свойством раздаточного (суммирующего) редуктора может быть возможность установки на нем гидронасосов для обслуживания гидроприводов устанавливаемого оборудования.

Дискуссионным в отношении шасси для установки тяжелого нефтегазового оборудования является вопрос о типе кабины. Вообще, для перемещения агрегата достаточно одноместной кабины. При работе на объекте, если имеется двухпостовое управление силовой установкой, кабина может быть полезна только как место «обитания» машиниста, не занятого выполнением рабочих операций. Известны шасси как с одно- (шасси МЗКТ-8003, МЗКТ-8005, шасси агрегатов Loadcraft, ZJ30, ZJ40 и др.), так и с двухместной (шасси МЗКТ-7003, БАЗ-69096, ПС-6, ПС-7 и др.) кабиной. Выбор одно- или двухместной кабины определяется организацией работ с использованием агрегата.

Срок службы тяжелого нефтегазового оборудования достигает 12 лет. В течение такого же срока должно быть работоспособно соответствующее шасси.