ЭНГПО. Практические занятия. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Югорский государственный университет
 Скачать 1.59 Mb.
|
|
R к > G бк где R к – допустимая нагрузка на крюке, кН ([1] табл.1.1, с.16). 9. Определяем расход бурового раствора и мощность насосов. Наи- большая подача потребуется при бурении под кондуктор: Q нк = υ з · F з , м 3 /с (2.9) где υ з – скорость подъема раствора в затрубном пространстве кондуктора, м/с; F 3 – площадь затрубного пространства, м 2 . F з = π(d 2 к - d 2 бт )/4, м 2 (2.10) 10. Полезная мощность насосов определяется по формуле: N н = Q нк ·р с , Вт (2.11) где р с – давление насосов, необходимое для сопротивления при прокачке бурового раствора при бурении, р с = 15·10 6 Па или 15МПа. 11. Мощность привода насоса определяем по формуле: N пн = N н /2η м , кВт (2.12) где η м – к.п.д. привода и насоса, принимаем η м = 0,8 . 11 12. Из таблицы ([1], стр. 16, табл.1.1.) выписать количество и мощ- ность буровых насосов для выбранной БУ. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3 ИЗУЧЕНИЕ ТИПОВ И КОНСТРУКЦИЙ БУРОВЫХ ВЫШЕК Цель: Изучить типы и конструкции буровых вышек. Порядок работы: 1. Изучить краткие теоретические сведения. 2. Выполнить опорный конспект по плану: - назначение и классификацияБВ; - основные параметры БВ. 3. Выполнить схемы башенных и мачтовых вышек. 4. Подготовиться к защите, ответив на контрольные вопросы. Контрольные вопросы: 1. Виды буровых вышек, их отличительные особенности. 2. Каким количеством балконов оборудуют вышки высотой 41м? 53м? 3. Как подразделяют башенные вышки по исполнению основных не- сущих элементов? 4. В чем конструктивное отличие башенных вышек: ВБА-53-320; ВБА-58-300; ВМ1-40М-4; ВБ-53-300; ВБО-42-200; ВБ-53-320. 5. Рассказать принципиальное устройство башенной вышки. 6. Конструкция мачтовых вышек. 7. Расшифровать условное обозначение: ВБА-58-300. Краткие теоретические сведения: 1. Назначение и классификация буровых вышек Буровая вышка (БВ) – это сооружение над скважиной для подъема и спуска бурового инструмента (обсадные трубы, забойные двигатели и т.д.), размещения бурильных свечей после подъема их из скважины и защиты буровой бригады от ветра и атмосферных осадков (рис.3.1). Общая масса буровых вышек равна нескольким десяткам тонн. Рисунок 3.1 – Виды буровых вышек 12 Классификация буровых вышек 1.По назначению: -для мобильных буровых установок, -для морских буровых установок, -для устройств капитального ремонта скважин, -для кустовых и стационарных буровых установок. 2.По конструкции: башенные и мачтовые. Обычно буровые установки легкого и среднего классов комплектуют- ся буровыми вышками мачтового типа, а в установках тяжелого класса применяют вышки мачтового и башенного типов. Буровые вышки башен- ного типа применяются при бурении на море и при глубинном бурении. Основными параметрами вышки являются: 1. Грузоподъемность вышки - это предельно допустимая вертикаль- ная статическая нагрузка, которая не должна быть превышена в процессе всего цикла проводки скважины. 2. Высота вышки определяет длину свечи, которую можно извлечь из скважины и от величины которой зависит продолжительность спуско- подъемных операций. Чем больше длина свечи, тем на меньшее число час- тей необходимо разбирать колонну бурильных труб при смене бурового инструмента. Сокращается и время последующей сборки колонны. Поэто- му с ростом глубины бурения высота и грузоподъемность вышек увеличи- ваются. Так, для бурения скважин на глубину 300 - 500 м используется вышка высотой 16 - 18 м, глубину 2000 - 3000 м высотой - 42 м и на глуби- ну 4000 - 6500 м - 53 м. 3. Емкость «магазинов» показывает, какая суммарная длина буриль- ных труб диаметром 114 - 168 мм может быть размещена в них. Практиче- ски вместимость «магазинов» говорит о том, на какую глубину может быть осуществлено бурение с помощью конкретной вышки. 4. Размеры верхнего и нижнего оснований характеризуют условия ра- боты буровой бригады с учетом размещения бурового оборудования, бу- рильного инструмента и средств механизации спускоподъемных операций. Размер верхнего основания вышек составляет 2x2 м или 2,6x2,6 м, нижнего — 8x8 м или 10x10 м. 2. Виды буровых вышек 1. Мачтовые вышки. Вышки мачтового типа бывают одноопорные и двухопорные (А- образные). А- образные вышки более трудоемки в изготовлении и поэтому более дороги. Они менее устойчивы, но их проще транспортировать и мон- тировать (рис.3.2). Вышки мачтового типа по сравнению с башенными вышками имеют ряд преимуществ: на их изготовление тратится меньше металла, они име- ют меньшее число деталей, что упрощает и ускоряет сборку и разборку вышек. Открытое пространство между мачтами позволяет удобнее вести 13 вспомогательные работы. 2. Башенная вышка представляет собой правильную усеченную че- тырехгранную пирамиду решетчатой конструкции, и изготавливается с гибкой и жесткой решетками. Независимо от конструктивной схемы башенные вышки характери- зуются высокой жесткостью и сопротивляемостью кручению под дейст- вием момента сил, создаваемого натяжением неподвижной и ходовой струн талевого каната. Однако вследствие большого числа болтовых со- единений сборка башенных вышек сопряжена с большой трудоемкостью. Рисунок 3.2 - Конструкции мачтовых вышек Башенная вышка (рис. 3.3) представляет собой четырехгранную усе- ченную пирамиду, состоящую из четырех наклонно расположенных ног 6, связанных между собой поясами 8 и гибкими диагональными тягами 7. В рассматриваемой конструкции ноги и пояса вышки изготовлены из труб, а диагональные тяги - из круглого стального проката. На наголовнике выш- ки устанавливаются цельносварная подкронблочная рама, козлы 1 и под- кронблочная площадка 2. Козлы снабжены блоком, используемым при монтаже вышки, замене кронблока и подъеме других тяжестей. Балконы 4 и 5 предназначены для работы второго помощника бурильщика (верхово- го) при ручной расстановке бурильных свечей длиной 36 и 27м. Каждый балкон состоит из четырех площадок 10, каркаса укрытий и оборудован пальцами 12 с шарнирной головкой для установки свечей и люлькой 11 для верхового, размещенной относительно оси скважины на расстоянии, достаточном для прохода талевого блока. При чрезмерном удалении люльки ухудшаются условия работы вер- хового. На высоте около 15 м находится площадка для обслуживания стоя- ка манифольда буровых насосов и бурового рукава. Согласно требованиям безопасности, ширина площадок буровой вышки должна быть не менее 750 мм. Площадки имеют металлический на- 14 стил из просечно-вытяжного листа (чтобы предотвратить скольжение), перила высотой не менее 1200 мм с продольными планками и при- легающий к настилу борт высо- той 150 мм Вышка снабжена маршевыми металлическими ле- стницами 3 шириной не менее 650 мм с переходными площад- ками и перильными ограждения- ми высотой не менее 1000 мм. На двух противоположных гранях имеются ворота 9 для затаскива- ния необходимого оборудования. Пояса и диагональные тяги болтами соединяются с прива- ренными к ногам вышки косын- ками 13. Стойки ног и пояса вышки изготовляют из труб, диа- гональные тяги - из крупного проката. В другой модификации, отличающейся жесткой комби- нированной крестовой решеткой, ноги вышки изготовляют из двух крестообразно расположенных угольников, а пояса и раскосы - из угольников меньшего размера. Рисунок 3.3 – Буровая вышка башенного типа ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4 РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАГРУЗОК И ВЫБОР ТИПА БУРОВОЙ ВЫШКИ Цель: Определить тип вышки и наибольшую вертикальную нагрузку, действующую на вышку.Исходные данные в табл. 4.1. Порядок работы: 1. Изучить краткие теоретические сведения. 2. Записать в виде опорного конспекта: • классификация вышек; • нагрузки, действующие на вышку. 3. Выполнить схему действия нагрузок на буровую вышку (рис.4.1). 4. Произвести расчет вертикальных нагрузок и выбрать тип вышки. 5. Сделать вывод по работе. 6. Подготовиться к защите, ответив на контрольные вопросы 15 Контрольные вопросы: 1. Перечислите требования, предъявляемые к буровым установкам. 2. Вышки, применяемые в буровых установках и их параметры. 3. От чего зависит горизонтальная ветровая нагрузка, и что на нее влияет? 4. Какие значения ветрового напора принимаются для расчета буро- вых вышек? 5. От чего зависят нагрузки, возникающие при подъеме мачты в про- цессе монтажа? 6. Преимущество мачтовых вышек по сравнению с башенными. Не- достатки мачтовых вышек. Таблица 4.1 Исходные данные Варианты Параметры 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Глубина скважины, Н, м 2500 2400 2700 2600 2550 2450 2350 2400 2600 2700 Диаметр БТ, d бт , мм 127 127 127 127 127 127 127 127 127 127 Длина БТ, l бт , м 2400 2500 2600 2300 2450 2350 2550 2600 2400 2450 Длина УБТ, l убт , м 100 110 120 90 110 100 105 100 110 120 Вес 1 м БТ, q бт , кг 27,5 26,5 26 27 27,5 26,5 27 27,5 26,5 26 Длина ведущей трубы, l вт , м 14,5 15 14,5 15 14,5 15 14,5 15 14,5 15 Вес 1 м ведущей трубы, q вт , кг 105 110 100 105 110 100 105 100 110 100 Плотность гл. раствора, ρ гл.р , г/см 3 1,22 1,23 1,2 1,24 1,23 1,25 1,2 1,22 1,24 1,25 Плотность стали, ρ ст , г/см 3 7,85 7,85 7,85 7,85 7,85 7,85 7,85 7,85 7,85 7,85 Длина турбобура, l т , м 8,5 8,0 8,5 7,5 7,0 8,5 9,0 8,5 7,5 8,0 Вес турбобура, q т , кг 1044 1050 1100 1000 1080 1070 1090 1055 1060 1000 Краткие теоретические сведения: Основные параметры буровых вышек - максимальная нагрузка и раз- меры (высота и площадь основания). Тип вышки для бурения скважины той или иной конструкции выбирается, исходя из максимальной нагрузки на крюке. Нагрузки, действующие на вышку. На вышку действуют: 1. постоянные нагрузки от ее веса и веса смонтированного на ней обо- рудования, 2. эксплуатационные нагрузки, изменяющиеся по величине в процессе бурения, и 3. переменные нагрузки от ветра. В результате возникают вертикальные и горизонтальные усилия. На вышку могут действовать четыре сочетания нагрузок (рис. 4.1): 1. вертикальные 2, 3, 4, 6 и горизонтальные нагрузки 1, 5 в процессе СПО и спуска обсадной колонны; при этом допускается ветровая нагрузка 16 7 на нижнюю боковую поверхность q 0 = 250 Па (рис. 4.1, а); 2. ветровая нагрузка 7 на низ вышки q 0 = 700 Па при полном пакете свечей за пальцем, крюк не нагружен, действуют нагрузки 2, 5 и 6 (рис. 4.1, б); 3. нагрузки на вышку 2 и 6 при СПО и ветровой нагрузке 7 q 0 = 150 Па (рис. 4.1, в); 4. максимальные нагрузки на крюке 2, 3, и 4 при ликвидации прихва- тов, аварий или других операциях и ветровой нагрузке 7 на боковую по- верхность низа вышки q 0 = 150 Па (рис. 4.1, г). Рисунок 4.1 –Схемы действия на вышку нагрузок: 1 – горизонтальная сила на наголовнике; 2 – вес талевой системы; 3 – нагрузка на крюк; 4 – вертикальная нагрузка от натяжения ведущей и неподвижной струн каната; 5 – горизонтальная сила от веса свечей; 6 – вес вышки; 7 – сила давления ветра Порядок расчета: 1. С учетом коэффициента прихвата и облегчения веса бурильной ко- лонны при погружении в жидкость нагрузку на крюке можно определить по формуле: К Q Q ст р гл кол кр ⋅ − ⋅ = ) 1 ( ρ ρ , кгс (4.1) где Q кол – вес колонны в воздухе, кгс; ρ гл.р – плотность глинистого раствора г/см 3 ; ρ ст – плотность стали г/см 3 ; К – коэффициент прихвата, К=1,3. 2. Вес колонны бурильных труб в воздухе определяем по формуле: Q кол = l вт q вт + l бт q бт + l убт q убт + q т , кгс (4.2) где l бт – длина бурильных труб, м; q бт – вес 1 м бурильных труб, кг; l вт – длина ведущей трубы, м; q вт – вес ведущей трубы, кг; l убт – длина УБТ, м; q убт – вес УБТ, кг; q т – вес турбобура, кг. 17 3. Длину бурильных труб определяем по формуле: l бт = H – (l вт + l убт +l т ), м (4.3) где Н – глубина скважины, м; l т – длина турбобура, м. 4. Исходя из максимальной нагрузки на крюке по табл. 4.2 выбрать тип вышки. Таблица 4.2 Техническая характеристика буровых вышек Вышки башенного типа Вышки мачтового типа Параметры В-200-41, БМВБ-41-200 ВМ-41М, ВМ-41 ВМ-40- 100 ВМ-42- 140 Максимальная нагрузка на крюке, тс 150 120 80 100 Высота вышки, м 41 41 40 42 Оснастка талевой системы 5×6 5×6 4×5 4×5 Вес постоянно поднимаемого обору- дования во время СПО, т 5 5 4 4 Вес кронблока, т 2,46 2,46 2,24 2,24 Вес вышки, т 25 25 24 24 5. Вертикальную нагрузку, действующую на вышку, определяем по формуле: Q в = Q кр + P об + P х.к. + P н.к. + q кр + q в , тс (4.4) где Q кр – максимальная нагрузка на крюке, тс (табл. 4.2); Р об – вес постоянно поднимаемого оборудования во время СПО (табл. 4.2.); P х.к. – натяжение ходового конца каната во время подъема колонны, тс; P н.к. – натяжение неподвижного конца каната, тс; q кр – вес кронблока, т; q в – вес вышки. т. 6. Натяжение ходового конца каната определяем по формуле: с т об кр к х n Р Q Р η ⋅ + = , тс (4.5) где n – количество рабочих струн талевой системы; η т.с – КПД талевой системы; Q кр – максимальная нагрузка на крюке, тс ( табл. 4.2); Р об – вес постоянно поднимаемого оборудования во время СПО (табл. 4.2.). 7. Коэффициент полезного действия (КПД) талевой системы находим по формуле: 18 η т.с = 1 – 0,02 · n (4.6) 8. Натяжение неподвижного конца каната определяем по формуле: + = с т об кр нк n Р Q Р ) ( η , тс (4.7) где n – количество рабочих струн талевой системы; η т.с – КПД талевой системы; Q кр – максимальная нагрузка на крюке, тс ( табл. 4.2); Р об – вес постоянно поднимаемого оборудования во время СПО, (табл. 4.2.). ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 5 РАСЧЕТ ТАЛЕВОЙ СИСТЕМЫ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ Цель: научиться рассчитывать талевый канат на прочность; произво- дить выбор диаметра и типа талевого каната. Порядок работы: 1. Изучить краткие теоретические сведения. 2. Записать в виде опорного конспекта: талевая система; виды канатов; конструкция канатов; маркировка канатов; 3. Произвести расчет талевого каната на прочность. 4. Сделать вывод по работе. 5. Подготовиться к защите, ответив на контрольные вопросы. Контрольные вопросы: 1. Назначение талевой системы и ее устройство. 2. Что понимают под оснасткой талевой системы, виды оснастки. 3. Число шкивов в талевом блоке и кронблоке. 4. Виды канатов по способу и роду свивки. 5. Чем характеризуется прочность каната на разрыв? 6. С каким запасом прочности необходимо выбирать талевые канаты? I. Краткие теоретические сведения: 1.Талевая система Талевая система - один из ключевых механизирующих компонентов спуско-подъемных операций в ходе различных буровых работ. Талевая система выполняет следующие важнейшие функции: 1. грузоношение(спуск, подъем и поддержание на весу тяжелого бу- рового инструмента и обсадных труб); 2. точечное физическое воздействие (создает на крюке необходимое усилие для высвобождения из скважины бурильной колонны, это особенно 19 эффективно при аварийных ситуациях, возникающих в ходе работы с бу- рильной колонной); 3. механическая поддержка (удерживает бурильную колонну, спу- щенную в скважину). Талевая система – это полиспастный механизм, состоящий из трех компонентов: кронблок, талевый блок, стальной канат. Кронблок - неподвижная часть талевой системы, монтируется на верхней раме мачты или на подкронблочных балках вышки.Кронблок и талевый блок предназначены непосредственно для выполнения спуско- подъемных операций (СПО). Талевый блок - подвижная часть талевой системы, подвешивается к кронблоку на талевом канате и соединяется с бурильными или обсадными трубами с помощью вертлюжной скобы, крюка или элеватора. Стальной канат обеспечивает гибкую связь между буровой лебёдкой и механизмом крепления неподвижного конца каната. |