ЭНГПО. Практические занятия. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Югорский государственный университет
 Скачать 1.59 Mb.
|
|
2. Канаты, применяемые в талевых системах В буровых установках можно применять ограниченное число типов только круглых шестипрядных канатов тросовой конструкции, т. е. двой- ной свивки с сердечником. Эти канаты изготовляют самых разных конст- рукций, поэтому выбор их довольно сложен. Для талевых систем, предназначенных для бурения неглубоких сква- жин с небольшим числом СПО, следует выбирать канаты более простых конструкций с прядями простой свивки и органическим сердечником. В талевых системах для бурения глубоких скважин с большим числом СПО нужно выбирать канаты с хорошей гибкостью и высокой разрывной прочностью и сопротивлением истиранию внешних проволок, хорошо со- храняющих форму поперечного сечения. Этим условиям отвечают канаты с металлическим сердечником, у которых наружный слой прядей свит из проволок большого диаметра, а внутренние слои – из проволок меньшего. Прочностные характеристики канатов зависят от их конструкции, диаметра и прочности проволок, на них не влияет направление свивки прядей, левое или правое. Канаты талевых систем рассчитывают на проч- ность по наибольшей действующей нагрузке и на долговечность по работе при СПО и бурении. Талевый канат является стареющим изделием, прочность которого снижается в процессе эксплуатации. При выборе канатов для талевых сис- тем следует проверить запас прочности каната по динамической нагрузке подъема и спуска. Запас прочности должен быть порядка 4÷5. Окончатель- ное решение о выборе каната можно сделать только после сравнения его с существующими прототипами талевых систем, предназначенных для рабо- ты в аналогичных условиях. 3. Конструкции канатов Существует большое разнообразие конструкций канатов, свитых из стальных проволок, различных как по форме поперечного сечения (круг- 20 лые, плоские, овальные и др.), так и по конструкции отдельных прядей и их навивки (число элементов, свитых в канате, род их свивки, диаметр прово- локи и др.). В талевых системах буровых установок следует применять стальные канаты только круглого сечения. а) б) в) г) д) е) ж) Рисунок 5.1- Конструкции канатов: а - однопрядный; б - трехпрядный; в - пятипрядный (1 - проволока, 2 - прядь, 3 - сердечник); г - шестипрядный; д - восьмипрядный; е - восемнадцатипрядный; ж - закрытой конструкции с двумя слоями клиновидной проволоки, одним слоем Z- образной проволоки и сердечником типа ТК Порядок расчета: Задание: Выбрать диаметр и тип талевого каната и произвести прове- рочный расчет талевого каната на прочность. Исходные данные в табл. 5.1. Таблица 5.1 Исходные данные Вариант Показатели 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Оснастка талевой системы 5×6 4×5 5×6 4×5 5×6 4×5 5×6 4×5 5×6 4×5 5×6 4×5 Максимальная на- грузка на крюке, Q кр , тс 150 120 150 120 150 120 150 120 150 120 150 120 Вес подвижного оборудования, Р об , т 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 КПД талевой систе- мы, η т.с 0,85 0,8 0,87 0,86 0,9 0,83 0,82 0,81 0,88 0,89 0,87 0,9 Профиль канавок шкивов, мм 28 25 28 25 28 25 28 25 28 25 28 25 Коэффициент запаса прочности, К 3 3,5 4 3 3,5 4 3 3,5 4 3 3,5 4 1. Для выбора типа каната определяем натяжение ходового конца ка- ната при подъеме: с т об кр к х n Р Q Р η ⋅ + = , тс (5.1) 21 где n – количество рабочих струн талевой системы; η т.с – КПД талевой системы; Q кр – максимальная нагрузка на крюке, тс; Р об – вес постоянно поднимаемого оборудования во время СПО. 2. Необходимое разрывное усилие каната Р р определяем по формуле: Р р = Р хк · К, тс (5.2) 3. Исходя из значения разрывного усилия по данным табл. 5.2 необхо- димо выбрать тип талевого каната. 4. Проверочный расчет каната на прочность проводим по следующей формуле: σ сум = σ р + σ из , кгс/мм 2 (5.3) где σ сум – суммарные натяжения, которые возникают в канате, кгс/мм 2 ; σ р – напряжения при растяжении, кгс/мм 2 ; σ из – напряжения при изгибе, кгс/мм 2 . Таблица 5.2 Основные размеры талевых канатов типа ЛК-РО Диаметр, мм Разрывное усилие, кгс/мм 2 проволоки Расчетный предел прочности прово- лок, кгс/мм 2 , σ в второго слоя пряди их шес- ти проволок к ан ат а цен- траль ного сер- деч- ника цен- траль- ной пряди пер- вого слоя пря- ди боль- шого разме- ра мало- го раз- мера третье- го слоя пряди из две- надца- ти прово- лок Пло- щадь попе- реч- ного сече- ния всех про- волок в ка- нате, мм 2 Расчет ный вес 100 м каната со смаз- кой, кг 160 170 180 С ер д еч н и к 25 1 1,35 1,3 1,2 0,85 1,6 300,64 266 40880 43440 45990 м.с 28 1,1 1,55 1,45 1,3 1, 1,8 379,26 338 51570 54800 58020 м.с 32 1,25 1,7 1,6 1,5 1,1 2 464,99 415 63230 67190 71140 м.с 35 1,35 1,85 1,75 1,65 1,2 2,2 564,23 505 76730 81530 86320 м.с 38 1,50 2 1,9 1,8 1,3 2,4 671,61 598 91330 97040 102750 м.с 25 - 1,35 1,3 1,2 0,85 1,6 262,18 245 35650 37880 40110 о.с 28 - 1,55 1,45 1,3 1 1,8 332,71 300 45240 48070 50900 о.с 32 - 2,7 1,6 1,5 1,1 2 409,62 380 55700 59070 62670 о.с 35 - 1,85 1,75 1,65 1,2 2,2 494,01 464 67180 71380 75580 о.с 38 - 2 1,9 1,8 1,3 2,4 585,37 545 79610 84580 89560 о.с 5. Напряжения при растяжении находим по формуле: σ р = F Р к х . , кгс/мм 2 (5.4) 22 где F – площадь поперечного сечения всех проволок в канате, табл. 3.2; Р х.к. – натяжение ходового конца каната, кгс. 6. Напряжения при изгибе находим по формуле: σ из = D Е к δ ⋅ ⋅ 8 3 , кгс/мм 2 (5.5) где Е к – модуль упругости каната с металлическим сердечником, Е к =1,25*10 4 кгс/мм 2 ; δ – диаметр проволок в канате, мм; D – диаметр канатного шкива или диаметр барабана лебедки, D =650 мм. Выбранный тип каната состоит из проволок различного диаметра. Для расчета берется диаметр внешнего (третьего) слоя пряди. 7. Коэффициент запаса прочности определяем по формуле: сум в К σ σ = , (5.6) ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 6 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИПА РАБОТЫ БУРОВОГО НАСОСА Цель: Изучить устройство, технические характеристики бурового на- соса УНБ-600, его гидравлической и механической частей. Порядок работы: 1. Изучить теоретический материал, выполнить опорный конспект. 2. Изучить устройство, технические характеристики бурового насоса УНБ-600, его гидравлической и механической частей (рис.6.1-6.6). 3. Сделать вывод по работе. 4. Подготовиться к защите, ответив на контрольные вопросы. Контрольные вопросы: 1. Назначение буровых насосов. 2. Что понимают под обеспечением циркуляции? 3. Типы буровых насосов. 4. Из каких стадий состоит работа бурового насоса? 5. Что входит в гидравлическую и механическую части бурового насоса? 6. Из каких узлов состоит буровой насос УНБ-600? 7. Какие усовершенствования претерпел насос УНБ-600 по сравнению со старой модификацией У8-4? Краткие теоретические сведения: 1. Назначение буровых насосов Буровые насосыприменяются на буровых установках для обеспече- ния циркуляции буровых растворов при бурении скважин. 23 Под обеспечением циркуляции понимается совокупность следующих процессов: нагнетание бурового раствора в скважину поддержание выбуренной породы во взвешенном состоянии очистка ствола шахты и забоя от шлама охлаждение долота в процессе бурения В самом общем виде представить работу бурового насоса можно в ви- де следующих стадий: 1 стадия - через трансмиссию двигателя к валу передается враща- тельное движение; 2 стадия - побочные механизмы (шатуны, крейцкопф, кривошипное устройство и др.) преобразуют вращательное движение вала в возвратно- поступательное; 3 стадия - поршень в процессе движения в цилиндре формирует об- ласть давления, в которую всасывается буровая жидкость (далее при по- вышении давления в трубопроводе закрытый до этого всасывающий кла- пан открывается, и раствор выходит). Буровые насосы бывают двух типов: двухцилиндровый; трехци- линдровый Трехцилиндровый тип бурового насоса эффективнее в силу следующих свойств и особенностей: • увеличенная в 2 раза в сравнении с двухцилиндровым типом рав- номерность подачи раствора; • возможность быстрой смены поршней, втулок и прочих деталей, подвергающихся быстрому износу; • общая масса снижена до 35 %. Трехпоршневые буровые насосы наиболее полно отвечают требовани- ям технологий бурения. Они обеспечивают наименьшую степень неравно- мерности давления на выходе и меньший износ штоков и клапанов поршня соответственно. 2. Устройство и виды буровых насосов Буровые насосы состоят из гидравлической и механической состав- ных частей, смонтированных на общей раме. 1. Гидравлическая часть бурового насоса:гидравлический блок с входными и выходными клапанами; цилиндропоршневая группа; блок ох- лаждения; пневмокомпенсатор; предохранительный клапан. 2. Механическая часть бурового насоса:блок распределения; редук- тор; трансмиссионный вал; приводной шкив; ползунный механизм; корпус с узлами системы смазки. Шифр насосов ВЗБТ «Триплекс» следует читать: насос НБТ-475 - насос буровой триплекс мощностью 475 кВт, насос УНБТ-950 - уралмашевский насос буровой триплекс мощно- стью 950 кВт. Известно, что с увеличением глубины бурящейся скважины растет давление на выкиде насоса. В связи с этим создаются буровые поршневые 24 насосы, способные развивать высокие давления. Рассмотрим конструкцию поршневого насоса на примере поршневого бурового насоса УНБ-600 (У8- 6М) (рис.6.1). Рисунок 6.1- Общий вид насоса УНБ-600 (1): 1 – станина; 2 – вал трансмиссионный; 3 – кривошипно-шатунный механизм; 4 – система смазки штоков Буровой насос УНБ-600 (У86МА2) предназначен для подачи промы- вочной жидкости на забой при бурении скважин глубиной до 5000 м. При роторном бурении промывочная жидкость подается буровым насосом УНБ-600 через колонну бурильных труб на забой скважин для охлаждения и выноса разрушенной долотом горной породы, а также для передачи энергии потока турбобуру и связанному с ним долоту. В качестве промы- вочной жидкости применяется вода или глинистый раствор с наличием нефти, щелочи, соды и других компонентов. Буровой насос УНБ-600 по основным параметрам соответствует ГОСТ 6031. Буровой насос УНБ-600 горизонтальный, кривошипный, двухпоршне- вой, двустороннего действия, состоит из гидравлической и приводной час- ти, смонтированных на общей раме. Гидравлическая часть насоса УНБ-600 состоит из следующих основ- ных узлов: двух литых стальных гидравлических коробок, соединенных между собой снизу приемной коробкой, а сверху корпусом блока пневмо- компенсаторов. На приемной коробке установлен всасывающий воздуш- ный колпак. Приемная коробка насоса соединяет всасывающую трубу со всасывающими клапанами (рис. 6.2, 6.3). Рисунок 6.2 - Клапан насоса УНБ-600 в сборе: 1 - втулка; 2 – пружина; 3 – тарелка клапана; 4 – седло в сборе Рисунок 6.3 - Седло насоса УНБ-600 в сборе: 1 – уплотнение клапана; 2 – кольцо пружинное; 3 – кольцо; 4 – кольцо наружное; 5 – седло; 6 – направляющая; 7 – втулка 25 Приводная частьнасоса УНБ-600состоит из узлов коренного вала (рис.6.4), трансмиссионного вала (рис.6.5) и шатунного механизма (рис.6.6), установленных в литой чугунной станине. Рисунок 6.4 - Узел коренного вала Рисунок 6.5 - Трансмиссионный вал Рисунок 6.6 - Ползун Буровой насос УНБ-600, по сравнению с ранее выпускаемым насосом У8-4, имеет ряд оригинальных усовершенствований: 1. В опоры коренного вала и большой головки шатуна введены регу- лируемые подшипники, что обеспечивает бесшумную работу механизмов. 2. Упорная резьба перенесена на съемный фланец гидрокоробки, что позволяет успешно ремонтировать насос в промысловых условиях. 3. Более рациональная конструкция уплотнения колпаков способству- ет удлинению срока их службы. 4. Конструктивные улучшения внесены также в предохранительный клапан и пневмокомпенсатор. Все эти усовершенствования повысили надежность и долговечность насоса УНБ-600. Высокое рабочее давление и широкий диапазон сменных цилиндровых втулок позволяют использовать насос УНБ-600 на режимах, обеспечивающих большую скорость бурения. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7 ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИИ БУРОВОГО РАСТВОРА Цель: Изучить назначение, основные узлы циркуляционной системы буровой установки, схему циркуляции бурового раствора. Порядок работы: 1. Изучить теоретический материал, выполнить опорный конспект. 2. Изучить и выполнить схему циркуляции бурового раствора (рис.7.1). 3. Сделать вывод по работе. 4. Подготовиться к защите, ответив на контрольные вопросы. Контрольные вопросы: 1. Назначение циркуляционной системы. 2. Что понимают под обеспечением циркуляции? 26 3. Расскажите схему циркуляции бурового раствора. 4. Из каких стадий состоит работа бурового насоса? 5. Покажите на схеме (рис.7.1), как распределяются давления при движении бурового раствора. Краткие теоретические сведения: 1. Назначение циркуляционной системы БУ Циркуляционная система буровой установки служит для сбора и очи- стки отработанного бурового раствора, приготовления новых его порций и закачки очищенного раствора в скважину (рис.7.1). Она включает: - систему отвода использованного раствора (желоба) от устья скважины, - механические средства отде- ления частичек породы (вибросито, гидроциклоны), - емкости для химической об- работки, накопления и отстоя очи- щенного раствора, - шламовый насос, - блок приготовления свежего раствора, - буровые насосы - для закачки бурового раствора по нагнетатель- ному трубопроводу в скважину. 2. Схема циркуляции бурово- го раствора Буровые насосы забирают рас- твор из емкости и по напорной ли- нии через стояк, гибкий рукав и вертлюг подают его в бурильную колонну. При этом часть давления р л расходуется на преодоление гид- равлических сопротивлений в на- земной линии. Далее буровой раствор прохо- дит по ведущей и бурильным тру- бам, по УБТ, забойному двигателю к долоту. На этом пути давление раствора снижается вследствие за- трат энергии на преодоление гид- равлических сопротивлений: р т , р УБТ > Р зд Рисунок 7.1- Схема циркуляции бурового раствора: 1 - насос; 2 - стояк; 3 - гибкий рукав; 4 - вертлюг; 5 - ведущая труба; 6 - устье скважины; 7 - бурильные трубы; 8 - затрубное пространство; 9 - УБТ; 10 - долото; 11 - растворопровод; 12 - блок очистки; 13 - баки; 14 - подпорный насос; 15 - амбар; 16 – смеситель. Затем буровой раствор за счет разности динамического напора внутри бурильной колонны р д и на забое скважины р 3 (р д - р з - р дол ) с большой ско- 27 ростью выходит из насадок долота и очищает забой и долото от выбурен- ной породы. Оставшаяся часть энергии раствора затрачивается на подъем породы и преодоление сопротивления в кольцевом затрубном пространст- ве р к .Поднявшийся на поверхность к устью скважины буровой раствор проходит по растворопроводу в блок очистки, где из него удаляются выбу- ренная порода, песок и газ. После очистки допускается содержание в рас- творе не более 1,0% крупных фракций породы и песка с размерами частиц от 0,02 до 0,1 мм. Фракции с размерами частиц более 0,1 мм следует уда- лять полностью. Количество удаленной выбуренной породы и песка зависит от: • свойств бурового раствора и разбуриваемых пород, • диаметра скважины и • скорости бурения. Очищенный буровой раствор попадает сначала в промежуточные ре- зервуары, где восстанавливаются утраченные свойства, затем в приемный чан, откуда подпорными насосами снова нагнетается в буровые насосы. Таким образом, замыкается круг циркуляции. Поскольку насосно-циркуляционная система призвана, прежде всего, обеспечивать эффективную работу долота, параметры раствора должны удовлетворять требованиям долота и режима бурения. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8 ИЗУЧЕНИЕ СИЛОВЫХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ПРИВОДА БУРОВЫХ УСТАНОВОК Цель: Изучить назначение, устройство и технические характеристики силового агрегата буровых установок СА-10-1. Порядок работы: 1. Изучить теоретические сведения, выполнить опорный конспект по плану: - понятие силового привода, виды приводов; - функциональная схема буровой установки (рис.8.1); - мощность; - назначение, устройство, техническая характеристика силового агре- гата СА-10. 2. Сделать вывод по работе. 3. Подготовиться к защите, ответив на контрольные вопросы. Контрольные вопросы: 1. Назначение и классификация силовых приводов БУ. 2. Виды силовых приводов в зависимости от источников энергии. 3. Что понимается под мощностью силового привода? 4. Какие требования предъявляются к силовому приводу? 5. Охарактеризуйте силовой агрегат СА-10. |