Эксплуатация. Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых пр. Лекция Особенности эксплуатации машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
1 Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НиГ промыслов. Лекция 1. Особенности эксплуатации машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов. 1. Назначение и условия эксплуатации бурового оборудования. Буровые установки предназначены для сооружения скважин. Конструкция скважины во многом определяет типоразмер БУ. Буровая установка состоит из отдельных сооружений, агрега- тов и механизмов. Процесс бурения представляет собой отдельные последовательные или повто- ряющиеся операции, которые выполняет буровая бригада с помощью механизмов. По функцио- нальному назначению всѐ оборудование можно условно подразделить на две группы: подземное и наземное. Если подземное оборудование предназначено непосредственно для бурения скважины, то наземное приводит его в движение и обслуживает его работу. Бурильная колонна, выполняет функцию непосредственного углубления скважины и рас- ширения ствола, состоит из бурильных труб, забойного двигателя и породоразрушающего устрой- ства, работает в наиболее тяжелых условиях. Вращающаяся бурильная колонна подвергается большим растягивающими или сжимающим нагрузкам, кручению и циклическому изгибу. Глав- ное требование к ней – обеспечение несущей способности и надежности еѐ элементов. Обсадная колонна состоит из труб длиной 9-13 метров одинакового наружного диаметра с различными толщинами стенок. В процессе эксплуатации обсадные колонны подвержены наруж- ному и внутреннему давлению, а так же осевому растяжению от собственного веса. Равнопроч- ность колонны по длине достигается путем подбора по расчету труб с различными толщинами стенок из сталей разных групп прочности. Наземное оборудование монтируют двумя способами: блочно-агрегатным и крупноблоч- ным и предназначено в основном для выполнения СПО, вращения колонны, обеспечения промыв- ки скважины буровыми растворами. Наземное оборудование можно разделить на две подгруппы: основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся вышки, буровые насосы, ро- торы, вертлюги и оборудование подъемного комплекса. Вспомогательное оборудование дополняет основное и облегчает его работу. Эта группа состоит из компрессоров, циркуляционной системы, оборудования устья скважины и СПО, измерительных и пускорегулирующих устройств. 2 Вышка или мачта – основное несущее сооружение буровой установки. Предназначена для монтажа кронблока, подвести талевой системы, размещения средств механизации СПО. В процес- се эксплуатации, вышки воспринимают все нагрузки от веса бурильных или обсадных колонн и пульсирующие ветровые нагрузки. Хотя вышки представляют собой стационарную конструкцию (отсутствуют движущиеся части), они подвержены износу в процессе эксплуатации. Специфич- ность износа заключается в том, что несущая способность конструкции со временем значительно снижается. Это связано с атмосферной коррозией стали под напряжением. Особенно опасна кор- розия в сочленениях и местах сварки. Поэтому повышение надежности и долговечности вышек необходимо связывать с защитой их от коррозии. Подъемный комплекс БУ обеспечивает выполнение наиболее трудоемких в бурении спус- ко-подъемных операций, производит подачу долота по мере углубления ствола, он необходим для ликвидации осложнений и аварийных ситуаций в скважине. Подъемный комплекс состоит из трех основных узлов: талевой системы, буровой лебедки и силового привода. К агрегатам подъемного комплекса предъявляются повышенные требования с точки зрения надежности. Большинство от- ветственных деталей при работе подвержены действию переменных нагрузок и могут разрушатся от усталости металла. Поломки ответственных деталей приводят к авариям. В этой связи к обору- дованию при проектировании и изготовлении Госгортехнадзором предъявляются повышенные требования. Буровые лебедки – один из основных узлов подъемного комплекса. Назначение буровой ле- бедки – создание тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната. Лебедки пере- дает вращение ротору, создают усилие на машинных ключах, подтаскивают и поднимают грузы. Талевые системы служат для уменьшения натяжения ведущей ветви каната, навитого на барабан лебедки. Представляет собой полиспаст и состоит из неподвижного и подвижного блоков соединенных талевым канатом. Талевые канаты – самый ответственный элемент подъемного комплекса. Канат подверга- ется растяжению и переменного изгибу. На выносливость талевых канатов значительно влияет ка- чество смазки. В процессе эксплуатации талевая система воспринимает переменные нагрузки, в следствии чего в ответственных деталях могут возникать усталостные трещины. Для предупреждения уста- лостного разрушения деталей системы необходимо периодически проводить дефектоскопию. Привод обеспечивает работу всех узлов и агрегатов БУ. По виду первичного источника энергии приводы бывают дизельными, газотурбинными и электрическими. Различают два вида привода – основной и вспомогательный. Привод лебедки, насосов, ротора – основной (силовой). Привод компрессоров, глиномешалки, вибросита и т.д. – вспомогательный. Применение и исполь- зование разных типов привода мотивируется конкретными условиями работы установки и кон- структорскими решениями при еѐ проектировании. Вертлюг выполняет роль соединительного звена между талевой системой и бурильной ко- лонной, воспринимает две нагрузки: от веса бурильной колонны и от внутреннего давления буро- вого раствора. Надежность вертлюга зависит главным образом от работоспособности подшипни- кового и сальникового узлов. Ротор приводит во вращение колонну бурильных труб путем передачи крутящего момента ведущей трубе или путем восприятия активного момента забойного двигателя; предназначен для удержания на столе бурильной или обсадной колонн; используется при ловильных работах. Ресурс работы ротора зависит от работоспособности главной опоры, воспринимающей реакцию от нагру- зок в зубчатом соединении и осевую нагрузку от трения ведущей трубы с зажимом стола. Буровые насосы являются преобразователями топливной или электрической энергии двига- телей привода в гидравлическую энергию потока бурового раствора. Насосы эксплуатируются в очень тяжелых и неблагоприятных условиях, что определяется в основном физическими и хими- ческими свойствами буровых растворов. Детали и узлы насосов подвержены интенсивному абра- зивному износу. На работоспособность деталей насосов влияет коррозионная активность буровых растворов. В работе буровых насосов нередки кратковременные перегрузки от резкого повышения давления при осложнениях в стволе скважины. Тяжелые условия эксплуатации не позволяют в настоящее время обеспечить достаточную надежность насосов. Этим вызвана необходимость устанавливать в насосной группе БУ дополнительный резервный насос. 3 Оборудование пневмосистемы предназначено для дистанционного оперативного управле- ния исполнительными механизмами БУ. Источник энергии для привода оборудования пневмоси- стемы – сжатый воздух, получаемый с помощью компрессоров. Для накопления запаса сжатого воздуха служат воздухосборники. Надежность работы пневмосистемы зависит от качества осушки воздуха. Оборудование циркуляционной системы предназначено для приготовления, транспортиров- ки и очистки раствора. Состоит из вибросит, глиномешалок, гидромешалок, дегазаторов, гидро- циклонов, пластоотделителей, насосов, перемешивателей, емкостей, желобных систем и т.д. все виды оборудования подвержены в процессе эксплуатации абразивному и коррозионному износу. Оборудование устья скважины кроме непосредственной герметизации должно позволять управление скважиной путем создания противодавления на продуктивные пласты. В целом условия эксплуатации БУ характеризуются постоянным воздействием на узлы и детали статических и циклических нагрузок. Допускаются кратковременные статические пере- грузки, но при этом необходимо, чтобы результирующие напряжения в деталях не превышали предел текучести материала. Циклические перегрузки иногда оказываются длительными, что вы- зывает усталостное разрушение конструкций. В узлах и деталях одновременно возникают нор- мальные и касательные напряжения как статические, так и переменные. Нарушение характеризу- ется асимметричным циклом или сложным напряженным состоянием. При этом многие детали работают в непосредственном контакте с поверхностно-активными коррозионными средами, ко- торые значительно ускоряют их разрушение при одновременном воздействии переменных нагру- зок. Абсолютные потери металла вследствие коррозионного растворения не играют существенной роли. Ресурс оборудования часто определяют местные коррозионные повреждения, которые лока- лизуются в наиболее напряженных зонах и вызывают зарождение усталостных трещин. 2. Влияние климатических условий на режим эксплуатации оборудования. Оборудование и изделия должны сохранять свои параметры в заданных пределах и сроках в условиях определенного климатического района и способа их размещения. Исполнение изделия должно соответствовать определенному макроклиматическому району. Климатические районы делятся в зависимости от средних ежегодных абсолютных температурных max и min воздуха, от- носительной влажности и от места расположения района. Исполнение изделия обусловлено следующими основными климатическими районами: 1) С умеренным климатом “+”40 0 С “-”45 0 С. Обозначение в шифре “У”. 2) С холодным климатом “-”45 0 С. Обозначение в шифре “ХЛ”. 3) С влажным тропическим t 20 0 С, относительная влажность 80%. Обозначение в шифре “ТВ”. 4) С сухим тропическим климатом – “ТС”. 5) С тропическим – “Т”. 6) Для всех указанных выше тропических районов на суше. Обозначение “О”. 7) С умеренным морским холодным климатом –“М”. 8) Изделия для работы в тропическом морском климате - “ТМ”. 9) Изделия для работы во всех климатических зонах на суше и на море - “В”. 10) Изделия для работы на судах с неограниченным районом плавания – “ОМ”. В зависимости от места размещения оборудования при эксплуатации, его изготавливают по следующим категориям: 1) Для работы на открытом воздухе – 1. 2) Для работы в помещениях при отсутствии прямой солнечной радиации осадков – 2. 3) Для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией – 3. 4) При условиях с искусственно регулируемыми климатическими условиями – 4. 5) Для работы в помещениях с повышенной влажностью, шахтах, сквозняках – 5. При разработке оборудования для определения исходных параметров необходимы сбор стати- стических данных по эксплуатации аналогов и обследование условий, в которых предлагается ис- пользование нового изделия. 4 Эксплуатация машин в условиях Крайнего Севера ставит их в положение активного и весьма неблагоприятного воздействия климатических факторов, к главнейшим из которых относятся низ- кие температуры, суточные и годовые перепады этих температур, скорость ветра, влажность и другие. Вследствие неприспособленности стандартной техники к условиям работы при низких температурах, затраты на их эксплуатацию в районах Крайнего Севера в 2-6 раз больше, чем в средней полосе. Климат на территории СНГ от субтропического до арктического. Площадь терри- тории СНГ, где преимущественно температура зимой ниже “-” 20 0 С с учетом скорости ветра со- ставляет 60%. Как показывает практика частота отказов машин зависит от амплитуды колебания воздуха. Чем больше амплитуда, тем чаще отказы. Повышенная влажность в сочетании с отрицательными температурами неблагоприятно влияет на надежность работы механизмов. Отказы машин и обо- рудования, в основе проявления которых лежит воздействие низких температур на материалы де- талей машин, называют низкотемпературными отказами. Низкие температуры оказывают значи- тельное влияние на все элементы надежности машин: безотказность, работоспособность, долго- вечность, ремонтопригодность. Низкие температуры: 1) Снижают ударную вязкость металла. 2) Способствуют отвердению и охрупчиванию полимерных материалов. 3) Снижают смазочные свойства масел и консистентных смазок. 4) Способствуют замерзанию конденсата. 5) Способствуют застыванию дизельного топлива. 6) Затрудняют пуск ДВС. 7) Способствуют попаданию снега в механизмы и обледенению. Определение основных причин, вызывающих снижение работоспособности машин при низких температурах, позволяет наметить эффективные методы повышения хладостойкости. К ним отно- сятся: 1) Конструктивно-расчетные. 2) Технологические. 3) Эксплуатационные. Под эксплуатационными понимаются такие методы, которые не требуют каких либо измене- ний в конструкции и осуществляются при эксплуатации машины. К ним относятся: 1) Применение легковоспламеняющихся пусковых жидкостей, северных сортов бензина и ди- зельного топлива. 2) Применение маловязких низкотемпературных сортов масел и технических жидкостей. 3) Применение низкотемпературных охлаждающих жидкостей. 4) Регулярный слив конденсата трубопроводов пневмосистем. 5) Очистка открытых узлов и механизмов от снега и льда. 6) Строгое выполнение технических условий и ППР. ЛИТЕРАТУРА: Налбандов В.Л. “Работоспособность оборудования в условиях Крайнего Севера”. Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В. “Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования”. Северинчик Н.А. “Машины и оборудование для бурения скважин”. 5 Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НиГ промыслов. Лекция 2. Структура процессов эксплуатации оборудования. 1. Режим работы БУ и действующие нагрузки. В процессе углубления скважины буровое оборудование эксплуатируется в двух основных режимах, связанных с работой бурильной колонны: режим вращения долота (бурение) и режим спуска или подъема бурильной колонны. Оба эти режима являются нестационарными. В режиме бурения нагрузки возникают вследствие необходимости передачи долоту крутя- щего момента, поддержания на весу бурильной колонны и прокачки по ЦС бурового раствора. В связи с неоднородностью горных пород и их физико-механических свойств разрушение долотом забоя и углубление скважины происходит неравномерно. Соответственно изменяется растягива- ющая нагрузка на крюке талевой системы. Эти изменения соответствуют пульсирующему циклу с небольшими частотой и амплитудой. Величина крутящего момента, передаваемого долоту, зависит главным образом от момента трения бурильной колонны о стенки скважины и момента сопротивления долота. Напорная часть циркуляционной системы нагружена в процессе бурения избыточным внутренним давлением 10 40 Мпа. Практика показывает, что пульсирующие давление бурового раствора влияет на работоспособность узлов нагнетательного манифольда вплоть до вертлюга. Пульсацию раствора следует рассматривать как переменные нагрузки, которые расстраивают резьбовые соединения и вызывают коррозионно-усталостные разрушения сварных соединений. После вертлюга пульсация раствора не может существенно влиять на прочность деталей буриль- ной колонны в связи с тем, что на них действуют значительно большие механические переменные нагрузки. Наиболее нагруженной БУ оказывается при подъеме колонн. Процесс подъема колонны цикличен, поэтому и нагрузки, действующие на детали механизмов подъемного комплекса, носят переменный характер как по времени так и по величине. Действующие нагрузки следует рассмат- ривать как статические и динамические. Величины расчетных нагрузок находят путем корректировки наибольших статических нагрузок с помощью коэффициентов динамичности. Р Р =Qk Д где Р Р – расчетная нагрузка в опасном сечении детали; Q – статическая нагрузка от наибольшего веса колонны; k Д – коэффициент динамических перегрузок – величина переменная и зависит от уско- рения, необходимого для достижения требуемых скоростей подвижной части талевой системы.( k Д =1,05 4). С увеличением нагрузки коэффициент динамичности уменьшает- ся. Таким образом, на узлы и детали БУ действуют нагрузки трех видов: статические, динами- ческие и переменные. Под статическими будем понимать постоянные или медленно изменяющи- еся по времени нагрузки. Напряжения, возникающие от динамических нагрузок, подсчитываются с помощью коэффициента динамических перегрузок. Переменные нагрузки бывают значительно меньше статических, однако при длительной эксплуатации они могут быть более опасными вслед- ствие усталостного разрушения деталей. 2. Понятие о техническом обслуживании и ремонте оборудования. В процессе эксплуатации оборудования происходит качественное изменение состояния де- талей и узлов, вызванное износом взаимосвязанных рабочих поверхностей. Полностью избежать изнашивания оборудования невозможно. Однако правильная эксплуатация бурового оборудова- ния, применение высококачественных смазочных материалов и систем технического обслужива- ния способствует продлению межремонтного периода работы оборудования. 6 Система технического обслуживания и планового ремонта бурового оборудования преду- сматривает проведение ряда регламентированных операций, содержащихся в ГОСТ 18322-78. Техническое обслуживание – комплекс операций или операция по поддержанию работоспо- собности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировке. Оно содержит регламентированные в конструкторской документации операции для поддержания работоспособности или исправности изделия в течении срока его службы. В тех- ническое обслуживание могут входить мойка изделия, контроль его технического состояния, очистка, смазывание, крепление болтовых соединений, замена некоторых составных частей, регу- лировка. Ремонт – комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности из- делий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей. В ремонт могут входить раз- борка, контроль технического состояния изделия, восстановление деталей, сборка и т.д. содержа- ние части операций ремонта может совпадать с содержанием некоторых операций технического обслуживания. Ремонт любого вида должен сопровождаться выдачей определенных гарантий на последующий срок эксплуатации. Основой проведения качественного и своевременного ремонта является система ТО и ПР. (техническое обслуживание и плановый ремонт). Эта система состоит из следующих основных разделов: система технического обслуживания и планового ремонта, структура и длительность ремонтных циклов и межремонтного периода, организация оперативно-технического учета и от- четности. ТО и ПР оборудования проводится после определения периода его эксплуатации. Чере- дование и периодичность ТО и ПР определяются длительностью межремонтного периода каждого агрегата, входящего в состав установки. Система ТО и ПР устанавливает принципиальные основы организации их, что создает не- обходимые предпосылки для более эффективного использования оборудования, увеличения меж- ремонтного периода, уменьшение интенсивности износа сопряженных деталей, обеспечивает воз- можность более тщательной подготовки ремонтных работ, проведение их в кратчайшие сроки и на высоком техническом уровне. Планирование, подготовка и организация ТО и ПР направлены на проведение их в кратчайшие сроки и с минимальными затратами. Технологическая подготовка за- ключается в разработке технических условий на капитальный ремонт, технологических процессов разборки, сборки, восстановления и составления дефектных ведомостей. Организация ремонтных работ включает планирование работ по ремонту, техническую подготовку производства, применение прогрессивных технологий ремонта, механизацию слесар- но-сборочных работ, развитие специализации ремонта по видам оборудования, расширение обла- сти применения агрегатного и поточного метода ремонта, обеспечение ремонтной документацией. Системой ТО и ПР бурового оборудования действующей в нефтяной промышленности предусмотрены, техническое обслуживание (ТО), текущий ремонт (ТР), капитальный ремонт (КР). Техническое обслуживание (ТО) – подразделяется на два вида - периодическое и сезонное. Периодическое ТО выполняется через установленные в эксплуатационной документации значения наработки или интервала времени (например ТО 1 , ТО 2 , ТО 3 ). Сезонное ТО включает в себя опера- ции по замене сезонных сортов масел, установке или снятию утеплений, агрегатов предпускового подогрева и т.д. ТО оборудования проводится силами эксплуатационного персонала буровой или силами ремонтной бригады. Результаты ТО фиксируются в журнале. Комплекс ТО регламентиру- ется инструкциями заводов изготовителей. Текущий ремонт (ТР) осуществляется в процессе эксплуатации в целях гарантированного обеспечения работоспособности оборудования. При ТР проводится частичная разборка оборудо- вания, ремонт отдельных узлов или замена изношенных деталей, регулировка и испытание со- гласно инструкции по эксплуатации. Неисправные детали и узлы ремонтируются в мастерских. ТР проводится ремонтными бригадами с привлечением обслуживающего персонала в соответствии с планами. Капитальный ремонт (КР) проводится в целях восстановления работоспособности и ре- сурса оборудования. При КР осуществляется полная разборка оборудования, мойка и дефектоско- пия деталей, ремонт, регулировка, сборка, испытание под нагрузкой и окраска. КР проводится в соответствии с планом-графиком ремонта на специализированных заводах, оснащенных соответ- 7 ствующим технологическим оборудованием. Порядок сдачи в ремонт, испытание и приемка по- сле ремонта определяются техническими условиями на капитальный ремонт оборудования. Организация ТО и ПР осуществляется под методическим и техническим руководством службы главного механика. Практическое проведение возлагается на базы производственного об- служивания, централизованные ремонтные заводы. Таким образом, действующая система ТО и ПР оборудования предусматривает проведение комплекса мероприятий предупредительного характера, направленных на поддержание оборудо- вания в постоянной эксплуатационной готовности и обеспечивающих наибольшую производи- тельность и высокое качество буровых работ, увеличение межремонтных сроков службы, сниже- ние затрат на ремонт и эксплуатацию оборудования, повышение качества ремонтных работ. |