Практические работы по буровому оборудованию. Практические работы 1. Тема Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку. Выбор буровой установки Цель работы Научиться определять нагрузки на вышку и выбирать буровую установку в зависимости от конкретных условий бурения
 Скачать 4.21 Mb.
|
|
ТЕМА: Расчет нагрузок, емкости лебедки и порядок подъема свечей Цель работы: Научиться определять нагрузку и ѐмкость буровой лебедки и установить порядок подъѐма свечей. В практике бурения скважин используются два способа захвата и подвешивания бурильных и обсадных колонн: за заплечник или конусный уступ замка; за тело трубы (за счет ее обжатия). В первом случае применяют элеваторы со створками и трубодержатели (рис. VI. 1, а), во втором случае — клинья (рис. VI.1, б), захватывающие колонну за тело трубы, или плашечпые элеваторы. Элеваторы для подвешивания бурильных и обсадных труб применяют при нагрузках 1250— 3200 кН. Это корпусные элеваторы типа ЭК диаметрами 114—426 мм и типа КМ диаметрами 60— 377 мм. Для нагрузок 320—1250 кН и диаметров труб 48— 127 мм применяют двуштропные литые элеваторы типа ЭТАД. Корпусной элеватор типа ЭК (рис. VI.2) состоит из корпуса 1 и створки 2. В левой части корпуса 1 элеватора укреплен замок 3 с пружиной 5, удерживающей створку в закрытом положении. На створке шарнирно укреплена рукоятка 4 с эксцентриком, при повороте которой одновременно открываются замок и створка элеватора. Шарнирные самозапирающиеся фиксаторы 6 в проушинах элеватора обеспечивают свободный ввод штропов в проушины и предотвращают самопроизвольное выпадение их в процессе работы. Для вывода штропов из проушин фиксаторы открывают вручную крючком. В верхней части корпус имеет предохранительную расточку, исключающую возможность выхода трубы из элеватора, находящегося под нагрузкой при спуско-подъемных операциях; опорные поверхности элеватора под муфту трубы обрабатьшат токами высокой частоты до твердости 45—50 HRC. Корпусные элеваторы типа ЭК изготовляют для следующих диаметров труб: 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140 и 168 мм и для предельных нагрузок: 1100, 1400, 1700, 2000, 2500 и 3200 кН, по ГОСТ 25362—82 (СТ СЭВ 3187—81). Пневматические клиновые захваты ПКР-560 поставляют с комплектом клиньев для работы с трубами диаметром: 73, 89, 114, 127, 140, 146 и 168 мм. ПО «Уралмаш» выпускает пневматический клиновый захват ПКР-720 аналогичной конструкции для труб диаметром до 299 мм. Эти клиновые захваты предназначены для роторов с диаметром проходного отверстия 560 и 720 мм. Бурильные штропы предназначены для подвешивания элеватора на крюке. Они воспринимают всю нагрузку, возникающую при спуске бурильных и обсадных колонн, так как являются соединительным звеном между крюком и элеватором. Штропы представляют собой вытянутую по одной оси стальную петлю овальной конфигурации, один конец которой изогнут для более удобного расположения в рогах подъемного крюка. В нижней части имеются ручки. Механизм захвата свечи МЗС-4М применяется в системах АСП для захвата и удержания свечи во время ее подъема и переноса от центра скважины на подсвечник и обратно. Этот механизм представляет собой корпус в виде скобы с наклонными по отношению к вертикальной оси внутренними стенками. В корпусе помещены два клина, захватывающие свечу за гладкую поверхность трубы. Механизм подъема свечи состоит из пневматического цилиндра, вертикально закрепленного на основании вышки. К подвижному штоку цилиндра прикрепляется канат, который проходит через верхний дополнительный шкив кронблока и присоединяется к механизму подъема свечи. При движении поршня пневматического цилиндра механизм захвата вместе со свечой перемещается по вертикали. Если развинченную свечу надо вывести из замковой муфты, то поршню сообщают движение вниз. Во время завода конусной части замка свечи через талевый блок и элеватор в замковую муфту при спуске труб поршню необходимо также сообщить движение вниз. Когда конус замка станет против внутреннего направляющего конуса блока, следует опустить свечу до соприкосновения с резьбой замковой муфты, для чего поршень пневматического цилиндра должен переместиться в крайнее верхнее положение. Эксплуатация бурового оборудования При работе АСП с помощью механизмов захвата и подъема свечи выполняют следующие операции. 1.При подъеме бурильных труб из скважины: захват отвинченной свечи, находящейся над устьем скважины; подъем ее на небольшую высоту, чтобы вывести конусную часть замка из муфты нижней трубы, находящейся в скважине; вывод верхнего конца свечи из центратора, перенос и установка на подсвечник. 2.При спуске бурильных труб операции выполняют в обратной последовательности: захватывают свечу, стоящую на подсвечнике, поднимают ее и перемещают к центру скважины, затем опускают конусную часть замка в муфту трубы, установленную на роторе. Механизм захвата направляющего устройства шарнирно при соединяется к концу выдвижной стрелы механизма переноса свечи и одновременно при помощи каната, огибающего один из роликов кронблока, присоединяется к пневмоцилиндру механизма подъема свечм. Пневматический цилиндр имеет диаметр 0,4 м и создает на штоке усилие 74 кН при давлении сжатого воздуха 0,8 МПа; длина хода верхнего поршня 0,8, а нижнего 0,5 м. Механизм переноса свечи состоит из рамы, прикрепленной к вышке, на высоте около 20 м, и тележки, которая может передвигаться в горизонтальном направлении вдоль рамы. Тележка имеет выдвижную стрелу со скобой, охватывающей хвостовую часть механизма захвата свечи, подвешенного к канату, который огибает верхний шкив кронблока и соединен с механизмом подъема свечи. Подсвечник представляет собой металлическую раму, для удобства расстановки свечей смонтированную на подставке высотой 1,2 м от пола буровой. В зависимости от глубины скважины подсвечник оборудуется одним или двумя магазинами. Магазины разделены на секции перегородками. Секции закрываются створками. При установке свечи ее нижний конец нажимает на створку, открывает ее и занимает место установки. Створка закрывается автоматически. По заполнении секции свеча направляется в следующую секцию, на которой заблаговременно открывается створка. При ручной расстановке нижние концы свечей заводятся оператором, а при работе с АСП автоматически. При этом убавление осуществляется оператором с пульта. В системах АСП на уровне полатей устанавливают магазины для верхних концов свечей и центратор, предназначенный для поддержания верхнего конца свечи при отвинчивании ее или свинчивании с колонной труб. При внесении свечи в центр скважины или выносе ее центратор автоматически закрывается или открывается. Талевый блок, подходя к центратору, поднимает его. Центратор движется по направляющим канатам вверх вместе с талевым блоком, удерживая последний от раскачивания. При опускании элеватора центратор также опускается до своего рабочего положения. Центратор состоит из траверсы с механизмами для соединения ее с вертикально натянутыми внутри буровой двумя канатами. По этим канатам траверса, захваченная талевым блоком, может подниматься и опускаться. Внутри траверса имеет круглое отверстие с конусом в верхней части и прорезью сбоку для захода свечи. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СПО Спуск и подъем бурильной колонны — сложный и трудоемкий процесс, зависящий от глубины скважины и числа рейсов долота. Существующие способы и оборудование для автоматизации этого процесса конструктивно сложные и дорогостоящие, поэтому они применяются при бурении скважин глубиной более 4000 м в тех случаях, когда большое число рейсов долота. При незначительном числе рейсов долота и меньшей глубине экономически целесообразнее использовать системы с частичной механизацией. Для механизации СПО применяют механизмы в различных комбинациях, а для тяжелых условий работы — автоматические системы АСП-3М. В механизированных системах используются обычные талевые системы и СПО ведутся без совмещения по времени отдельных операций. При системах АСП-3М совмещаются операции спуска ненагруженного элеватора с отвинчиванием и уборкой свечи при спуске бурильной колонны или подачи к ротору и свинчивание свечей. Это требует применения более широких кронблока и талевого блока, а также усложняет монтаж вышки. Эксплуатация бурового оборудования Трубы поднимают в следующем порядке. I. Талевый блок 3 находится в крайнем нижнем положении, клинья опущены и поддерживают на роторе колонну труб; автоматический элеватор 4 захватил очередную свечу 6. В это время при помощи механизма расстановки 2 отвинченная свеча переносится на подсвечник 7. Ключ АКБ-3М2 5 отведен от устья скважины. II. Талевый блок 3 с элеватором 4 поднимает колонну бурильных труб. В это же время механизм захвата свечи 1 с тележкой механизма расстановки 2 продолжает переносить ранее поднятую свечу 6 на подсвечник 7. Роторные клинья подняты в верхнее положение. Ключ АКБ-ЗМ2 5 отведен. III. Талевый блок 3 продолжает подниматься. Механизм подъема свечи 8 установил свечу на подсвечник 7; клинья и ключ АКБ-3М2 5 находятся в прежнем отведенном положении. IV. Талевый блок 3 поднял колонну труб на высоту одной свечи. Клинья опущены в ротор и зажимают колонну. Механизм захвата свечи с тележкой 2 передвигается в исходное положение, ключ АКБ-3М2 5 подводится к колонне. V. Ключ АКБ-3М2 5 заведен на замковое соединение и развинчивает очередную свечу 6. Талевый блок 3 с элеватором 4 опускается по колонне труб. VI. Ключ АКБ-3М2 5 развинчивает свечу, талевый блок 3 опускается вниз. Механизм захвата 1 подводится к очередной свече. VII. Ключ АКБ-3М2 5 отведен в исходное положение, талевый блок 3 опустился в нижнее положение. Механизм захвата 1 выдвинут, захватывает очередную свечу 6 и выводит ее. Клиновой захват продолжает удерживать колонну бурильных труб, затем цикл повторяется для подъема колонны на длину следующей свечи. Спуск труб проводится в обратной последовательности. Управление механизмами АСП-3М2 осуществляется с поста бурильщика, на котором находятся несколько пультов: - пульт бурильщика, на котором выполняются обычные операции и управление пневматическим клиновым захватом; - пульт управления, откуда помощник бурильщика управляет ключом АКБ-ЗМ2; - пульт, с которого рабочий управляет командоаппаратами электродвигателей передвижения тележки и стрелы механизма захвата свечи, а также пневматическим цилиндром механизма подъема свеч. Исходные данные: Д б – диаметр бочки барабана лебедки; l св – длина свечи; Оснастка талевой системы; d к – диаметр каната; L б – длина бочки барабана. Данные взять из таблицы 9 согласно своего варианта. Порядок выполнения 1. Определить длину каната, наматываемого на барабан при подъеме колонны труб на длину свечи L = 1,05∙l св ∙n + l н , где n – число рабочих струн талевой системы n = 2к к – число шкивов талевого блока, задействованных в оснастке l н – длина нерабочих витков на барабане лебедки принимаем 15м. 2. Определить число витков каната в одном ряду (полученное значение округлить до целого числа) где t – шаг навивки каната - t = d к + , мм = 2 мм – зазор между витками каната. 3. Определить длину каната, навиваемого на барабан по каждому ряду l = ∙Д∙m , м где Д – диаметр барабана с учетом навитого каната, м Эксплуатация бурового оборудования - по первому ряду Д 1 = Д б + d к L 1 = ∙Д 1 ∙m - для последующих рядов «Д» определяем по формуле Д = Д б + (2 z –1)d к ∙ где z – порядковый номер ряда навивки; = 0,93 – коэффициент уплотнения каната; «Д» и «l» определить для 7-ми рядов 4. Определить ряд, по которому заканчивается навивка каната при подъеме колонны труб на длину свечи (l 1 + l 2 + l 3 + … + l i ) L 5. Определить расчетный (средний) диаметр барабана , где Д i – диаметр барабана по i-му ряду, на котором закончилась навивка при подъеме колонны труб на длину свечи. 6. Определить среднюю скорость подъема бурового крюка на всех скоростях буровой лебедки , м/с где п б – частота вращения барабана на соответствующей скорости лебедки, об/мин (данные взять из практического занятия №7) 7. Определить грузоподъемность буровой лебедки на всех скоростях подъема где N пр – мощность привода буровой лебедки, кВт (взять из технической характеристики буровой установки – практическое занятие №7). м.п = 0,8 – к.п.д. механических передач. Эксплуатация бурового оборудования Практическая работа № 7 ТЕМА: Выбор типа лебедки, определение мощности привода буровой лебедки Цель работы: Научиться определять тип лебѐдки, мощность привода буровой лебедки. К основным параметрам буровых лебѐдок относится мощность, скорости подъѐма, тяговое усилие, длина и диаметр барабана лебѐдки. От правильного выбора указанных параметров зависят производительность, экономичность и габариты лебѐдки, которые существенно влияют на эффективность бурения, транспортабельность и монтажеспособность всей буровой установки. Мощность лебѐдки определяется полезной мощностью на еѐ барабане, которая должна быть достаточной для выполнения спуско-подъѐмных операций и аварийных работ при бурении и креплении скважин заданной конструкции. При недостаточной мощности возрастает продолжительность спуско-подъѐмных операций, чрезмерная мощность недоиспользуется вследствие ограниченных скоростей подъѐма и приводит к неоправданным материальным и эксплуатационным расходам. В результате накопленного опыта установлено, что оптимальная мощность буровой лебѐдки определяется из условий подъѐма наиболее тяжелой бурильной колонны для заданной глубины бурения с расчѐтной скоростью 0,4-0,5 м/с. Продолжительность спуско-подъѐмных операций в бурении и топливно-энергитеческие затраты, связанные с их выполнением, зависят от скоростей и числа ступеней передач лебѐдки. Максимальная и минимальная скорости выбираются с учетом требований, обусловленных технологией бурения, работой каната и безопасностью подъѐма. Максимальная скорость подъѐма ограничивается безопасностью управления процессом подъѐма и предельной скоростью ходовой струны, при которой обеспечивается нормальная навивка каната на барабан лебѐдки. Для предотвращения затаскивания талевого блока на кронблок из-за ограниченного тормозного пути скорость подъѐма крюка, согласно требованиям безопасности, не должна превышать 2 м/с. Нормальная навивка каната на барабан лебѐдки, как показывает опыт, обеспечивается при скорости ходовой струны каната не более 20 м/с. При дальнейшим увеличении скорости для нормальной навивке каната необходимо увеличить диаметр барабана, что нежелательно, так как пропорционально возрастают крутящие и изгибающие моменты в деталях и узлах лебѐдки. Минимальная скорость подъѐма - резервная и используется для технологических целей: при расхаживании колонн бурильных и обсадных труб; при ликвидации осложнений и аварий, связанных с затяжкой и прихватом бурильных труб; при подъѐме колонны труб через закрытые превенторы; при подъѐме колонны труб в случае отказа одного из двигателей привода лебѐдки. Следует отметить, что скорость подъѐма, определяемая исходя из мощности привода и допускаемой нагрузке на крюке, обычно больше необходимой технологической скорости. Поэтому технологические скорости подъѐма используются при ограниченных тяговых усилиях. Для этого в системе управления лебѐдкой предусматривается предохранительное устройство, ограничивающее нагрузку на талевый механизм и вышку. Число ступеней передач (скоростей) зависит от типа привода буровой лебѐдки. При использовании электродвигателей постоянного тока имеем бесступенчатое изменение скоростей подъѐма в заданном диапазоне регулирования. В настоящее время в приводе буровых лебедок преимущественно используются дизели и электродвигатели переменного тока, обладающие жѐсткой естественной характеристикой. В этих случаях число ступеней механических передач буровой лебѐдки назначается из условия достаточно полного использования мощности двигателей. Степень использования мощности характеризуется отношением мощности, необходимой для подъѐма груза, к установленной мощности двигателей. Степень использования мощности двигателей заметно возрастает при увеличении числа ступеней передач до 6. Дальнейшее увеличение числа ступеней передач существенно не влияет на степень использования мощности двигателей и вместе с этим вызывает значительные усложнения конструкции и управления передачами лебѐдки. Поэтому целесообразно ограничивать число ступеней передач лебѐдок, используемых в бурении до 6. Диаметр барабана лебѐдки выбирают в зависимости от диаметра талевого каната. С уменьшением диаметра барабана пропорционально снижаются действующие на подъемный вал лебедки крутящие и изгибающие моменты, пропорционально квадрату диаметра уменьшается Эксплуатация бурового оборудования момент инерции барабана и в результате снижаются динамические нагрузки при резком торможении. Однако при чрезмерном уменьшении диаметра барабана ухудшается навивка каната. На усталостные повреждения каната диаметр каната существенно не влияет, так как число перегибов каната на барабане в 10-15 раз меньше, чем на шкивах кронблока и талевого блока. Длина барабана выбирается с таким расчѐтом, чтобы при заданном его диаметре обеспечить навивку каната в три-четыре слоя. При этом следует учитывать конструктивно приемлемую длину подъѐмного вала, а также требования, обеспечивающие нормальные условия перехода каната на последующий слой у дисков барабана. В случае недостаточной длины барабана затрудняется переход каната на последующий слой вследствие трения между ходовой струной каната и дисками барабана. На длинном барабане навивка нарушается из-за чрезмерного отклонения ходовой струны каната от плоскости вращения направляющего шкива кронблока. Окончательно длина барабана определяется с учѐтом числа слоѐв навивки каната и конструктивно приемлемой длины подъѐмного вала буровой лебѐдки Исходные данные: Коэффициент полезного действия механических передач мп = 0,95 Скорость крюка v = 0,3 м/с Дополнительные указания: Максимальную нагрузку на крюке от веса наиболее тяжелой колонны с учетом динамических нагрузок, тип оснастки талевой системы взять из таблицы 7. Порядок выполнения 1. Определить коэффициент полезного действия талевой системы , где β = 1,03 -коэффициент сопротивления шкива. 2. Определить натяжение ходового конца талевого каната 3. Определить мощность привода буровой лебедки 4. По полученной мощности выбрать буровую лебедку, выписать ее технические характеристики Исходные данные: Q кр – вес на крюке, кН Q т.с – вес элементов талевой системы, кН 2п – показатель оснастки талевой системы D н.в – диаметр навива каната на барабан лебедки, мм D т.ш – диаметр тормозных шкивов, мм L – длина тормозной рукоятке, мм r – радиус кривошипа тормозного вала, мм f – коэффициент трения β - угол обхвата тормозными лентами шкива Эксплуатация бурового оборудования Порядок выполнения: Определение усилия торможения ведется в следующей последовательности: 1. Определяем натяжение ведущей ветви при спуске колонны труб 2. Определяем усилие торможения по формуле [ ] , где е = 2,718 – основание натурального логарифма - угол обхвата тормозных лент тормозного шкива, выраженный в радианах [Р рук ] = 250 Н – нормативное значение |