2776

СИСТЕМА ВЕРХНЕГО ПРИВОДА VARCO TDS-11SA C МОДЕРНИЗАЦИЕЙ КОНСТРУКЦИИ УПЛОТНЕНИЯ-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

ID: 171649
Дата закачки: 13 Июля 2016
Продавец: leha.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:
В дипломном проекте предлагается использование торцевого уплотнения вертлюга в системе верхнего привода, компании National Oilwell Varco, TDS-11SA.
Рассмотрены существующие конструкции отечественных и зарубежных производителей ВСП, изучены авторские свидетельства и патенты в данном направлении. Произведен расчёт основных параметров сальникового и торцевого уплотнения. Описан принцип работы прототипа и способ монтажа торцевого уплотнения на систему верхнего привода. Описаны, учтены и изучены правила безопасности и экологичности при использовании данной системы верхнего привода. Экономическая часть рассматривает вопросы обеспечения экономической эффективности при внедрении разработки.
Система верхнего привода (СВП) является принципиально новым типом бурового оборудования, обеспечивающим выполнение целого ряда технологических операций и позволяющим осуществлять процесс бурения на качественно новом уровне. В последнее время СВП становятся наиболее популярным способом бурения нефтяных и газовых скважин. Этой системой оборудуются как импортные, так и отечественные буровые установки. Система верхнего привода (СВП) предназначена для быстрой и безаварийной проводки вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин при бурении.
Верхний привод совмещает функции вертлюга и ротора и оснащается комплексом устройств для работы с бурильными трубами при выполнении спуско-подъемных операций.
Наличие устройств для работы с трубами отличает верхний привод от силовых вертлюгов, которые применяются при капитальном ремонте.
Функции СВП:
• Вращение бурильной колонны с регулированием частоты при бурении, проработке и расширении ствола скважины, при подъеме/спуске бурильной колонны.
• Торможение бурильной колонны и её удержание в заданном положении.
• Обеспечение проведения спускоподъемных операций (свинчивание/развинчивание бурильных труб, докрепление/раскрепление резьбовых соединений переводников и шаровых кранов; подача бурильных труб к стволу/удаление от ствола вертлюга.)
• Проведение операций по спуску обсадных колонн в скважину.
• Промывка скважины и одновременное проворачивание бурильной колонны.
• Задание и обеспечение величин крутящего момента и частоты вращения, их измерение и вывод показаний на дисплей шкафа управления, выносной дисплей, пульт управления и на станцию геолого-технических исследований.
• Дистанционное управление.
•  Герметизация внутритрубного пространства шаровыми кранами. Основные преимущества применения СВП:
• экономия времени в процессе наращивания труб при бурении;
• уменьшение вероятности прихватов бурового инструмента;
• расширение (проработка) ствола скважины при спуске и подъеме инструмента;
• повышение точности проводки скважин при направленном бурении;
• повышение безопасности буровой бригады;
• снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну;
• облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счет вращения и промывки;
• повышение качества керна.
Существует несколько видов верхних приводов, как правило их классифицируют на основе «номинальной нагрузки» (SWL) на инструмент, а также по типоразмерам и видам используемых двигателей. Используются двигатели различных видов, как гидропривод, так и двигатели постоянного или переменного тока.
Использование верхнего привода устраняет необходимость в ведущих буровых трубах и роторном столе, а также уменьшает количество ручного труда и связанных с ним опасностей. Использование технологии верхнего привода позволяет повысить эффективность работы буровой бригады, и компании в целом.

В данном дипломном проекте рассматриваются системы верхнего привода. Изучаются их зарубежные и отечественные конструкции, достоинства и недостатки, специфические особенности эксплуатации и ремонта, а также подробно разбирается конструкция системы верхнего привода TDS-11SA производства компании National Oilwell Varco и предлагается модернизация его конструкции.


Комментарии: 2 Регламент патентного поиска

Патентный поиск проводился с использованием фондов Тюменской областной научной библиотеки им. Д.И. Менделеева, а также фондов Тюменского регионального центра президентской библиотеки им. Б.Н. Ельцина. Была рассмотрена патентная документация по российским и зарубежным патентам за девятилетний период (2000 – 2009). Но интересной и перспективной информации найдено не было. Возможной причиной этого является то, что вид такого оборудования, как система верхнего привода, новый для отечественной отрасли бурения нефтяных и газовых скважин. Поэтому для получения самой последней и актуальной информации поиск проводился также на интернет сайтах:
www.fips.ru – базы российских и зарубежных патентов;
ru-patent.info – база патентов на изобретения Российской Федерации;
www.rupatent.com – база российских патентов;
www.google.com/patents - международная база патентной информации.
В процессе поиска уделялось особое внимание инновационным конструкторским решениям и разработкам, которые способны существенно повлиять на процесс проведения буровых работ с использованием системы верхнего привода и изменить его в лучшую сторону. Решениям которые позволят уменьшить время простоя бурового оборудования, тем самым повысив его эффективность и снизив вероятность появления различных осложнений.
Также ключевым фактором поиска была возможность реализации конкретного конструкторского или технологического решения на уже существующей системе верхнего привода, возможность проведения модернизации как таковой.

4.3 Результаты поиска

В процессе исследования патентной информации было найдено много интересных и перспективных решений. Результаты просмотра источников патентной информации приведены в таблице 4.1.
По ряду причин, перечисленные выше патенты неприменимы для использования их в качестве модернизации в рамках данного курсового проекта.
Некоторые из них, например US 7,828,085 B2 (верхний привод модульной конструкции), хоть и могут обеспечить гораздо большую эффективность и сократить общее время простоев, весьма дорогостоящи и требуют полного изменения конструкции системы верхнего привода.
Некоторые, сложно реализуемы на данный момент с технической и технологической точки зрения, например US 2006/0289170 A1 (метод совместного использования на буровой верхнего привода и гибкой трубы).

4.4 Описание предлагаемой модернизации

В качестве модернизации в данном дипломном проекте предлагается замена сальникового уплотнения вертлюга на специальное торцевое уплотнение (рис. 4.1). Конструкторское решение было позаимствовано из патента № US 7,343,968 B2 – Washpipe Seal Assembly (Узел уплотнения грязевой трубы), принадлежащего компании Deublin, США.
Торцевое уплотнение предназначено для прохода абразивной жидкости находящейся под давлением между невращающейся и вращающейся частью трубопровода. Уплотнение состоит из верхней стационарной проточной части (Upper Nut), нижней проточной вращающейся части (Lower Nut) и самоустанавливающейся части (Floating Assembly), положение которой регулируется с помощью тяг и прижимных пружин. Уплотнительные элементы состоят из самоустанавливающегося керамического кольца, закрепленного на невращающейся части трубопровода, и ответного керамического кольца, закрепленного на вращающейся части. Тем самым достигнут долгий срок службы уплотнения при высоких давлениях и высоких скоростях вращения.
Изобретение позволяет продлить срок службы уплотнительного элемента вертлюга, и является промежуточным звеном для прохода жидкости, во время проведения различных буровых работ.
Подобные уплотнительные устройства используются при высокой скорости бурения, когда необходимо соединить устройство подачи жидкости с вращающимся элементом. В частности, в сфере бурения нефтяных и газовых скважин, уплотнительный элемент вертлюга используется для обеспечения соединения грязевой трубы и вращающегося ствола.
Один из самых распространённых видов уплотнения бурового вертлюга, сальниковое уплотнение (Рис. 4.2), представляет собой ряд вращающихся уплотнительных колец, изготовленных из армированного эластичного материала. Они обеспечивают динамическое уплотнение внешней цилиндрической поверхности грязевой трубы.
В такой конструкции, уплотнительные кольца вращаются относительно неподвижной грязевой трубы и уплотнительные элементы последовательно подвергаются высокому давлению бурового раствора с одной стороны и атмосферному давлению с другой. Этот перепад давления приводит к тому что уплотнительные элементы плотно прижимаются к грязевой трубе, вызывая тем самым высокую степень износа и истирания как грязевой трубы, так и самих уплотнительных колец. Увеличение зазора между уплотнительными кольцами и грязевой трубой в конечном счёте приводит к выходу из строя всего уплотнения. Кроме того, возникают трудности с заменой уплотнения из-за его конструктивного расположения, что приводит к простоям при бурении. Подобные сальниковые уплотнения имеют сложную конструкцию, состоящую из множества элементов, требуют много времени и усилий для замены, и имеют ограниченный срок службы - около 200 часов или меньше при работе на скорости 90 оборотов в минуту и давлении 17 МПа. При эксплуатации же на скорости 250 оборотов и давлении 35 МПа, таких уплотнений хватает только на 20 - 30 часов, прежде чем потребуется замена.
Одной из целей данной модернизации является решение проблемы ограниченного срока службы существующих уплотнительных узлов для бурового вертлюга.
Объектом настоящей модернизации является улучшенный механизм (Рис. 4.3) для уплотнения вертлюга, который обеспечивают длительный срок службы уплотнения, и уменьшение износа торцевых уплотнительных колец.
Кроме того, еще одним объектом настоящей модернизации являются уплотнительные торцевые кольца, которые структурно расположены по отношению друг к другу так, что по крайней мере одно из них может быть перевернуто по отношению к другому. Этим можно задействовать вторую, не изношенную поверхность одного из колец уплотнения.
Данная конструкция обеспечивает длительных срок службы уплотнения бурового вертлюга, одна часть которого представляет собой самоустанавливающийся элемент (3), закрепляемый на невращающейся грязевой трубе с помощью верхней гайкой (1). Вторая часть закрепляется на вращающемся стволе вертлюга, нижней гайкой (2). Самоустанавливающаяся (плавающая) часть уплотнения устанавливается и перемещается вдоль стационарной трубчатой части (7).
Вращающееся (5) и невращающееся (4) уплотнительные кольца состоят из внутреннего керамического уплотнительного кольца, которое монтируется во внешнем кольце из стали, путём горячей посадки стального кольца на керамическое. Специальные тяги (9) сжимают пружину (8), которая регулирует зазор между уплотнительными кольцами.
Поперечное сечение нижнего керамического уплотнительного кольца имеет прямоугольную или квадратную форму. Верхнее невращающееся уплотнительное кольцо из карбида кремния имеет аналогичную форму, за исключением того, что одна из контактных поверхностей кольца имеет кольцевую выступающую часть, играющую роль поверхности трения со вторым керамическим уплотнительным кольцом.
Было установлено, что данное уплотнение может работать при давлении в размере от 35 до 70 МПа и скорости вращения 250 оборотов в минуту. Срок службы при этом составляет до 500 часов. При чрезмерном истирании поверхности нижнего керамического уплотнительного кольца, его уникальное строение позволяет заменить изношенную рабочую поверхность на новую, просто перевернув кольцо. Таким образом, один уплотнительный комплект обеспечивает уплотнение бурового вертлюга при проведении буровых работ на период времени до 1000 часов.
Кроме того, поскольку самоустанавливающееся уплотнение и верхнее уплотнительное кольцо монтируются на невращающейся части трубопровода, вращение нижнего уплотнительного кольца по отношению к невращающемуся верхнему помогает в предотвращении смещения торцевых уплотнительных поверхностей, в результате чего увеличился срок службы данных уплотнительных узлов. Закручивая гайку тяги самоустанавливающейся части, можно легко отделить верхнее керамическое кольцо от вращающегося кольца, чтобы обеспечить доступ к этим деталям, когда произойдёт износ. Эта легкость замены основных элементов механизма герметизации также является важным преимуществом данной конструкции.
В данном торцевом уплотнении использован вторичный механизм уплотнения. Он представляет собой уплотнение П-образного сечения (6), которое расположено между грязевой трубой и самоустанавливающейся частью уплотнения в месте, в котором нет высокого перепада давления и абразивного бурового раствора. Он обеспечивает эффективное уплотнение между этими двумя частями.
Изобретение включает определенные особенности, элементы новизны и структурные детали полностью описанные и показанные на прилагаемых чертежах.
Из недостатков, обычно присущих торцевым уплотнениям, следует отметить высокую стоимость и сложность их изготовления, по сравнению с сальниковыми.
Резюмируя всё вышесказанное следует отметить, что основными отличительными особенностями представленного торцевого уплотнения являются:
- длительный срок службы, по сравнению с обычным сальниковым уплотнением, что значительно сокращает время простоев оборудования из-за необходимости замены сальника
- уплотнение подходит к большинству типов современных верхних приводов и не требует для установки специальных модификаций конструкции
- рабочее давление уплотнения 7500 PSI ~ 50 МПа.
- простая и понятная конструкция уплотнения
- произвести замену изношенных графитовых колец можно в считанные минуты, используя стандартный ручной инструмент.
По результатам промышленных испытаний в реальных условиях срок службы торцевого уплотнения значительно (а в иных случаях десятикратно) превышает срок службы стандартного сальникового уплотнения (Рис. 4.4).


Размер файла: 0 байт
Фаил: (.)

Внимание! Фаил удален. Пожалуйста воспользуйтесь поиском.

Занесено в корзину

        Коментариев: 0

Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них.
Опять не то? Мы можем помочь сделать!

Некоторые похожие работы:

К сожалению, точных предложений нет. Рекомендуем воспользоваться поиском по базе.