Установка для перемотки и подогрева кабеля УПКО-1-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Установка для перемотки и подогрева кабеля УПКО-1-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Целью моего дипломного проекта было изучение конструкции и принци-па работы установки для перемотки и подогрева кабеля УПКО-1. После чего были выявлены конструктивные недостатки установки и предложены меропри-ятия по их устранению.
Данная установка предназначена для перемотки кабеля при ремонте скважин с Установкой ЭлектроЦентробежного Насоса при температуре окру-жающего воздуха от - 40 С до +40 С. Она полностью автоматизирована и не требует участия оператора. Ввиду этого широко применяется в УРС г Когалы-ма
На первом плакате моего дипломного проекта (показываю) изображена схема расположения установки на скважине. Кабель, служащий для подвода электроэнергии к ЭЦН, при ремонте скважины перематывается с помощью установки.
(Три вида)Установка состоит из утепленного бокса с основанием - при-емной площадкой .Внутри бокса размещены:
- привод, состоящий из эл.двигателя и редуктора, расположенные в изо-лированной нише ;
- привод катушки 3;
- привод тележки 4;
- кабелеукладчик 5, который представляет собой винт с водилом.
- тележка 6;
- калорифер 9;
А также - система управления приводом и система вентиляции.
Основные сборочные единицы и детали предоставлены на плакатах No
(3-й вид) Для регулирования натяжения кабеля при его намотке и раз-мотке предназначена рамка. В режиме "Намотка" отключение привода проис-ходит при поднятии рамки (натяжении кабеля). В режиме "Размотка" привод работает при поднятой рамке, при ее опускании (провисе кабеля) привод от-ключается.
Привод служит для:
а) обеспечения вращения катушки;
б) работы кабелеукладчика;
в) передвижения тележки.

(Кинематическая схема) При включении двигателя крутящий момент через червячный редуктор на клиноременную передачу передается на вал ка-тушки через кулачковую муфту.
Одновременно крутящий момент передается на вал кабелеукладчика че-рез шестерни и цепную передачу.
Привод тележки представляет собой вал со шкивом, установленный на две подшипниковые опоры. Через шкив и ролик пропущен канат, приводя-щий в движение тележку.
Одновременное вращение вала привода катушки и вала привода тележ-ки конструктивно исключено.
По результатам анализа эксплуатации установки были выявлены следу-ющие конструктивные недостатки:
а) разрушение изоляции кабеля;
б) недостаточная мощность обогревателей;
в) разрушение стального каната привода тележки;
г) износ ремней
Расслоение материала изоляции происходит при понижении температуры окружающего воздуха ниже -27°С, вследствие чего происходит понижение со-противления изоляции А уже при механическом воздействии происходит мгно-венное разрушение: изоляция лопается и трескается.
Для обогрева установки используются 5 обогревателей, каждый мощно-стью 2 кВт, которые должны обеспечить нагрев помещение бокса установки до +20 С за 3 часа при температуре окружающего воздуха - 40 С.
После выполненых расчетов я установила, что мощность обогревателей недостаточна для нагрева бокса до заданной регламентом температуры.
Привод тележки обладает низкой надежностью из-за несовершенства конструкции приводного шкива. Происходит излом и износ каната.
Одним из основных отказов является обрыв ремней из-за их ослабления. Это вызывается большым страгивающим моментом, возникающим при вклю-чении катушки с кабелем, масса которой с кабелем составляет около 10 тонн. Возникает необходимость частой замены ремней.
После проведенного анализа недостатков и отказов установки, предлага-ется усовершенствовать конструкцию и повысить надежность установки, путем внедрения следующих мероприятий:
Для исключения разрушения изоляции кабеля. При температуре ниже минус 27 °С необходимо применять кабеленаматыватели арктического испол-нения; это даст возможность производить при температурах до -38 °С.
для обеспечения температурного режима в боксе установки предлагается:
1) установить в бокс обогреватели мощностью 3 кВт;
2) увеличить количество обогревателей применяемой мощности 2 кВт;
3) увеличить время прогрева установки до 5 часов.
Мероприятия по устранению износа стального каната привода тележки
Для исключения проскальзывания и изломов стального каната, необхо-димо измененить конструкцию шкива привода тележки;
- фиксирование одного конца стального каната привода тележки на шки-ве;
- замена стального троса привода на цепь, шкивов – на звездочки;
- замена стального троса привода на винтовую пару.
Основным способом устранения частого износа ремней является исключение их проскальзывания и обеспечения нагрузки в расчетных режимах.
Для повышения надежности установки предлагается (чертеж привода)
а) замена кулачковой муфты между электродвигателем и червячным ре-дуктором фрикционной муфтой - будет происходить плавное сцепление при любой скорости с регулированием времени включения. Недостатком этого предложения является то, что фрикционная муфта требует постоянной регу-лировки из-за изменения массы кабеля на барабане в ходе СПО;
б) При замене электрического привода гидроприводом полностью реша-ется проблема износа ремней. Однако, это предложение имеет существенный недостаток – гидропривод – это дорогостоящее оборудование.
в) При замене ременной передачи на цепную выяснилось, что из-за большого пускового момента цепь рвется (резкие включения-выключения, удары приводят к износу привода). Недостаток замены ременной передачи на цепную был выявлен после проведенных испытаний на базе УРС.
г) При увеличении количества ремней в клиноременной передаче главное условие – сохранить исходное передаточное отношение клиноременной пере-дачи. Чтобы увеличить количество ремней в передаче необходимо изменить диаметры шкивов. Конструкция установки это позволяет.
В расчетной части дипломного проекта произведены расчеты основных параметров установки.
Безопасность
В экономическом разделе определена экономическая эффективность предложений по улучшению конструкции, которая составила около 130 тысяч рублей в год. 
На данный момент происходят испытания опытной установки с модерни-зированной конструкцией.
Благодарю за внимание.
УСТАНОВКА ДЛЯ ОБОГРЕВА И ПЕРЕМОТКИ КАБЕЛЯ,
 АВТОНАМАТЫВАТЕЛЬ, КАБЕЛЕНАМАТЫВАТЕЛЬ, КАБЕЛЬ
Объектом изучения является установка для подогрева и перемотки кабе-ля УПКО-1.
Цель дипломной работы – изучение конструкции установки, принципа работы, выявление конструктивных недостатков.
В процессе изучения проводились расчеты основных параметров уста-новки.
В результате изучения были выданы рекомендации по улучшению пара-метров установки.
Эффективность внедрения выданных рекомендаций позволяет увеличить долговечность узлов установки и улучшить технические параметры установки.
Пояснительная записка включает в себя 3 раздела: техническую часть, экономическую часть и раздел безопасности и экологичности проекта. В тех-ническую часть входят: анализ существующих конструкций установок, назна-чение, описание, а также все необходимые расчеты для обеспечения работоспо-собности установки. Экономическая часть рассматривает вопросы обеспечения экономической эффективности при применении модернизированного варианта. Раздел безопасности и экологичности проекта рассматривает вопросы охраны труда и окружающей среды при ремонте скважин.
Дипломный проект состоит из: графического материала общим объемом в количестве 10 листов формата А1, и пояснительной записки объемом 92 ма-шинописных страницы, включающей 8 рисунков, 6 таблиц и 49 формул.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ КОНСТРУКЦИИ И ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ УСТАНОВКИ
4.1 Обоснование основных параметров установки
Основными базовыми параметрами установки являются:
а) температурный режим;
б) габариты;
в) мощность привода.
Температурный режим работы установки определяется стандартом предприятия по спуско - подъемным операциям с установкой УЭЦН [19], со-гласно которому монтаж установки на устье скважины и дальнейшая ее работа проводится при температуре не ниже минус 27 С. Так как УПКО-1 – обогре-ваемый кабеленаматыватель, то демонтаж-монтаж установки и спуско-подъемные операции производятся до предельной температуры, ниже которой не могут производиться работы на открытом воздухе [19]:
- минус 38 С – без ветра;
- минус 36 С – ветер до 5 м/с;
- минус 35 С – ветер от 5 м/с до 10 м/с;
- минус 32 С – ветер более 10 м/с.
Габариты установки определяются исходя из размеров применяемых ка-тушек. Диаметр катушки без кабеля равен 900 мм, с кабелем, при максималь-ной глубине скважины 2000 м -1925 мм, длина катушки - 1400 мм, ширина под укладку кабеля - 1000 мм, при наружном диаметре перематываемого кабеля от 27,5 до 40,0 мм [20].  
Мощность привода данной установки зависит от массы катушки с кабе-лем, которая определяется глубиной скважины и типом кабеля и может дости-гать до 10 тонн. При одинаковой максимальной глубине скважины (2000 м) масса кабеля российского производства составляет 4-5 тонн, а кабеля импорт-ного производства – 8-10 тонн. Причиной этому служит наличие свинцовой оболочки в импортном кабеле, что значительно увеличивает массу кабеля. Масса самой катушки составляет 200 кг [20]. Расчеты мощности привода при-ведены в разделе 5.
4.2 Типоразмеры и характеристики кабелей, используемых в установке
Электроснабжение бригад подземного ремонта скважин должно обеспе-чивать надежную работу оборудования при любых погод¬ных условиях [18].
Питание электрооборудования бригад осуществляется напряжением не выше 380 вольт через станцию управления электрооборудованием ПКРС и освоения. Станцию управления рекомендуется располагать в отдельной будке (допускается монтировать эту будку с инструментальной будкой).
На станциях и кустах, где отсутствует электроэнергия, питание электро-оборудования осуществляется от передвижных электростанций мощностью от 15 до 100 кВт [17].
Укладка силовых электрических кабелей осуществляется по опорам, именнуемые на практике «козелки» (далее «козелки»), имеющих высоту 1-1,2 м. Опоры под силовые кабели выполняются в виде трехногих «козелков» из штанг с полукруглым седлом на верху высотой не менее 1,5 метра, располага-ются на протяжении всей кабельной линии на расстоянии не более 6 метров друг от друга, обеспечивающих провисание питающих кабелей не более 50 сантиметров от поверхности земли. Под укладку спускаемого кабеля КРБК с ЭЦН использовать «козелки» высотой 1 метр, шириной не менее 80 сантимет-ров в виде рольганга с буртиком, обеспечивающим удержание кабеля на роль-ганге, которые должны устанавливаться на расстоянии не более 5 метров друг от друга и обеспечивать провисание кабеля не более 30 сантиметров до по-верхности земли [17], [18].
Перед ремонтом скважины, оборудованной погружным электроцентро-бежным насосом, надо убедиться, что электромонтер обесточил линию и отсо-единил кабель, проверить надежность крепления кабельного ролика и пра-вильность его установки путем пропускания кабеля через него в обе стороны.
Для подвода электроэнергии к погружному электродвигателю применя-ется кабельная линия, состоящяя из основного питающего кабеля и срощенного с ним удлинителя с муфтой кабельного ввода, обеспечивающей герметическое присоединение кабельной линии. В зависимости от назначения в кабельную линию могут входить специальные кабели различных марок.
4.2.1 Кабель КРБК [2].
Круглый резиновый бронированный трехжильный кабель (КРВК) слу-жит для подвода электроэнергии трехфазного тока напряжением до 1100 В к электродвигателю непосредственно в скважине на участке от автотрансформа-тора до нижней насосно-компрессорной трубы.
Конструкция круглого трехжильного кабеля на напряжение до 1100 В показана на рисунке 4.1, а, а основные данные приведены в таблице 4.1
Из конструкции и основных данных видно, что этот специальный кабель рассчитан для особых условий эксплуатации.
Высокая изоляционная надежность, нефтегазостойкость, гиб¬кость и ме-ханическая прочность являются основными условиями для конструирования и изготовления кабеля.
В кабеле должна быть соблюдена продольная герметизация как в самой жиле между проводниками, между жилой и изоляционной резиной, так и меж-ду изоляцией жилы и наиритовой защитной обо¬лочкой. Это условие вызывает-ся тем, чтобы нефть, проникшая внутрь кабеля в случае аварии, не распро-странялась бы на большой длине и не приводила тем самым в негодность большие участки кабеля.
Для выполнения этого условия жила, несмотря на наличие в ней несколь-ких проволок, должна быть заполнена внутри резиной, которая прочно при-вулканизирована к меди, а наружная поверх¬ность изолированной жилы долж-на быть прочно связана с наири¬товой оболочкой.
Наиритовая оболочка кабеля служит для защиты изоляции жилы от вредного влияния нефти и газа, так как диэлектрическая резина не обладает нефтестойкостью. Защитную наиритовую оболочку покрывают маслостойкой лакотканью, поверх которой накладывают хлопчатобумажную пряжу, пропи-танную противогнилостным со¬ставом.
От механических повреждений кабель защищен специальной гибкой стальной ленточной броней (рисунок 4.1, б), специального про¬филя, благода-ря которому кабель приобретает большую прочность на раздавливание и со-храняет при этом гибкость, позволяющую производить частые наматывания его на барабан диаметром 600-900 мм.
4.2.2 Кабель КРБК [2]
Плоский резиновый бронированный кабель (КРБП) имеет также три жи-лы. Применяется он на участке между электродвигателем и первыми насосны-ми трубами. Обычно длина плоского кабеля не превышает 15 м.
Конструкция этого кабеля показана рисунке 4.2, а.
Плоский кабель изготовляется практически на то же напряжение, что и круглый и из тех же материалов, за исключением дополни¬тельной оплетки стеклолакотканью и ленточной брони.
Ленточная броня у плоского кабеля отличается от брони круглого кабе-ля по конструкции, точнее, по профилю ленты, она сложнее в производстве.
Конструкция брони кабеля КРБП более проста по сравнению с броней кабеля КРБК (рисунок 4.2, б). Материалом для нее служит холоднокатаная отожженная медная лента или стальная оцинкован¬ная лента.
Применение медной ленты в качестве материала для брони вызы¬вается необходимостью добиться небольшой толщины плоского кабеля: такая броня более удобна при наложении.
Наложение ленточной брони как на круглый, так и на плоский кабель производится после вулканизации и электрических испыта¬ний на специальных машинах.
Как круглый, так и плоский кабели должны обладать высоким сопротив-лением изоляции. Например, к отдельным изолированным жилам после ше-стичасового пребывания в воде при температуре плюс 50°С, кроме испытаний напряжением 2С7 + 1000 В, предъявляются требования по сопротивлению изоляции, значение которого в этих условиях должно быть не менее 50 МОм на 1 км, а сопротивление изоляции готового кабеля при нормальной комнат-ной температуре должно быть не менее 100 МОм на 1 км.
Такие условия предъявляются к кабелю вследствие необходимости контро-лировать в процессе работы состояние изоляции электро¬двигателя с кабелем.
Круглый кабель во время спуска в скважину крепят к насосно-компрес-сорным трубам специальными металлическими поясами в двух местах на каж-дой трубе на расстоянии приблизительно 200 мм от муфты.
Плоский кабель крепят к насосу и трубам так же металличе¬скими пояса-ми. Кроме того, на длине от двигателя до первой трубы его предохраняют от повреждений специальным металлическим кожухом корытообразной формы.
В настоящее время в ТПП «Когалымнефтегаз» при эксплуатации скважин с УЭЦН используются следующие виды кабелей [5]:
- Кабель силовой, СЕЕ, No4, поставка Центрлифт;
- Кабель силовой, КИРАИТ, свинецовый, плоский, 3х16мм, 4 кВт;
- Кабель силовой, РЕДА, 4/1 Е1В/Х .020 С4Р,4КУ, свинцовый; 
- Кабель КПБП 3x16, 3,3 кВт, АЛНАС;
- Кабель, КПБП 3x16, 3,3 кВт, КАМКАБЕЛ;
- Кабель КПБП 3x16, 3,3 кВт, НЕФТЕКАБЕЛЬ;
- Кабель КПБП 3x16, 3,3 кВт, ТАТНЕФТЬ.
4.2.3 Утилизация кабеля
Для списания кабеля существуют специальные нормы отбраковки, уста-новленные Центральной базой электропогружных установок (ЦБПО ЭПУ):
1) механические повреждения брони;
2) коррозия брони более 20 %;
3) отработка ресурса (1200 суток);
4) нарушения изоляции.
На утилизацию кабель поступает в цех утилизации кабеля в ЦБПО БНО.
Утилизация кабеля представляет собой следующий процесс:
Кабель из рулонов поступает на специальные ножи, где снимается за-щитная броня. Следующий этап – снятие пластмассовой изоляции, после чего кабель разделяется на три жилы, и готовая медь наматывается на барабаны.
Защитная броня отправляется на металлолом. Пластмассовая изоляция отправляется в цех резино-технических и пластмассовых изделий, где она пе-реплавляется в предохранительные колпачки для насосно-компрессорных труб. Медь поступает в склад готовой продукции для дальнейшей продажи.
4.3 Использование модульного принципа при совершенствовании кон-струкции установки УПКО-1
Снижение затрат при замене вышедших из строя сборочных единиц, уз-лов и деталей установки, увеличение их надежности и срока службы позволяет использование модульного принципа конструирования.
Под модульным принципом конструирования понимается проектирова-ние изделий на основе конструктивной и функциональной взаимозаменяемости составных частей конструкции - модулей.
Основными модулями установки являются:
а) модуль тележки;
б) модуль кабелеукладчика;
в) модуль привода, состоящий из редуктора, двигателя, муфты и рамы;
г) модуль обогревателей.
Причины отказов модулей:
- в модуле тележки могут произойти деформирование рамы, поломки ос-новных деталей и опор; причина – нарушение правил погрузки катушки;
- в модуле кабелеукладчика может произойти выкрашивание на направля-ющем винте по причине - износ винта;
- в модуле привода могут отказать двигатель, редуктор, полумуфта из-за износа их сборочных единиц, узлов и деталей;
- в модуле обогревателей могут выйти из строя как один, так и несколько обогревателей, причина – отказ нагревающих элементов.
4.4 Мероприятия по совершенствованию конструкции и повышению надежности установки
После проведенного анализа недостатков и отказов установке в разделе 3, предлагается усовершенствовать конструкцию и повысить надежность уста-новки, путем:
1) устранения разрушения изоляции;
2) устранения частого износа ремней;
3) устранения износа стального каната привода тележки;
4) увеличения количества энергии, получаемой для обогрева установки.
Рассмотрим каждое из предложений в отдельности.
4.4.1 Мероприятия по устранению разрушения изоляции
В Западно-Сибирском регионе температура воздуха очень часто и резко колеб-лется в широких пределах. Проанализировав изменения температур в ноябре, декаб-ре 2001 г., январе, феврале и марте 2002 г., можно сделать вывод, что значи-тельный период зимы температура воздуха может быть ниже критической для кабеля ЭЦН. Поэтому для сокращения количества ремонтов по причине сниже-ния сопротивления изоляции кабеля необходимо применять утепленные кабеленаматы-ватели [5].
Применение утепленных автовымоток арктического исполнения дает возможность производить ремонты ЭЦН в зимний период при температурах ниже минус 27 °С и до предела охрупчиваемости металла подъемных агрега-тов, т.е. до минус 38 °С. Это достигается путем нагревания кабеля внутри бокса кабеленаматывателя и подачи с установленной скоростью в скважину так, что её температура сохраняется в пределах рабочей зоны. В ЦПРС-3 в 2001г. исполь-зовалось 5 утепленных автовымоток арктического исполнения. А в целом по УРС ис-пользуется 24 кабеленаматывателя как отечественного, так и импортного произ-водства различных конструкций. Эксплуатация первой автовымотки арктического ис-полнения началось 1 февраля 1999 г.

4.4.2 Мероприятия по устранению частого износа ремней
Основным способом устранения частого износа ремней является исклю-чение их проскальзывания и обеспечения нагрузки в расчетных режимах.
Для повышения надежности установкм предлагается:
а) замена кулачковой муфты между электродвигателем и червячным ре-дуктором фрикционной муфтой;
б) замена электрического привода гидроприводом;
в) замена ременной передачи на цепную;
г) увеличение количества ремней в клиноременной передаче.
При замене кулачковой муфты между электродвигателем и червячным редуктором фрикционной муфтой будет происходить плавное сцепление при любой скорости с регулированием времени включения [12]. Недостатком заме-ны кулачковой муфты фрикционной муфтой является переменная величина пускового момента, которая не позволяет применить данный тип муфт. Фрик-ционная муфта требует постоянной регулировки из-за изменения массы кабеля на барабане в ходе СПО.
При замене электрического привода гидроприводом полностью решается проблема износа ремней. Однако, это предложение имеет существенный недо-статок – гидропривод – это дорогостоящее оборудование, необходима гидро-станция.
Одним из недостатков клиноременной передачи является неизбежность некоторого упругого скольжения ремня. Это усугубляется большой массой ка-тушки. Трение обусловливает их износ.
В цепных же передачах отсутствует скольжение, но они требуют более высокой точности установки валов, чем клиноременные передачи, и более сложного ухода – смазки, регулировки [12].
Недостаток замены ременной передачи на цепную был выявлен после проведенных испытаний на базе УРС. Получилось, что из-за большого пуско-вого момента цепь рвется (резкие включения-выключения, удары приводят к износу привода).
При увеличении количества ремней в клиноременной передаче главное условие – сохранить исходное передаточное отношение клиноременной пере-дачи. Чтобы увеличить количество ремней в передаче необходимо изменить диаметры шкивов. Конструкция установки это позволяет. Все необходимые расчеты приведены в разделе 5.
4.4.3 Мероприятия по устранению износа стального каната привода
тележки
Возможны следующие мероприятия:
- фиксирование одного конца стального каната привода тележки на шки-ве;
- замена стального троса привода на цепь, шкивов – на звездочки;
- замена стального троса привода на винтовую пару.
4.4.4 Мероприятия по обеспечению температурного режима в боксе
установки
Для эксплуатации кабеля импортного производства предлагается:
1) установить в бокс обогреватели мощностью 3 кВт;
2) увеличить количество обогревателей применяемой мощности 2 кВт;
3) увеличить время прогрева установки до 5 часов.
4.5 Общие выводы
4.5.1 Конструкция установки должна быть модульной;
4.5.2 При температуре ниже минус 27 °С применять кабеленаматыватели арктического исполнения;
4.5.3 Увеличить количество ремней в клиноременной передаче до пяти;
4.5.4 Изменить конструкцию привода тележки;
4.5.5 Увеличить мощности обогревателей.