Модернизация буровой установки БУ5000/320 ЭК-БМ-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Дипломный проект, на тему “Модернизация буровой установки БУ5000/320 – ЭК – БМ”, выполнен на основании задания, выданного руководителем проекта от кафедры “Машины и оборудование нефтяного и газового промысла”
Целью дипломного проекта является модернизация вышки “М45/335 – Р”. Точнее уменьшение ее металлоемкости и замены метода ее дефектоскопии на более прогрессивный метод неразрушающего контроля. Модернизация актуальна, так как снижается стоимость вышки при сохранении основных показателей работоспособности вышки.
Настоящий дипломный проект состоит 9 листов графической части и 90 листов пояснительной записки.
Основными составляющими мачты являются ноги из 3-5 секций, выполненных сваркой в виде ферм из труб или балок открытого прокатного профиля. Ноги вышки изготавливаются с треугольным, четырехугольным или с кольцевым сечением. Наибольшее сопротивление изгибу и кручению имеют вышки с 4-хугольным сечением ног, но они обладают большей материалоемкостью.
Секции ног стыкуются между собой фланцевыми соединениями или полухомутами. Верхние секции соединены с подкронблочной рамой проушинами, нижние секции ног соединены шарнирно с опорой, центрирующей вышку относительно оси ротора. Подкосы с помощью проушин соединяются с ногами вышки и башмаками , установленными на основании вышки.
Балкон для второго помощника бурильщика и магазин для свечей крепятся к ногам вышки посредством кронштейнов. Размеры балкона и его элементов должны соответствовать требованиям безопасности ГОСТ. Внутри ног вышки располагают стояк манифольда буровых насосов, площадку для обслуживания бурового рукава и лестницы туннельного типа. До балкона можно подняться по маршевым лестницам, монтируемым на гранях одной из ног.
Сборка мачтовых вышек производится на специально подготовленной площадке. В вертикальное положение вышку поднимают с помощью стрелы и блоков канатно-полиспастной системы, соединяемой с барабаном буровой лебедки или трактора - подъемника. Буровые установки универсальной монтажеспособности имеют специальный подъемный механизм в виде П -образной рамы с двумя подкосами и полиспастом. При подъеме вышки с помощью этого механизма используется буровая лебедка, приводимая от регулятора подачи долота. Вышка в рабочем положении крепится к
подкосам, обеспечивающим ее устойчивость при эксплуатации.
При подъеме бурильной свечи из скважины ее нижний конец устанавливают на подсвечник, а верхний конец заводят в магазин и свеча упирается на палец, изготовленный из толстостенной трубы и имеющей предохранительную шарнирную головку.

6 Диагностика технического состояния оборудования
Диагностика - отрасль науки, изучающая и устанав¬ливающая признаки состояния системы, а также методы, прин¬ципы и средства, при помощи которых дается заключение о ха¬рактере и существе дефектов системы без ее разборки и произ¬водится прогнозирование ресурса системы.
Техническая диагностика машин представляет систему мето¬дов и средств, применяемых при определении технического со¬стояния машины без ее разборки. При помощи технической диагностики можно определять состояния отдельных деталей и сборочных единиц машин, производить поиск дефектов, вызвав¬ших остановку или ненормальную работу машины.
На основе полученных при диагностике данных о характере разрушения деталей и сборочных единиц машины в зависимости от времени ее работы техническая диагностика позволяет про¬гнозировать техническое состояние машины на последующий срок работы после диагностирования.
Совокупность средств диагностирования, объекта и исполни¬телей, действующих по установленным алгоритмам, называется системой диагностирования.
Алгоритм - это совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при диагностировании, т.е. алго¬ритм устанавливает порядок проведения проверок состояния элементов объекта и правила анализа их результатов. Причем безусловный алгоритм диагностирования устанавливает заранее определенную последовательность проверок, а условный — в за¬висимости от результатов предыдущих проверок.
Техническое диагностирование - это процесс определения тех-нического состояния объекта с определенной точностью. Резуль¬татом диагностирования служит заключение о техническом со¬стоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причины дефекта.
Диагностирование - один из элементов системы ТО. Основ¬ная его цель - достижение максимальной эффективности экс¬плуатации машин и, в
частности, сведение до минимума затрат на их ТО. Для этого дают своевременную и квалифицированную оценку технического состояния машины и разрабатывают рацио¬нальные рекомендации по дальнейшему использованию и ремон¬ту сборочных единиц (обслуживанию, ремонту, дальнейшей экс¬плуатации без обслуживания, замене сборочных единиц, мате¬риалов и т.п.).
Диагностирование проводят как при ТО, так и при ремонте.
При ТО задачи диагностирования заключаются в том, чтобы установить потребность в проведении капитального или текуще¬го ремонта машины или ее сборочных единиц; качество функ¬ционирования механизмов и систем машин; перечень работ, ко¬торые необходимо выполнить при очередном техническом об¬служивании.
При ремонте машин задачи диагностирования сводятся к вы¬явлению сборочных единиц, подлежащих восстановлению, а так¬же оценке качества ремонтных работ. Виды технического диагно¬стирования классифицируют по назначению, периодичности, месту проведения, уровню специализации (см. рис. 4 ).
Дефектоскопия - это область знаний, охватывающая теорию, методы и технические средства определения дефектов в материале контролируемых объектов, в частности в материале деталей машин и элементов металлоконструкций.
Дефектоскопия является составной частью диагностики тех¬нического состояния оборудования и его составных частей. Рабо¬ты, связанные с выявлением дефектов в материале элементов оборудования, совмещаются с ремонтами и техническим обслу¬живанием или выполняются самостоятельно в период техниче¬ского осмотра. Для выявления скрытых дефектов в конструкци¬онных материалах используются различные методы неразру¬шающего контроля (дефектоскопии).
Известно, что дефекты в металле являются причиной измене¬ния его физических характеристик: плотности, электропроводно¬сти, магнитной проницаемости, упругих и других свойств. Ис¬следование этих характеристик и обнаружение с их помощью дефектов составляет физическую сущность методов неразру¬шающего контроля. Эти методы основаны на использовании проникающих излучений рентгеновских и гамма-лучей, магнит¬ных и электромагнитных полей, колебаний, оптических спектров, явлений капиллярности и других.
Согласно ГОСТ 18353 методы неразрушающего контроля классифицируют по видам: акустические, магнитные, оптические, проникающими веществами, радиационные, радиоволновые, теп¬ловые, электрические, электромагнитные. Каждый вид представ¬ляет собой условную группу методов, объединенных общностью физических характеристик.
Выбор вида дефектоскопии зависит от материала, конструк¬ции и размеров деталей, характера выявляемых дефектов и усло¬вий дефектоскопии (в мастерских или на машине). Основными качественными показателями методов
дефектоскопии являются чувствительность, разрешающая способность, достоверность ре¬зультатов. Чувствительность — наименьшие размеры выявляе¬мых дефектов; разрешающая способность - наименьшее расстоя-ние между двумя соседними минимальными выявляемыми де¬фектами, измеряется в единицах длины или числом линий на 1 мм . Достоверность результатов - вероятность пропуска дефектов или браковки годных деталей.
Для дефектоскопии металлоконструкций буровых установок предусмотрено несколько методов неразрушающего контроля, согласно МУ 03 – 008 – 04 по экспертизе буровых установок – это визуальный и ультразвуковой методы контроля.
Так как главным недостатком визуального метода является невозможность обнаружения внутренних дефектов, поэтому целесообразно его использование с другим методом.
Наибольшее применение для обнаружения внутренних дефектов получили методы радиационного и акустического контроля. Радиационный контроль позволяет обнаруживать мелкие дефекты (отдельные поры диаметром 0,2; 0,3 мм), однако этот метод не может полностью выявлять наиболее опасные дефекты – трещины. Кроме того, радиационный контроль не позволяет определять координаты дефектов. Радиационный контроль является дорогостоящим, так как предполагает применение в большом количестве радиографических пленок. Этих недостатков лишен акустический метод неразрушающего контроля, поэтому для обнаружения внутренних дефектов часто выбирают именно его.
Для акустического метода НК применяют колебания ультразвукового и звукового диапазонов частотой от 50 Гц до 50 МГц. Интенсивность колебаний обычно невилика, не превышает 1 кВт/м2. Такие колебания происходят в области упругих дефермаций среды, где напряжения и деформации связаны пропорциональной зависимостью (область линейной акустики).
Согласно ГОСТ 23829-79 акустические метода делят на две большие группы: использующие излучение и приём акустических волн (активные методы) и основанные только на приёме (пассивные методы). В каждой из групп можно выделить методы, основанные на возникновении в объекте контроля бегущих и стоячих волн или колебаний.
Активные акустические методы, в которых применяют бегущие волны, делят на две подгруппы, использующие прохождение и отражение волн. Применяют как непрерывное, так и импульсное излучение.
К методам прохождения относятся следующие:
Теневой метод, основанный на уменьшении амплитуды прошедшей волны под влиянием дефекта. (рис. 6 а)
Временной теневой метод, основанный на запаздывании импульса, вызванном огибанием дефекта.
Зеркально-теневой метод, основанный на ослаблении сигнала, отраженного от противоположной поверхности изделия (донного сигнала).
Велосиметрический метод, основанный на изменении скорости упругих волн при наличии дефекта.
В методах отражения применяют, как правило, импульсное излучение. К этой подгруппе относятся следующие методы дефектоскопии.
Эхо-метод. Регистрирует эхо-сигналы от дефектов. (рис. 6 б)
Зеркальный эхо-метод основан на зеркальном отражении импульсов от дефектов, ориентированных вертикально к поверхности, с которой ведётся контроль.
Реверберационный метод предназначен для контроля слоистых конструкций типа металл-пластик. Он основан на анализе длительности реверберации ультразвуковых импульсов в одном из слоёв.
8 Уменьшение металлоемкости вышки
Вышка “М45/335 – Р” – вышка А – образная мачтовой конструкции, состоящая из двух ног. Ноги представляют собой четырехгранные пространственные фермы, состоящие из четырех модулей секций.
Модули секций – это монтажно – сборочные единицы полной заводской готовности, включающие в себя электрические кабели, светильники, узлы механического оборудования. Основными несущими элементами пространственных ферм (ног вышки) являются трубы 140х14.
Исходя из выше сказанного, можно сказать, что для уменьшения металлоемкости вышки, нужно уменьшить толщину основных несущих элементов, то есть труб 140х14, а так же труб которые служат ребрами жесткости для основных несущих труб 140х14, сохраняя внешний диаметр труб, чтобы не изменять конструкцию вышки.
Значит экономия металла составила 4.604 т. Так как масса базовой вышки составляет 46.235 тонн, то это около 10 % от массы базовой вышки по металлу. Следовательно модернизированная вышка будет весить 41.612 тонн.
Так как уменьшается металлоемкость конструкции вышки, то уменьшается и ее технологический ресурс, то есть запас на воздействие нагрузок, принимаемых вышкой в ходе эксплуатации, так же таких вредных факторов, как коррозия металла. Поэтому целесообразно для данной модернизации применить антикоррозионное покрытие. Таким покрытием является “Нержамет - грунт”.
Нержамет-Грунт — высокоэффективная антикоррозионная алкидная грунтовка по металлу.
Достоинства:
• простота и удобство нанесения
• повышенная адгезия к металлам
• высокие антикоррозионные свойства
• грунтовка «два в одном»
• наносится прямо на ржавчину
• алюминиевый наполнитель
Антикоррозионный алкидный грунт с ингибиторами коррозии и алюминиевым наполнителем. Грунт применяется как для чистых, так и ржавых металлических поверхностей. Наносится прямо на ржавчину.
Антикоррозионная грунтовка Нержамет-Грунт — продукт "два в одном". Совмещает в себе преобразователь ржавчины и антикоррозионный грунт.
Антикоррозионная грунтовка обеспечивает длительную защиту поверхности металла от коррозии, агрессивного воздействия атмосферы, влажности, солнца и т.п. Грунтовка обладает высокой укрывистостью, образует ровную полуматовую пленку.
Покрытие на основе данного грунта отличается высокой изолирующей способностью и влагостойкостью. Входящий в состав алюминиевый наполнитель придает покрытию дополнительные износостойкие качества.
Нержамет-Грунт может использоваться и в качестве самостоятельного покрытия. Антикоррозионная алкидная грунтовка Нержамет-Грунт применяется для защиты поверхностей из чёрного металла и чугуна, в том числе покрытых ржавчиной и остатками старого покрытия, плотно сцепленными с металлом.
Антикоррозионный грунт позволяет обеспечить долговечную и надежную защиту от коррозии строительных металлоконструкций, труб, бытовых радиаторов отопления, внешних поверхностей емкостей водонапорных башен, гаражей, деталей машин и механизмов, а также железобетонных конструкций и металлических крыш.
Грунт для металла изготавливается с применением современных технологий, с использованием высококачественного сырья отечественных и зарубежных производителей.
Температурный режим нанесения грунтовки: от -10°С до +50°С. Время высыхания при температуре +20°С — 4 часа.
Расход грунта — 0,25 - 0,3кг на 1 кв.м. в зависимости от формы и структуры покрываемой поверхности.
Гарантийный срок хранения — 12 месяцев со дня изготовления.
Технические данные:
Основа материала - алкидная смола
Внешний вид пленки однородная полуглянцевая поверхность
Массовая доля нелетучих веществ, %  60-65
Условная вязкость по В3-246 (сопло 4), сек, не менее 60-110
Время высыхания до степени 3 при t (20,0±0,5)°С, ч, не более  4
Укрывистость в пересчете на сухую пленку, г/кв.м, не более  140
Прочность пленки при ударе, см, не менее  40
Прочность пленки при изгибе, мм, не более  3
Степень перетира, мкм, не более  40
Замедление скорости коррозии неболее, мм/год 0.003
В данном дипломном проекте была рассмотрена буровая установка “БУ5000/320 – ЭК – БМ”. Объект модернизации - вышка “М45/335 – Р”. Цель – уменьшение металлоемкости вышки, а так же замена метода ее дефектоскопии на более прогрессивный, а именно на эхо – метод неразрушающего контроля.
Актуальность данной модернизации:
1. Экономия металла на производство вышки, что выгодно и производителю и покупателю. Так как в первом случае производитель сможет произвести большее количество вышек или просто уменьшить затраты на одну единицу продукции, во втором случае покупателю выгоднее, так как он экономит на транспортных расходах и цене самой вышки;
2. Замена метода дефектоскопии металлоконструкции вышки ведет к сокращению времени диагностики вышки, а значит и более быстрому вводу в эксплуатации буровой установки, что экономит большие денежные средства вкладчиков в предприятий занимающиеся бурением.
Результат данной модернизации:
1. Металлоемкость вышки уменьшилась на 10%, что уменьшило затраты на ее производство, а значит и уменьшило цену. Следовательно производитель сможет производить за место 10 вышек базовой модели, 11 вышек модернизированной конструкции, вложив те же самые денежные средства;
2. При замене метода дефектоскопии, сроки ввода в эксплуатацию буровой установки сокращаются вдвое, на чем вкладчики могут сэкономить около 1 млн. 800 тыс. рублей;
3. Применение антикоррозионного покрытия “Нержамет – Грунт”, увеличит технологический ресурс вышки, тем самым продлит срок ее службы.