Модернизация узла подвески и механизма ствола бурового вертлюга УВ-320. Курсовая работа. Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

«Модернизация узла подвески и механизма ствола вертлюга УВ-320 в условиях ООО «Роскомсевер»» состоит из пояснительной записки, приложений и графической части.
Пояснительная записка объемом 120 машинописных листов формата А4, содержит 24 рисунка, 14 таблиц, 48 формул и список используемых источников из 31 наименования. Графическая часть из 10 листов чертежей выполненных на формате А1.
ВЕРТЛЮГ, СТВОЛ, ШТРОП, ВТУЛКА, ПАЛЬЦЫ, ДЕФЕКТЫ, НЕИСПРАВНОСТИ, РЕМОНТ, НАПЛАВКА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МАРШРУТ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ.
Данная выпускная работа содержит разработку технологии ремонта вертлюга УВ-320 и его быстроизнашивающихся частей с целью приведения показателей работоспособности к нормативным согласно технического паспорта устройства.
Рассмотрены существующие конструкции буровых вертлюгов, проведен обзор и анализ научно-технической информации и патентов по ним. Выявлено, что наиболее подверженными износу являются посадочные поверхности ствола и отверстия штропа вертлюга. Рассмотрены современные технологии ремонта и восстановления работоспособности деталей. Восстановление рабочих поверхностей ствола вертлюга осуществляется методом наплавки и последующей механической обработки. Технологические маршруты восстановления ствола и пальцев вертлюга представлены в графической части и пояснительной записке.
Цель работы : Контроль технического состояния, диагностирование и модернизация буровых вертлюгов.
Задачи работы:
 Общие проблемы диагностирования вертлюгов
 Выявление дефектов, повреждений, уязвимых узлов и неисправностей вертлюгов.
 Техническое предложение, способствующее повышению эксплуатационной надежности.
Вертлюг предназначен для подвода бурового раствора во вращающуюся бурильную колонну. В процессе бурения вертлюг подвешивается к автоматическому элеватору либо к крюку талевого механизма и посредством гибкого шланга соединяется со стояком манифольда. При этом ведущая труба бурильной колонны соединяется с помощью резьбы с вращающимся стволом вертлюга, снабженным проходным отверстием для бурового раствора. Во время спускоподъёмных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким шлангом отводится в шурф и отсоединяется от талевого блока. При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических поворачиваний бурильной колонны с целью предотвращения прихватов.
Рассмотрены существующие конструкции буровых вертлюгов, проведен обзор и анализ научно-технической информации и патентов по ним. Выявлено, что наиболее подверженными износу являются ствол и узлы подвески вертлюга. В процессе работы вертлюга на посадочных поверхностях образуются мелкие дефекты, которые с течением времени разрастаются всё интенсивнее.
Проведено исследование существующих методов восстановления деталей. Заводом изготовителем предусмотрен ремонт двух составных частей вертлюга – стовла и штропа с целью приведения показателей работоспособности к нормативным согласно технического паспорта устройства.
Согласно "Инструкции по проведению дефектоскопии бурового, нефтепромыслового оборудования и инструмента на предприятиях и в объединениях Министерства нефтяной промышленности" вертлюги должны подвергаться неразрушающему контролю (НК). Зоны вертлюгов, подвергаемые НК, перечислены в таблице и показаны на принципиальной схеме вертлюга
Рассмотрены современные технологии ремонта и восстановления работоспособности деталей. Восстановление рабочих поверхностей ствола вертлюга осуществляется методом электродуговой наплавки и последующей механической обработки. Технологический маршрут восстановления ствола вертлюга представлен в графической части и пояснительной записке. Для наплавки был выбран Автомат А-580М. Наплавочный материал Св 0,8Г2С кремнеймаргонцевый
На этапе сбора информации было установлено, что отремонтированный вертлюг может обладать повышенными эксплуатационными характеристиками, однако слабым звеном всей конструкции также являются узлы подвески корпуса.
Когда вертлюг уже демонтирован с буровой установки на ремонтную базу, его нужно разобрать и провести техническую диагностику его деталей и узлов. Одним из самых проблемных моментов при этом является извлечение пальца из кольца штропа, чтобы отсоединить штроп от корпуса. По некоторым причинам(малая подвижность пальца, недостаточное количество смазки, высокая нагрузка на этот узел) в процессе эксплуатации происходит «схватывание» пальца в кольце, и актуального технического решения этой проблемы на данный момент нет. И поэтому я предлагаю свои технические решения, которые, на мой взгляд, достаточно экономичные и вполне реализуемы на производстве.

1)Нарезание фасонных канавок внутри кольца штропа и на пальцах.

Предлагаю прорезать фасонным резцом(или чем-нибудь аналогичным) канавки глубиной 1-2мм и диаметром 3-5мм внутри кольца и на поверхности пальца с уклоном в 1 оборот по длине пальца. Данные канавки, при их совмещении, можно заполнять дополнительным количеством смазки(литол, солидол),что непосредственно должно препятствовать схватыванию при эксплуатации вертлюгов.
2)Увеличение диаметра и шага резьбы внутри пальца.
Извлечение пальца проводится при помощи съемника, но стандартная резьба, которая специально для этого находится внутри пальца, в процессе съема не выдерживает нагрузку и зачастую срывается. Я предлагаю увеличить диаметр этой резьбы, и уменьшить её шаг. Производить эту операцию можно на ремонтно-механических базах, где и происходит разбор и диагностика вертлюга. Если брать в цифрах, то для примера возьмем буровой вертлюг УВ-250-МА, стандартный диаметр резьбы в пальце такого вертлюга составляет 18мм, а шаг резьбы 2.5мм. Диаметр резьбы мы увеличиваем до 22-24мм и уменьшаем ее шаг до 1мм. В большинстве случаев произойдет успешное извлечение пальца. Данный метод опробован на практике в компании «РосКомСевер».
3) Закалка поверхности пальца до более высокой твердости HRC=52-56 при помощи ТВЧ.
Следующий метод предполагает увеличение срока службы уже проработавшего некоторый период времени(1 год) пальца. По нормативным документам за год происходит истирание пальца в диаметре до 2мм. Я предлагаю обточить еще 2мм а после наплавить на него до изначального состояния специальным хром-никелевым электродом дополнительный слой металла. После нужно обработать поверхность пальца(сделать ее гладкой) и закалить мгновенной закалкой при помощи токов высокой частоты. После проделанных операции мы получим палец, твердость поверхности которого составит до 56 HRC, по сравнению с предыдущем показателем твердости 32-36HRC. А если учесть что и кольцо штропа и что сам палец выполняются из одинаковой стали 38ХГН(или подобных), то данная модернизация позволит пальцу прослужить еще дольше, а также должна уменьшиться вероятность очередного схватывания.

4 Техническое предложение

Ремонт и модернизация пальцев
Когда вертлюг уже демонтирован с буровой установки на ремонтную базу, его нужно разобрать и провести техническую диагностику его деталей и узлов. Одним из самых проблемных моментов при этом является извлечение пальца из кольца штропа, чтобы отсоединить штроп от корпуса. По некоторым причинам (малая подвижность пальца, недостаточное количество смазки, высокая нагрузка на этот узел) в процессе эксплуатации происходит «схватывание» пальца в кольце, и актуального технического решения этой проблемы на данный момент нет. И поэтому я предлагаю свои технические решения, чтобы предотвратить данную проблему в дальнейшем. На мой взгляд, они достаточно экономичные и вполне реализуемы на производстве.
Мой метод предполагает увеличение срока службы уже проработавшего некоторый период времени(1 год) пальца. Его извлечение проводится при помощи съемника, но стандартная резьба, которая специально для этого находится внутри пальца, в процессе съема не выдерживает нагрузку и зачастую срывается. Я предлагаю увеличить диаметр этой резьбы, и уменьшить её шаг. Производить эту операцию можно на ремонтно-механических базах, где и происходит разбор и диагностика вертлюга. Стандартный диаметр резьбы в пальце бурового вертлюга УВ-320 составляет 12мм, а шаг резьбы 2мм. Диаметр резьбы мы увеличиваем до 16-18мм и уменьшаем ее шаг до 1мм. После извлечения пальца переходим к его обработке.
По нормативным документам за год происходит истирание пальца в диаметре до 2мм. Я предлагаю обточить еще 2мм, а после наплавить на него до изначального состояния специальным хромоникелевым электродом дополнительный слой металла. После нужно обработать поверхность пальца(сделать ее гладкой) и закалить мгновенной закалкой при помощи токов высокой частоты. После проделанных операций мы получим палец, твердость поверхности которого составит до 56 HRC, по сравнению с предыдущим показателем твердости 32-36HRC. А если учесть что и кольцо штропа и что сам палец выполняются из одинаковой стали 38ХГН (или подобных), то данная модернизация позволит пальцу прослужить еще дольше, а также должна уменьшиться вероятность очередного схватывания.
После восстановления и улучшения поверхности пальца я предлагаю прорезать фасонным резцом (или чем-нибудь аналогичным) 3 канавки глубиной 2мм и диаметром 5мм на поверхности пальца с уклоном в 1/3 оборота по длине пальца. Данные канавки можно заполнять дополнительным количеством твердой смазки (литол, солидол), что также будет препятствовать схватыванию при эксплуатации вертлюгов.
Восстановление ствола вертлюга

Восстановление ствола вертлюга начинается с входного контроля детали. Приработки и прочих дефектов, распространившихся более чем на 5мм вглубь ствола, не допускается.
Если изделие удовлетворяет требованиям, то производится обточка в местах посадки подшипников и резьбовых элементов и последует наплавка и обработка восстанавливаемых поверхностей.
Применим указанную методику для восстановления работоспособности ствола вертлюга УВ-320.
Для входного контроля применяются средства неразрушающего контроля (НК) акустическим (ультразвуковым) методом применяются дефектоскопы типа УД2-12, УД-13П, УДИ-1-70, толщиномеры «Кварц-15», УТ-80, УТ-81М, УТ93П.
Для НК магнитопорошковым методом применяют дефектоскопы типа ПМД-70, МД-50П, МД-600 или аналогичные им.
Вертлюги подвергаются НК в разобранном виде, к комплекту деталей должен быть приложен паспорт вертлюга.
Детали должны быть очищены от грязи, масел, ржавчины, отслаивающейся окалины и краски любыми способами (механическим, химическим).
По результатам проведения НК ствола, в случае обнаружения трещин – ствол бракуется, в любых других случаях возможно восстановление поверхностей.
В соответствии с заявленными в характеристиках показатели восстанавливаемых поверхностей, отремонтированные детали могут обладать от 20% большим ресурсом по сравнению с новыми изделиями.