924

Система верхнего привода VARCO TDS-11SA C МОДЕРНИЗАЦИЕЙ КОНСТРУКЦИИ ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ ВЕРТЛЮГА-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

ID: 172266
Дата закачки: 09 Августа 2016
Продавец: lesha.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Работа Курсовая
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС, Microsoft Word
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:
Система верхнего привода VARCO TDS-11SA C МОДЕРНИЗАЦИЕЙ КОНСТРУКЦИИ ТОРЦЕВОГО УПЛОТНЕНИЯ ВЕРТЛЮГА-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
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.
Как ранее отмечалось, в системе TDS-11SA используется два двигателя сети переменного тока мощностью 350 или 400 лошадиных сил. Двигатели устанавливаются вертикально, бок о бок, на основной корпус.
Крепление двигателей к основному корпусу производится при помощи модифицированного D-образного крепления. Такой способ монтажа позволяет осуществлять монтаж двигателей без клиньев или специальной центровки. Вал каждого двигателя оканчивается зубчатой передачей на нижнем торце, и тормозным диском на верхнем торце. Два тормозных диска гидравлического действия, установленных в верхней части каждого двигателя, удерживают крутящий момент в бурильной свече, а также участвуют в позиционировании свечи при горизонтальном бурении (Рис.3.2). Управление тормозными дисками осуществляется дистанционно, при помощи электромагнитного клапана.

Рисунок 3.2 Тормозная система основных двигателей

Буровые двигатели переменного тока являются двигателями открытого типа. Это означает, что воздух, охлаждающий двигатель, проходит сквозь него. Двигатели, изготавливаемые специально для применения в буровых системах верхнего привода, имеют встроенные датчики температуры, обмотку специальной пропитки, высокопрочные подшипники, а также валы с коническими выходами, позволяющими облегчить обслуживание систем передачи и торможения.
Система охлаждения двигателей в TDS-11SA представляет собой вентиляторную систему нагнетательного типа. Она состоит из двух моторов сети переменного тока мощностью 5 л.с., каждый из которых установлен сверху одного бурового двигателя (Рис. 3.3). Воздух поступает через воздухозаборное устройство, являющееся одновременно кожухом тормоза, затем он проходит по жесткому трубопроводу и поступает в каждый двигатель. После прохождения через внутренне пространство бурового двигателя, воздух выходит через вытяжные отверстия, расположенные в днище двигателей.


Рисунок 3.3 Система охлаждения двигателей

3.3 Редуктор и вертлюг

Узел трансмиссии и вертлюга (Рис. 3.4) передает энергию, создаваемую основными двигателями, на бурильную свечу. Внутри основного корпуса трансмиссии находится двухступенчатая зубчатая передача с общим передаточным числом 10.5:1 от двигателей на основной вал.
В основном корпусе также расположена емкость со смазочным материалом для шестерен трансмиссии и подшипников. Смазка производится нагнетательным способом от масляного насоса, встроенного в основной корпус. Масляный насос приводится в действие низкоскоростным гидравлическим двигателем. Отфильтрованное масло постоянно циркулирует, проходя через главный упорный подшипник, несущий подшипник, нижний радиальный подшипник и сборный подшипник зубчатой передачи, также смазывая зубчатое зацепление.


Рисунок 3.4 Узел трансмиссии и вертлюга

Между сварными соединениями S-образной трубы и основным валом вертлюга расположено сальниковое уплотнение (Рис. 3.5). Оно состоит из набора специальных металлических и резиновых колец, установленных и закреплённых в специальном корпусе. В процессе эксплуатации сальниковый узел необходимо периодически смазывать через специальный клапан.

Рисунок 3.5 Сальниковое уплотнение

3.4 Система подвески и крепления верхнего привода

Система противовеса включает два гидравлических цилиндра, соединенных между серьгой и крюком. При работе системы оба цилиндра несут на себе большую часть веса TDS-11SA. Тем самым система обеспечивает сохранность резьбы буровых замков, снимая с буровой свечи значительную часть веса при свинчивании и развинчивании соединений.
Изготовленная из кованого стального сплава серьга обеспечивает подвеску к стандартному крюку для роторного бурения. Серьга оборудована бронзовыми вкладышами, которые смазываются консистентной смазкой.
Дополнительным узлом TDS-11SA, который устанавливается по желанию заказчика, является узел, именуемый Stand Jump. Он состоит из переключателя, расположенного на панели бурильщика. Переключатель позволяет изменять работу цилиндров системы противовеса с режима БУРЕНИЕ, являющегося нормальным положением системы противовеса, в положение Stand Jump. Этот режим позволяет цилиндрам снять нагрузку от веса верхнего привода с бурильной свечи при развинчивании соединений. Тем самым снимается нагрузка с резьбы и предотвращается ее повреждение. Цилиндры приподнимают серьгу вертлюга с ее обычного расположения на крюке.
Оба гидравлических цилиндра подключены к пневмогидравлическому аккумулятору, расположенному на основном корпусе. Клапан ручного управления обеспечивает выдвижение цилиндров при монтаже системы. Зарядка аккумулятора производится гидравлической жидкостью, поддержание заряда на установленном уровне давления обеспечивается за счет контура системы противовеса в гидравлическом манифольде управления, расположенного на основном корпусе. Манифольд управляет гидравлическим питанием всей системы верхнего привода TDS-11SА.
Верхний привод TDS-11SА перемещается вертикально по направляющему рельсу на каретке, крепящейся к основному корпусу (Рис.3.6). Направляющий рельс подвешивается от кронблока и заканчивается на расстоянии семь футов над уровнем буровой площадки. Примерно в 10-15 футах над буровой площадкой направляющий рельс крепится к распорной балке гашения крутящего момента, установленной поперек нижней секции мачты.
Направляющий рельс принимает на себя крутящий момент, производимый трансмиссией при проворачивании бурильной свечи. Он поставляется отдельными секциями, для крепления к кроне необходимы особые кронштейны. Секции направляющего рельса собираются посекционно на буровой площадке и поднимаются к креплению кроны при помощи TDS-11SA.


Рисунок 3.6 Каретка и направляющий рельс


3.5 Гидравлическая система управления

Гидравлическая система управления является полностью автономной, встроенной системой. Двигатель переменного тока мощностью 10 л.с., скорость вращения 1,800 об/мин, приводит в действие два гидравлических насоса и обеспечивает питание гидравлической системы. Насос постоянной производительности приводит в действие работу системы смазки. Насос переменной производительности обеспечивает подачу гидравлической энергии на тормоза буровых двигателей, вращающуюся головку, встроенный противовыбросовый клапан дистанционного управления, цилиндра предохранительного зажима бурового инструмента, механизм наклона штроп и систему противовеса.
Гидравлический манифольд устанавливается на основном корпусе и включает электромагнитные клапаны и клапаны управления давлением и расходом жидкости.
Подача гидравлической жидкости производится из герметичного резервуара, изготовленного из нержавеющей стали. Это позволяет избежать необходимости высвобождения и повторного наполнения резервуара при передвижении буровой установки. Резервуар устанавливается между двумя буровыми двигателями переменного тока, он оборудован фильтрами и смотровым окном.
На основном корпусе также расположено три пневмогидравлических аккумулятора. Самый большой из них используется системой противовеса. Аккумулятор среднего объема Предназначен для разгрузки насоса нелинейного перемещения; третий аккумулятор приводит в действие контур задержки в исполнительном механизме встроенного противовыбросового клапана.

3.6 Трубный манипулятор РН-55

Трубный манипулятор РН-55 состоит из следующих основных узлов (Рис. 3.7):
• Вращающийся адаптер штроп
• Предохранительный зажим
• Механизм двустороннего наклона штроп
• Встроенные противовыбросовые клапана
• Штропа элеватора и элеватор бурильной трубы


Рисунок 3.7 Трубный манипулятор РН-55
Вращающийся адаптер штроп, находящийся в верхней части трубного манипулятора, представляет собой кольцевой узел. Он обеспечивает непрерывность подсоединения гидравлических линий при вращении трубного манипулятора вместе с компонентами бурильной колонны при ее подъеме или при позиционировании механизма наклона штроп. Адаптер также обеспечивает крепление механизма наклона штроп, цилиндра предохранительного зажима трубы, а также узла противовыбросового клапана дистанционного управления. Пазы в адаптере совмещаются с радиальными отверстиями в несущей колонне, обеспечивая прохождение гидравлической жидкости между адаптером и колонной при их вращении.
Радиальные проходы в верхнем торце несущей колонны соединены со шлангами, идущими к гидравлическому манифольду. Радиальные проходы в нижней части несущей колонны совмещены с герметично уплотненными пазами во вращающемся адаптере, которые в свою очередь соединены со шлангами, проложенными ко всем исполнительным механизмам трубного манипулятора.
Питание вращающегося адаптера штроп в оба направления производится от гидравлического двигателя.
Предохранительный зажим расположен под нижним плечиком переходника. Он состоит из двух челюстей с сухарями и цилиндра зажима, служащих для захвата муфты бурильного замка при ее подсоединении к переходнику. Крепление корпуса предохранительного зажима к раме произведено таким образом, что он может перемещаться вверх или вниз, обеспечивая тем самым захват резьбовых соединений при свинчивании и развинчивании бурильного инструмента.
Узел цилиндра системы двустороннего наклона штроп состоит из цилиндрических штоков, крепящихся пальцами к вращающемуся адаптеру штроп, и корпусов цилиндров, соединенных со штропами при помощи комплектов зажимов. Переключатель на панели бурильщика путем подачи давления на узел цилиндра обеспечивает отвод элеватора к положение "Вспомогательный шурф" или положение "Бурение". В нейтральном положении штропа возвращаются к центру скважины. Защелка на узле цилиндра ограничивает перемещение элеватора до позиции помбура. При высвобождении защелки, осуществляемом путем натяжения троса, становится возможным перемещение элеватора в положение "Вспомогательный шурф".
Встроенный противовыбросовый клапан управления (IBOP), расположенный в трубном манипуляторе, является предохранительной шаровой задвижкой внутреннего открытия. Нижний второй клапан ручного управления может устанавливаться по желанию заказчика для использования при контроле скважины. Оба клапана имеют стандартные правосторонние соединения диаметром 6 5/8 дюйма и рассчитаны на номинальное давление в 15,000 psi.
Верхний встроенный противовыбросовый клапан дистанционного управления открывается и закрывается при работе хомута и гидравлического цилиндра, управляемых с панели бурильщика при помощи электромагнитного клапана. Кожух вращается одновременно с корпусом клапана и поднимается вверх и вниз, приводя в действие небольшие рычаги, расположенные с каждой стороны штока клапана. Цилиндр через невращающееся приводное кольцо инициирует вращение кожуха. Гидравлический цилиндр крепится к раме гашения крутящего момента.
Опциональный нижний клапан является задвижкой аналогичного типа, за исключением того, что он должен открываться и закрываться вручную, при помощи ключа. Оба клапана могут быть в любой момент задействованы при присоединении TDS-11SA к бурильной свече. Нижний клапан может быть отделен от верхнего клапана с помощью буровых ключей, после отвода рамы гашения крутящего момента.
После отделения нижнего клапана становится возможным отвод всей системы TDS-11SA, что обеспечит достаточно пространства для монтажа переходников и задвижек, необходимых для осуществления действия по контролю скважины. После отделения при помощи обычных буровых ключей нижнего клапана от верхнего на TDS-11SА, нижний клапан остается подсоединенным к бурильной свече с целью контроля скважины. В комплект поставки входит переходник-крестовина, обеспечивающий подсоединение свечи к нижнему клапану.
Элеватор бурильных труб подвешен на двух проушинах большого диаметра, которые крепятся к адаптеру штроп. При запуске механизма наклона штроп происходит отвод эле

Комментарии: 4.2 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

    Скачано: 5         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.