Все разделы / Нефтяная промышленность /


Страницу Назад
Поискать другие аналоги этой работы

(720 )

Расчетная часть-Расчет универсального превентора ПУ-230-35-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

ID: 175624
Дата закачки: 08 Декабря 2016
Продавец: lenya.nakonechnyy.92@mail.ru (Напишите, если есть вопросы)
    Посмотреть другие работы этого продавца

Тип работы: Диплом и связанное с ним
Форматы файлов: Microsoft Word

Описание:
Расчетная часть-Расчет универсального превентора ПУ-230-35-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Комментарии: 5 Техническое предложение


Исходя из анализа конструкций, схем монтажа противовыбросового оборудования и патентного анализа универсальных превенторов, считаем целесообразным взять за остову разработки поректа:
- универсальный превентор ПУГ 230х350 (рисунок 5.1; лист 10)
- авторское свидетельство №506312 фирмы «Шафер» (рисунок 5.2; лист 6).
Универсальный превентор ПУГ 230х350, корпус которого изготовлен литьем из стали 20ХНГСМЛ, представлен на рисунке 5.1.
Универсальный превентор фирмы «Шаффер» представлен на рисунке 5.2.



Рисунок 5.1-Универсальный превентор ПУГ 230х350

Недостаток такого конструктивного исполнения превентора заключается том, что замедляется процесс замены эластичного уплотнителя вследствие большой трудоемкости выкручивания крышки превентора.



Рисунок 5.2-Универсальный превентор фирмы «Шаффер»

Техническим результатом конструирования является изменение крышки и корпуса превентора ПУГ 230х350, а также изменение их соединения между собой (посредством 10 шпилек М 42х100 ГОСТ 22043 – 76) по типу превентора «Шаффер».

Рисунок 5.3-Универсальный превентор (сконструированный)
6 Расчет универсального превентора


6.1 Методика расчета корпуса универсального превентора, крышки и уплотнителя



Основные составные части универсального превентора : корпус, крышка и уплотнительная манжета рассчитываются по известным методикам расчетов гидравлического оборудования. Исходными данными при проектировании и расчете универсального превентора являются диаметр проходного отверстия рабочее давление превентора, наибольший диаметр уплотняемых труб, давление, развиваемое гидравлической станцией управления (или рабочее давление в гидроаккумуляторе), не превышающее 10 мПа.



Рисунок 6.1- Универсальный превентор

1 – шпильки; 2 – крышка; 3 – стопорный болт; 4 – манжета; 5 – уплотнительная резинометаллическая манжета; 6, 7, 11, 12, 15, 16 – самоуплотняющиеся манжеты; 8 и 13 – штуцеры; 9 – полый ступенчатый поршень; 17 – корпус; 18 – уплотнительные кольца; 19 – шпильки.
А – верхняя полость, образуемая поршнем, корпусом и крышкой; Б – нижняя полость, образуемая поршнем и корпусом; В – полость превентора.
Для закрытия превентора необходимо условие

(6.1)

где - давление жидкости в полости Б, Па;
- площадь поршня в полости Б, м2;
- давление жидкости в полости А, Па;
- площадь поршня в полости А, м2.

Для открытия

(6.2)

где - давление жидкости в полости А, Па;
- площадь поршня в полости А, м2;
- давление флюида в полости В, Па;
- площадь поршня в полости Б, м2.

Для удержания манжеты в закрытом состоянии

(6.3)

где - давление флюида в полости В, Па;
- площадь поршня в полости Б, м2;
- вес манжеты, Н;
- вес поршня, Н.

Площади поршня в полостях А, Б и В определяются по диаметрам поршня в этих полостях, принимаемых конструктивно. Внутренний диаметр предохранительной втулки определяется заданным диаметром проходного отверстия превентора. Наружный ее диаметр можно вычислить, исходя из толщины стенки, рассчитываемой по допускаемому напряжению в стенке тонкостенного цилиндра.
Корпус универсального превентора рассчитывают на прочность как толстостенный ступенчатый цилиндр по известным формулам.
Для нормального уплотнения превенторов необходимо, чтобы нагрузка от скважинного давления, стремящаяся выдавить резиновую массу из уплотняемого зазора была меньше горизонтальной уплотняющей силы, определяемой по площади, воспринимающей давление. Для обхвата бурильных труб в плашечных превенторах применяют резины марки ИРП-1396 и ИРП-8470. Последняя имеет следующие физико-механические показатели: сопротивление разрыву 80…18 мПа, твердость по Шору 50…65, относительное удлинение 360…500. В универсальных превенторах применяют резину марки УПР-78 со следующими свойствами: прочность 22,4…26,0 мПа, относительное удлинение 480…551 твердость по Шору 67…73.
Корпус превентора представляет полый толстостенный ступенчатый цилиндр сложной формы 4 (см. рис. 6.1).
Точный расчет таких деталей с учетом их толстостенности возможен только для некоторых простейших случаев нагружения и связан с весьма громоздкими вычислениями.



Рисунок 6.2-Корпус универсального превентра


















Рисунок 6.3-График зависимости

Поэтому при расчете корпус условно разделяется на отдельные цилиндрические ступени (рисунок 6.2). Каждая ступень представляет короткую оболочку, на которую действуют соответствующие окружные нагрузки. При расчете каждой ступени корпуса используется теорию оболочек.
Окружное напряжение вычисляется по формуле , в которой по знаменателю переменного радиуса rср+y учитывается неодинаковость длины внутренних и наружных волокон:

,   (6.4)

где μ – коэффициент Пуассона;
Nz – осевая сила, кгс;
h – толщина оболочки в мм;
E – модуль упругости;
u – радиальное перемещение в мм;
rср – средний радиус оболочки в мм;
y – ордината, отсчитываемая от срединной поверхности в направлении внешней нормали, мм;
Mz – меридиальный момент, кгс*см;
D – наружный диаметр оболочки, мм.

Осевое напряжение

,   (6.5)


При определении значений u и Mz был построен график зависимости (рисунок 6.3).

(6.6)
для различных

k=r/R, (6.7)

где r, R – средние радиусы сопрягаемых ступеней корпуса, мм;
h – толщина оболочки,мм;
q – давление при опрессовке в кгс/см2.

φ=R/h. (6.8)

Такой метод расчета корпуса универсального превентора сложен из-за громоздких вычислений, поэтому для приближенного расчета можно пользоваться широко известными формулами сопротивления материалов.
Так как для корпуса превентора δ/D>1|/20, то для толстостенного сосуда

,    (6.9)
Где ρр – рабочее давление, кгс/см2;
r1 и r2 – наружный и внутренний радиусы сечения, мм.
Вычисляя по формуле (6.9) напряжения в различных сечениях, подбирается толщину стенок превентора.

В крышке 1 универсального превентора (рисунок 6.1) при различных видах ее нагружения возникают следующие напряжения.
1. Когда уплотнителем перекрыта вся скважина (трубы отсутствуют), нагрузка на крышку передается через фланцы уплотнителя. Крышку превентора рассматриваем как круглую пластину с концентрическим отверстием, внешний край которого опирается на корпус, а равномерная нагрузка распределяется по ее внутреннему краю. Максимальные напряжения в крышке по внутреннему краю

,  (6.10)

где ρmax – максимальная нагрузка, действующая на крышку через вставку уплотнителя, кгс;
s – толщина пластинки по внутреннему краю, мм;
а – наружный радиус пластинки, мм;
b – внутренний радиус пластинки, мм.

,  (6.11)

где D1 – наружный диаметр запорной камеры в мм;
D2 – внутренний диаметр запорной камеры в мм;
ρр – пробное давление превентора в кгс/см2;
ρr – давление в гидравлической системе управления в кгс/см2.

m=1/μ, (6.12)

где μ – коэффициент Пуассона, равный 0,3;

2. В процессе испытания корпуса и крышки в сборке на определенное давление крышку вместе с заглушкой рассматривают как одно целое – круглую
сплошную пластинку постоянной толщины, край которой опирается и равномерная сплошная нагрузка действует по всему контуру. При этом максимальное напряжение определяем по линии с, радиус которой rс равен среднему радиусу прокладки:

,  (6.13)

где ρ=πа2ρисп (ρисп – испытательное давление превентора в кгс/см2).

Остальные значения те же, что в формулах (6.10), (6.11) и на рисунке 6.4.
В сечении 1-1 возникают напряжения растяжения. Прямоугольную резьбу крышки рассчитывается на изгиб, срез и смятие.











Рисунок 6.4-Расчет крышки универсального превентора


6.2 Расчет корпуса превентора


Точно рассчитать корпуса универсального превентора по формулам (6.4) и (6.5) трудно.
Поскольку отношение толщины стенки к диаметру в корпусе превентора составляет 1/9 (больше 1/20), то расчет такого цилиндра ведем по формулам (6.9) для толстостенного цилиндра

.

Для сечения, в котором действует усилие Q0 (рисунок 6.2), имеем r1=640 мм; r2=500 мм.


В сечении, в котором действует усилие Q4, r1=375 мм; r2=230 мм:





Корпус универсального превентора отливают из стали 20ХНГСМЛ для толщин стенок более 100 мм.
Механические свойства стали 20ХНГСМЛ
Предел текучести σт, кгс/мм2      45
Ударная вязкость ак, кгс*м/см2     6,0
Твердость         194-217 НВ
Относительное удлинение δ5, %     14
Для этой стали определяют допускаемые напряжения при коэффициенте запаса =1,3.
,
,
,
,
.

В рассмотренном выше сечении Q0 коэффициент запаса прочности меньше 1,3 и составляет
n=45/36=1,2
В сечении, где действует усилие Q4, напряжение меньше допускаемого. Другие сечения корпуса универсального превентора менее опасны, поэтому и проверять их не требуется.


6.3 Расчет крышки превентора


Крышку превентора рассчитываем для двух случаев.
1. Уплотнителем прикрыта вся скважина, максимальные напряжения в крышке по внутреннему краю определяют по формуле (6.10), где m=1/μ; μ=0,3:

m=1/0,3=3,33

По формуле (6.10) s=280 мм (рисунок 6.4); а=352 мм; в=195 мм; ρmax определяем по формуле (6.11); D1=920 мм – наружный диаметр запорной камеры; ρр=700 кгс/см2 – пробное давление в превенторе; ρr=100 кгс/см2 – давление в гидравлической системе управления.



По формуле (6.10) находим

.

2. Максимальные напряжения определяем по линии с со средним радиусом rс по формуле (6.13), где



,

где rс=13,6 см – средний радиус прокладки.

Крышка превентора так же, как и превентор, изготавливается из стали 20ХНГСМЛ, для которой [σр]=34,6 кг/мм2.
Таким образом, действующие растягивающие напряжения в крышке корпуса, полученные как в первом, так и во втором случае, ниже допускаемого напряжения [σр].





6.4 Расчет уплотнителя


Уплотнитель универсального превентора рассчитывают с целью определения его геометрических размеров, хода плунжера и давления гидравлического управления, необходимых для герметизации устья скважины.
Рассмотрим работу уплотнителя (рисунок 6.5) при герметизации трубы, находящейся в скважине.













Рисунок 6.5-Уплотнитель

Угол α определяют по формуле

,   (6.14)

где Р – осевое усилие, кгс;
D1 и D3 – наружный и внутренний диаметры гидравлической камеры обратного хода, см;
ρк – давление в камере, кгс/см2;
μ – коэффициент трения материала уплотнителя по стали.

В различных конструкциях отечественных и зарубежных универсальных превенторов угол α принимают равным 19-21º.
Ход плунжера определяют для трех случаев.
Если в скважине находится труба, то

.  (6.15)

Если в скважине находится ведущая труба, то

.  (6.16)

Если инструмент в скважине отсутствует, то

,   (6.17)
где Rср=R+r/2 – средний радиус уплотнителя, мм;
d,– диаметр прохода превентора, мм;
dт – диаметр уплотняемой трубы, мм;
а – сторона уплотняемого квадрата, мм;
hт, hк и h – ход плунжера при герметизации соответственно трубы, квадрата и при отсутствии инструмента в скважине, мм;
m – поправочный коэффициент, зависящий для принятого материала от давления среды и давления в камере и определяемый экспериментально на натурных образцах.
При рассмотрении формул (6.15)-(6.17) видно, что наибольший ход плунжера будет при отсутствии в скважине инструмента. Таким образом, вычислив h, можно определить основные геометрические размеры универсального превентора.
Давление в системе гидравлического управления до соприкосновения внутренней поверхности уплотнителя с уплотняемым элементом определяют по формуле:

.   (6.18)

Давление в системе гидравлического управления после соприкосновения уплотнителя с уплотняемым элементом
,  (6.19)

где ρоб – внешнее обжимающее давление, действующее на уплотнитель, кгс/см2;
fб – площадь боковой поверхности уплотнителя, см2;
μ1 – коэффициент трения стали по стали;
ρи – удельное давление на поверхность уплотняемого инструмента для создания герметичности, кгс/см2.

,  (6.20)

,  (6.21)

,  (6.22)

,  (6.23)

,  (6.24)

где μ2 – коэффициент трения между уплотнителем и плунжером;
μ3 – коэффициент трения между манжетами и корпусом;
k, k1 – коэффициенты, зависящие от соотношения различных площадей.
Расчет уплотнителя по приведенных формулам не является абсолютно точным, так как при этом были сделаны допущения (не учитывалось влияние металлической арматуры; принималось, что деформация уплотняемых металлических деталей и арматуры уплотнителя равна нулю; из-за сложности конструкции уплотнителя неточно определен ход плунжера и его геометрические размеры).





6.5 Надежность универсального превентора


Надежность объекта определяется его безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. Безотказность- это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. для большинства видов буровых машин наработка измеряется машинным временем бурения и спуско-подъемных операций (буровые насосы, вертлюги, роторы, лебедки, кронблоки и др.). Наработка талевого каната измеряется работой, выраженной в тонно-километрах. Наработку буровых долот предлагается измерять суммарным числом оборотов. для ряда других механизмов и деталей наработка измеряется числом рабочих циклов (буровые ключи, клиновые захваты, подшипники и др.). Безотказность может рассматриваться не только в режиме работы объекта, но и при хранении и транспортировании объекта.
Номенклатура показателей надежности выбирается в зависимости от технических, эксплуатационных и экономических параметров и особенностей рассматриваемых машин и оборудования. Число выбранных параметров надежности должно быть минимальным, но достаточным для оценки, планирования и контроля уровня надежности, регламентации требований к надежности в технических заданиях, стандартах и других нормативно-технических и конструкторских документах на опытные и серийные машины и оборудование.
При выборочном рассмотрении технических условий и другой документа- ции на буровые машины и оборудование оказалось, что в большинстве случаев показатели надежности не указываются. В отдельных случаях указываются лишь показатели долговечности. Поэтому разработка номенклатуры нормируемых показателей надежности буровых машин и оборудования неотложная задача отрасли.
В зависимости от последствий отказа, ремонтопригодности и признаков, по которым определяется необходимость прекращения эксплуатации, буровые машины и оборудование подразделяются на отдельные группы,
К шестой группе относятся устройства, используемые для обеспечения безопасности и устранения аварий. для оборудования шестой группы

(например, противовыбросовое оборудование, ограничители подъема талевого блока) характерны режимы ожидания и работы. В режиме ожидания оборудование должно быть готово к применению, но при этом возможно наступление предельного состояния. Режим работы может наступить в произвольный момент эксплуатации, и оборудование должно работать непрерывно в течение определенного времени. Последствия отказа — аварии на буровой и угроза безопасности обслуживающего персонала.
Срок службы превенторов до капитального ремонта выбран как срок службы буровой установки до капитального ремонта 4500 машино-часов.
Срок службы превенторов до текущего ремонта 281 машино-часов. Нормативный срок службы противовыбросового оборудования 7.23 лет.


6.6 Оценка технологичности плашечного превентора


Для оценки технологичности сдвоенного плашечного превентора воспользуемся основными показателями ТКИ:
•трудоемкость изделия •материалоемкость изделия •энергоемкость изделия
Для определения трудоемкости изделия воспользуемся укрупненной оценкой трудоемкости изделий, включающих следующие показатели:
Ттпп - трудоемкость изделия в технической подготовке производства;
Ти - трудоемкость изделия в изготовлении;
Тто - трудоемкость изделия при техническом обслуживании;
Тр - трудоемкость изделия в ремонте;
Ту - трудоемкость изделия в утилизации;
Т - общая трудоемкость изделия равная

Т=Ттдп+Ти+Тто+Тр+Ту. (6.25) 

Вследствие того, что заготовки для корпуса превентора и крестовин, полученные ковкой, не имеют дефектов, присущих литейному производству т.к. ковка деталей оборудования повышает монолитность и плотность структуры металла ввиду уменьшения пор, пузырьков и трещин по сравнению с их производством способом литья, надежность изделия повышается и количество ремонтных операций необходимых в период эксплуатации уменьшается.
В изготовлении устраняется необходимость механообработки двух привалочных плоскостей, и сверлением отверстий используемых для крепежа.
Следовательно Тр - трудоемкость изделия в ремонте сконструированного превентора меньше по сравнению с аналогом.

Трп< Тра,

где Трп - трудоемкость изделия в ремонте проектируемого изделия;
Тра - трудоемкость изделия в ремонте аналога.

Следовательно общая трудоемкость проектируемого изделия меньше трудоемкости изделия аналога.

Тп< Та,

где Тп - трудоемкость проектируемого изделия;
Та - трудоемкость изделия аналога.

Из всего вышеописанного можно сделать вывод, что проектируемое изделие выполнено целесообразно в отношении трудоемкости изделия.
Материалоемкость сконструированного изделия и исходного отличаются незначительно.
Энергоемкость проектируемого изделия не отличается от энергоемкости изделия аналога в силу того, что топливно-энергетические ресурсы, необходимые для модернизированного изделия никак не отличается от топливно- энергетических ресурсов аналога.
Из приведенного выше анализа видно что технологичность проектируемого изделия выше технологичности аналога в силу того, что:

Тп< Та и Мп~Ма

Предлагаемая конструкция обеспечивает высокий уровень унификации с изделием аналогом. Унифицирована система гидравлического и ручного управления.




Размер файла: 277,7 Кбайт
Фаил: Упакованные файлы (.rar)

   Скачать

   Добавить в корзину


        Коментариев: 0




Что бы написать комментарий, вам надо войти в аккаунт, либо зарегистрироваться.

Страницу Назад

  Cодержание / Нефтяная промышленность / Расчетная часть-Расчет универсального превентора ПУ-230-35-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Вход в аккаунт:

Войти

Забыли ваш пароль?

Вы еще не зарегистрированы?

Создать новый Аккаунт


Способы оплаты:
Ю-Money WebMoney SMS оплата qiwi PayPal Крипто-валюты

И еще более 50 способов оплаты...
Гарантии возврата денег

Как скачать и покупать?

Как скачивать и покупать в картинках


Сайт помощи студентам, без посредников!