601

Расчетная часть-Расчет вращающегося превентора ПВ-307-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

ID: 175625
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 вращающегося превентора ПВ-307-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Комментарии: 5 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1 Анализ конструкции скважины

Размер долот для бурения в разных интервалах выбирают в зависимости от диаметра труб, которыми обсажена буровая скважина согласно ГТН.
Отношения диаметров долот и обсадных труб поданы в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Отношение диаметров долот и обсадных труб
Диаметр долота мм 490 393,7 295,3 215,9
Диаметр обсадной колонны мм 426 324 245 168

Определение максимальных нагрузок на подъемный крюк буровой лебедки. Методика в этом случае предусматривает сначала расчет труб на статичную прочность, а потом проверку на выносливость.
Выходные данные согласно ГТН возведем в таблицу 5.2

Таблица 5.2 - Выходные даны

№ 
Показатели Условное обозначение Од. измерению Значение по интервалам
    I II III ІV
1 Глубина начала интервала 
Lni 
м 0 0 0 0
2 Глубина конца интервала Lкі м 557 2510 4760 5765
3 Длина интервала L М 557 2510 4760 5765
4 Осевая нагрузка Pод кН. 80 16-18 18-24 10-12
5 Углы отклонения от вертикали α град 0 0 0 0
6 Плотность раствора ρ кг/м3 1160 1160 1160 1320
7 Диаметр долота Di М 490 393,7 295,3 215,9
8 Частота о.долота ni о/хв 60 60 60 60
Определяем глубину бурения по интервалам, м:
. (5.1)
Тогда имеем
м;
м;
м;
м;
Определяем диаметр бурильных труб в зависимости от диаметра долота по интервалам:
ІV интервал (долото 215,9мм ( БТ=127*140мм
III интервал (долото 295,3мм ( БТ=127*140мм
II интервал (долото 393,7мм ( БТ=140мм
I интервал (долото 490мм ( БТ=140мм
Выбираем диаметры замков бурильных труб и диаметры ОБТ, которые должны быть не меньше от замков бурильных труб, но не больше от долота. Данные возводим в таблице 5.3.
Таблица 5.3 - Диаметр труб и их замков
Dдолота, мм DБТ, мм Dзамки БТ, мм D ОБТ, мм Dлегк., мм
490 140 185 260 147
393,7 140 185 254 147
295,3 140*127 185(152) 229 147
215,9 127 152 203 129

Определяем длину утяжеленных бурильных труб в интервале при условии осевой нагрузки на долото:
, м (5.2)
где Род - осевая нагрузка на долото, Н;
к - коэффициент запаса;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
ρпр - плотность промывной жидкости, кг/м3;
ρм - плотность материала стали, кг/м3;
ρм - 7850кг/м3;
m - масса 1 м утяжеленных бурильных труб, кг/м.
, 4 трубки;
, 9 трубок;
, 17 трубок;
, 13 трубок
Определяем длину бурильных труб в колонне:
, г. (5.3)
Тогда имеем
м, примем 522м;
м, примем 2421м;
м, примем 4599м;
м; примем 5643м;
Определяем приведенную массу 1м бурильных труб для данных диаметров бурильных труб с разной толщиной стенок.
LОБТ - длина утяжеленных бурильных труб, г.

Таблица 5.4 - Технические параметры бурильных труб
Диаметр бурильных труб, Dбт; мм Толщина стенки бурильной трубы, S; мм Масса 1 кг гладкой части БТ, m; кг
114 8 20,9
127 9 26,2
140 10 32
Находим приведенную массу 1м трубы :
qтр=(mтр.гл (11+ mвис.тр + mзам) / 12, кг/м; (5.4)
где mтр.гл - масса гладкой части трубы, кг/м;
mвис.тр - масса высаженной части трубы, кг/м;
mзам - масса замка, кг/м.
qтр=(26,2(11+ 6,4 + 15 )/12=25,8кг/м
Таблица 5.5 - Приведенные характеристики бурильных труб
D, мм S, мм mтр.гл, кг mвис.тр, кг mзам, кг mприв, кг
127 9 26,2 6,4 15 25,8
Расчет момента кручения бурильной колонны :
Мкр =Мх.о+Мд, Н∙м (5.5)
где Мх.о - момент холостого вращения, Н∙м
Мд - момент, приведенный к долоту, Н∙м
Мд=N∙30/π∙n, (5.6)
где N - мощность, прилагаемая к долоту для разрушения породы;
n - частота вращения долота, о/хв;
Мд=1500∙103∙30/3,14∙80=17914Н∙м
За формулой Федорова
Nx.о=с∙ρпр∙g∙d 2∙l∙n 1.7, Вт (5.7)
где l - длина бурильных труб, м;
с - опытный коэффициент, зависит от степени искривления скважины( с=1,7∙10 -9 );
d - внешний диаметр, г.
Nx.о=1∙1,7∙10-9∙9,82∙1272∙5765∙80=124,18кВт
Мкр=124,18+179=303,18
Н∙м
Мкр=1480,8+17914=19394,8Н∙м
Рассчитываем бурильную колонну на статичную прочность:
[σ]= σТ /S σ, МПа (5.8)
где σТ - предел текучести, МПа;
[σ] - допустимое статичное напряжение, МПа;
S σ - минимально допустимый запас прочности на розтяг, S σ=1,5
[σ]= 650 /1,5=433 МПа
Статичное напряжение:
=G / F, МПа (5.9)
где G - расчетная нагрузка, Н;
F - площадь поперечного перереза гладкой части бурильной трубы, м2.
[σ]( σТ /S σ, МПа. (5.10)
F=π (D2зов - D2вн ) /4, м2. (5.11)
Тогда
F=3,14∙0,1272зов - 0,1092вн ) /4=0,0133м2
где Dвн - внутренний диаметр труб, м;
Dзов - внешний диаметр труб, м;
σ>G бы.k /F=mпр∙g∙l(1 -ρкр /ρм) /F, МПа (5.12)
где Gб.к - вес буровой колонны, Н;
m - приведенная масса 1м бурильных труб, кг/м;
l - длина бурильных труб, м;
σ=G бы.k /F=25,8∙9,82∙5765∙(1-1320 /7850) /0,0133= 93,253МПа
l<F[&#963;] / mпр&#8729;g(1 -&#961;кр /&#961;м), г. (5.13)
Рассчитаем касательные напряжения за формулой
&#964;=Мкр/ W&#961;, МПа (5.14)
где W&#961; - статичный момент сопротивления, м3;
Mкр - крутний момент в расчетном перерезе бурильной колонны, Н&#8729;м.
, м3. (5.15)
где rз - внешний радиус труб, м;
rв - внутренний радиус труб, г.
Тогда имеем:

Тогда имеем:
&#964;=19394/ 0,0000919=210 МПа
Наибольшее напряжение от собственного веса и крутного момента возникает в верхнем перерезе буровой колонны.
Согласно III теорией прочности, основой для расчета является выполнение в этом перерезе условия :
, (5.16)
где S - коэффициент запаса прочности;
&#963;T - предел текучести, МПа;
[S&#963;] - коэффициент запаса прочности, МПа.

Определяем нагрузки, которые создают на подъемнике буровой установки обсадные и буровы трубы при их спуске. Для расчета берем наважчу из обсадных колонн. Такой в нашем случае является колонна диаметром 245мм:
Gоб.к=q&#8729;g&#8729;l(1 -&#961;бр /&#961;м), Н (5.17)
где Gоб.к - вес обсадной колонны, Н;
q - масса 1 м обсадных труб, кг/м; q=58,0кг/г.
l - длина обсадной колонны, м; l=4761м.
&#961;бр - плотность бурового раствора, кг/м3; &#961;бр =1160 кг/м3.
Сначала определим вес бурильных труб для бурыння пыд експлуатацыйну колона :
Gб.к= (135&#8729;116,835+20,9&#8729;5648,16) &#8729; (9,82(1-1160/7850)) =1119918,93 Н
Тогда вес обсадных :
GІІІ о.к=74,6&#8729;9,82&#8729;2510(1-1160/7850) =1567000,02 Н
GІV о.к=58,0&#8729;9,82&#8729;4761(1-1160/7850) =2310969,02 Н
GV о.к=25,8&#8729;9,82&#8729;5765(1-1160/7850) =1245000 Н
Согласно приведенным расчетам, за весом буровой колонны, а также по климатическим условиям выбираем класс буровой установки. А потом за выбранным классом определяем основные параметры буровой установки.

5.2 Выбор категории, класса, вида и основных параметров буровой установки

Буровые установки должны владеть определенной универсальностью или допускать быструю модификацию и приспособленность к конкретным условиям бурения непосредственно на месте работы. Буровые установки разделяются на три категории :
Для бурения глубоких эксплуатационных и разведывательных скважин.
Для бурения неглубоких структурных и поисковых скважин.
Для бурения на море (шельфе).
Распределение буровых установок (БУ) определяется многими факторами:
- технической характеристикой БУ
- нагрузкой на крюк
- давлением, подачей буровых насосов
- типом и мощностью главного привода;
- массой наземного оборудования;
- средством монтажа, демонтажа и транспортировки тратящим на строительство буровой установки;
- временем бурение скважины;
- организацией буровых работ.
БУ для эксплуатационного и глубокого разведывательного бурения стандартизированы в ГОСТ - 16293 - 82 В. СЭВ 2446 - 801, который предусматривает 11 классов буровых установок для бурения скважин.
Выбор БУ для одного и того же класса определяется рядом факторов: условия бурения, целью бурения, типом скважин, способом бурения, технологией бурения, геологическими условиями. Учитывая все отмеченные факторы, выбираем БУ "Уралмаш", которая является одной из наиболее распространенных в буровых предприятиях. "Уралмаш" поставляет к этим установкам комплект основного оборудования: талевой системы, вертлюги, лебедки и так далее. Вышку, мостики со стеллажами, оборудование для приготовления и очистки бурового раствора, комплекс АСП поставляют заводу.

Таблица 5.6-основные параметры и технические характеристики БУ
Параметры Значение
Допустимая нагрузка на крюке, КН 250
Условная глубина бурения, м 5000
Расчетная мощность на приведенном валу лебедки, кВт 1200
Лебедка:
Максимальная нагрузка на подвижной конец талевого каната, КН. У2-5-5

250
Буровой насос:
Количество насосов У8-6МА
2
Максимальная нагрузка на стол ротора, КН. 320
Вертлюг:
Максимальная нагрузка, КН. УВ- 250
250
Вышка:
Полезная высота вышки, м ВА- 45-250
45
Монтажеспособность вышки, КН. 250
Кронблок УКБА- 6-320
Талевий блок УКТБ- 5-250
Дизель ТМЗ-ДЕ-104СЗ
Суммарная мощность привода, КН. 662
Механизмы АСП -
Ротор Р- 560
Клиновой захват ПКР- 560
Буровой ключ АКБ-3М2
Оснастка талевой системы 5*6


5.3 Выбор талевого каната и максимальной кратности талевой системы

Необходимо выбрать диаметры и тип талевого каната для оснастки талевой системы БУ (оснастка), а также проверить запас прочности каната за динамической нагрузкой подъема и спуска.
Находим натяжение ведущей ветки каната при подъеме:
, (5.20)
где РТС - вес подвижного оборудования талевой системы, Н;
Pmax - максимальная нагрузка на крюке, Н;
UТ - кратность оснастки талевой системы(должна быть парной);
&#61544;тс - КПД талевой системы, который зависит от числа шкивов, диаметра каната, степени их износа, нагрузки на крюк и тому подобное.
, Н    (5.21)
где Ка - коэффициент уменьшения веса колонны за счет архимедовых сил;
Gк.п - вес буровой колонны в воздухе, Н;
Ртер - сила трения и прихвата колонны(большая при прихватах), Н.
Н
, (5.22)
где (р - относительная плотность бурового раствора, кг/м3;
&#61554;м - относительная плотность материала труб, кг/м3.

, Н (5.23)
где q - вес 1м труб с учетом высаженной части замков, Н/м;
l - длина труб одинакового веса, м;
Gкі - вес других элементов, которые складывают бурильную колонну(ОБТ, расширители, долото и тому подобное), Н.
, Н (5.24)
где Pг.l - вес элеватора и крюка со стропами, Н;
Рт.к - вес талевого каната при нижнем положении крюка (обычно принимают вес 2/3 длины каната талевой системы, Н;
Рт.бы - вес талевого блока, Н.
, Н (5.25)
где mг - масса крюка, кг;
me - масса элеватора, кг;
g - ускорение свободного падения, g= 9,81 м/с2.
Н
, Н (5.26)
где mт.бы - масса талевого блока, кг.
Н
, Н (5.27)
где lк - длина каната, которая необходима для оснастки талевой системы БУ, м;
qк - вес 1м смазанного каната, Н; 7,2кг/м [5(табл., VIII, 2)]
, м (5.28)
где Н - высота буровой вышки, м;
с - длина каната, который огибает шкив диаметром Dш;
Со - длина витков каната, которые остаются на барабане при опущенном к полу буровому гакоблоку, м; Со=50...100 м.
, (5.29)
где zт.б - число шкивов талевого блока.
, г. (5.30)
м

Н
Для практических расчетов при полностью загруженном крюке рекомендуется принять:
Uт - 6; 8; 10; 12.
&#61544;т - 0,874; 0,841; 0,810; 0,770.
При небольших нагрузках и незагруженном крюке КПД талевой системы значительно меньше, чем при полной нагрузке.
Определим динамическую нагрузку в ведущей ветке при спуске:
, Н. (5.32)
Как видно из формул (5.20) и (5.32), Рв.г всегда больше, поскольку (т.со всегда меньше от 1).
Н
При выборе канатов для талевих систем нужно проверить запас прочности каната за динамическими нагрузками подъема и спуска.
или
– минимальный коэффициент запаса прочности.
Конечное решение о выборе каната можно делать лишь после сравнения его с существующими прототипами талевих систем, признаених для работы в аналогичных условиях.

5.4 Расчет плашечного превентора
5.4.1 Расчет крпуса плашечного превентора

Выходные даны:
- рабочее давление 700 кгс/см2
- диаметр проходного отверстия 180 мм
Корпус плашечного превентора являет собой литую коробку с вертикальным проходным отверстием диаметром 180 мм и горизонтальным прямоугольным отверстием под плашки. Прямоугольное отверстие закрывается из двух сторон крышками, закрепленными винтами. Материал корпуса сталь 35ХМЛ. Расчет корпуса ведут по отдельным его элементам.
По формуле (5.34) рассчитывают прогиб в центре боковой стенки корпуса
(5.34)
где р - испытательное давление, р= 1050 кгс/см2;
Е - модуль упругости материала, Е=2*106кгс/см2;
Конструктивные размеры стенки : а = 120 мм; b = 480 мм; h = 80 мм

При этом отношении по табл. 8 и 9 [13] определяют с1= 0,1383; с2 = 0,1250.
Тогда

При таком незначительном прогибе можно считать пластинку абсолютно жесткой.
По том находим напряжение изгиба:
(5.35)
(знак минус указывает, что растянутыми являются верхние внешние волокна).
Тогда имеем

Напряжение разтягивания, в боковой стенке определяется по формуле:
(5.36)
где - площадь поперечного сечения стенки
(5.37)

Тогда имеем

(5.38)

Тогда

Максимальное напряжение в стенке определяют по формуле:
(5.39)
Тогда имеем

Коэффициент запаса прочности по границы текучести
(5.40)
Подобным образом рассчитывают прогиб, напряжения изгиба и среза, запас прочности для других стенок корпуса превентора.

5.4.2 Расчет гидравлического цилиндра плашечного превентора

Расчет ведут из условия применения для превентора системы гидроуправління, рассчитанного на рабочее давление 100 кгс/см2. Расчет приводят с целью определения диаметра гидроцилиндра.
Усилие, что должно, развивать гидроцилиндр определяется по формуле:
(5.41)
где р - давление, р= 700 кгс/см2
d - диаметр штока поршня, d = 75мм
Давление в скважине принимается ровным расчетному, то есть 700 кгс/см2
Тогда

Силы трения определяют по формуле
(5.42)
где - максимальное давление в гидроцилиндре 100 кгс/см2;
- количество штоков =4;
- ширина контакта уплотнительного кольца со штоком =3,14•75•3=7,065см2
- предел прогиба =0,01-0,07

Таким образом, цилиндр повинен развивать усилие

Площадь поршня :
(5.43)
Тогда

Диаметр гидроцилиндра определяют по формуле
(5.44)
Тогда


5.5 Расчет универсального превентора

Основными нагруженными деталями превентора являются крышка, корпус и уплотнитель. Плунжер, шпильки и другие детали рассчитывают с целью определение тех напряжений, что наиболее свойственные этим деталям.
Корпус превентора представляет пустой толстостенный ступенчатый цилиндр сложной формы. Точный расчет таких деталей с учетом их толстостенности возможен только для некоторых самых простых случаев нагруження и связан с достаточно громоздкими вычислениями.
Поэтому при расчете корпус условно разделяют на отдельные цилиндрические ступени. Каждая ступень представляет короткую оболочку, на которую действуют соответствующие окружные нагрузки. При расчете каждой ступени корпуса используют теорию оболочек.

Рисунок 5.2 - Расчет корпуса универсального превентора

Окружное напряжение вычисляют по формуле, в которой по знаменателю переменного радиуса учитывают неодинаковость длины внутренних и внешних волокон:
(5.45)
Осевое напряжение
(5.46)
Такой метод расчета корпуса универсального превентора имеет недостаток через громоздкие вычисления, потому для приближенного расчета можно пользоваться широко известными формулами сопротивления материалов.
(5.47)
где рр - рабочее давление в кгс/см2;
r1 и r2 - внешний и внутренний радиусы пересечения в мм
Вычисляя по формуле напряжения в разных пересечениях, подбирают толщину стенок превентора.
В крышке универсального превентора при разных видах ее нагрузки возникают следующие напряжения.
(5.48)
где Рмах - максимальная нагрузка, которая действует на крышку через вставку уплотнителя, в кгс.
(5.49)
где D1 - внешний диаметр запірної камеры в мм;
D2 - внутренний диаметр запірної камеры в мм;
рр-рабочий давление

5.5.1 Расчет корпуса универсального превентора

Точно рассчитать корпус универсального превентора по формулам (5.48), (5.49) трудно:

Для пересечения, в котором действует усилие Рмах, имеем

Корпус универсального превентора отливают из стали 20ХНГСМЛ для толщин стенок более 100 мм Граница текучести 450кгс/см2.
Для этой стали определяют напряжения, что допускаются, при коэффициенте запаса - 1,3.

В рассмотренном выше пересечении ф0 коэффициент запаса прочности менее 1,3 и складывает

Другие перерезы корпуса универсального превентора менее опасные, потому и проверять их не нужно.

5.5.2 Расчет крышки превентора

Крышку превентора рассчитывают для двух случаев.
Уплотнителем прикрыта вся скважина, максимальные напряжения в крышке по внутреннему краю определяют по формуле, где ш = 1/ц; ц = 0,3:

где s = 280 мм
а = 352 мм;
b = 195 мм;
D1 = 920 мм -наружный диаметр запорной камеры;
D2 = 640 мм - внутренний диаметр запорной камеры;
рр = 700 кгс/см2 - рабочее давление в превенторе;
рт = 100 кгс/см2 - давление в гидравлической системе управления.
Тогда имеем


5.6 Расчет вращающегося превентора

Основными нагруженными деталями превентора являются крышка, корпус и уплотнитель. Плунжер, шпильки и другие детали рассчитывают с целью определение тех напряжений, что наиболее свойственные этим деталям.
Корпус превентора представляет пустой толстостенный ступенчатый цилиндр сложной формы. Точный расчет таких деталей с учетом их толстостенности возможен только для некоторых самых простых случаев нагруження и связан с достаточно громоздкими вычислениями.
Поэтому при расчете корпус условно разделяют на отдельные цилиндрические ступени. Каждая степень представляет короткую оболочку, на которую действуют соответствующие окружные нагрузки. При расчете каждой ступени корпуса используют теорию оболочек.
Окружное напряжение вычисляют по формуле, в которой по знаменателю переменного радиуса учитывают неодинаковость длины внутренних и внешних волокон:
(5.45)
Осевое напряжение
(5.46)
Такой метод расчета корпуса универсального превентора имеет недостаток через громоздкие вычисления, потому для приближенного расчета можно пользоваться широко известными формулами сопротивления материалов.
(5.47)
где рр - рабочее давление в кгс/см2;
r1 и r2 - внешний и внутренний радиусы пересечения в мм
Вычисляя по формуле напряжения в разных пересечениях, подбирают толщину стенок превентора.
В крышке универсального превентора при разных видах ее нагрузки возникают следующие напряжения.
(5.48)
где Рмах - максимальная нагрузка, которая действует на крышку через вставку уплотнителя, в кгс.
(5.49)
где D1 - внешний диаметр запорной камеры в мм;
D2 - внутренний диаметр запорной камеры в мм;
рр - роочий давление

5.6.1 Расчет корпуса вращающегося превентора

Расчет корпуса вращающегося превентора проводится аналогично расчетам универсального превентора по формулам (5.48), (5.49). В основу расчета берется максимальное давление.

Для пересечения, в котором действует усилие Рмах, имеем

Корпус превентора отливают из стали 20ХНГ для толщин стенок более 100 мм Граница текучести 450кгс/см2.
Для этой стали определяют напряжения, что допускаются, при коэффициенте запаса - 1,3.

В рассмотренном выше пересечении ф0 коэффициент запаса прочности менее 1,3 и складывает
n=13.07/7.18=1.82
Другие перерезы корпуса универсального превентора менее опасные, потому и проверять их не нужно.

5.6.2 Расчет крышки превентора

Крышку превентора рассчитывают для двух случаев.
Уплотнителем прикрыта вся скважина, максимальные напряжения в крышке по внутреннему края определяют по формуле:

где s = 280 мм
а = 352 мм;
b = 195 мм;
D1 = 920 мм -наружный диаметр запорной камеры;
D2 = 640 мм - внутренний диаметр запорной камеры;
рр = 700 кгс/см2 - рабочее давление в превенторй;
рт = 100 кгс/см2 - давление в гидравлической системе управления.
Тогда имеем




Размер файла: 322,6 Кбайт
Фаил: (.rar)

Скачать

Добавить в корзину

Занесено в корзину

    Скачано: 1         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.