Вертлюг буровой универсальный ВУ 60-16-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Вертлюг буровой универсальный ВУ 60-16-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
Альметьевский государственный нефтяной институт
Кафедра нефтегазового оборудования
Курсовой проект На тему: «Вертлюг универсальный ВУ 60-16»
По курсу: «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин»
Альметьевск, 2012г.

Вертлюг является соединительным звеном между талевой системой и буровым инструментом. Вертлюг должен удерживать подвешенную к нему колонну бурильных труб и амортизировать при ее резких движениях, попросту говоря сглаживать ее рывки при спускоподъемных операциях.

По конструкции вертлюги для бурения глубоких скважин, изготовляемые отечественными заводами, отличаются мало. Рассмотрим конструкцию вертлюга универсального ВУ-60-16, где В – вертлюг, У – универсальный, 60 – грузоподъемность в тоннах, 16 – рабочее давление в МПа.
Вертлюг универсальный ВУ 60-16 предназначен для прямой и обратной подачи промывочной жидкости, удержания на весу колонны НКТ или бурильных труб при вращении с одновременной подачей технологической жидкости от насоса к забою скважины, при работах в нефтяных и газовых скважинах в районах с умеренным климатом по ГОСТ 16350-80 при температуре окружающего воздуха от +40°С до -45°С.

Состав: Сборочный чертеж(СБ), Деталировка, Спецификации, Схема вышки, РПЗ  Язык документа

Софт: Компас v12
2.НАЗНАЧЕНИЕ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
2.1 Назначение
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 напорного трубопровода буровых насосов. При этом ведущая труба бурильной колонны соединяется с помощью левой резьбы с вращающимся стволом вертлюга, снабженным проходным отверстием для бурового раствора. Во время спускоподъемных операций вертлюг с ведущей трубой и гибким шлангом отводится в шурф и отсоединяется от талевого блока. При бурении забойными двигателями вертлюг используется для периодических проворачиваний бурильной колонны ротором с целью предотвращения прихватов.
В процессе эксплуатации вертлюг испытывает статические осевые нагрузки от действия сил тяжести, сил трения и гидравлических усилий, а также динамические нагрузки, создаваемые продольными колебаниями долота и пульсацией промывочной жидкости. Детали вертлюга, контактирующие с раствором, подвергаются абразивному износу.
К вертлюгам предъявляются следующие основные требования:
-поперечные габариты не должны препятствовать его свободному перемещению вдоль вышки при наращивании бурильной колонны и операциях;
-быстроизнашиваемые узлы и детали должны быть удобными для быстрой замены в промысловых условиях;
-подвод и распределение масла должны обеспечить эффективную смазку и охлаждение трущихся деталей вертлюга;
-устройство для соединения с талевым блоком должно быть надежным и удобным для быстрого отвода и выноса вертлюга из шурфа.
-обеспечение прочности нагруженных деталей, исключающей возможность разрушения или пластических деформаций при действии максимальной нагрузки;
-долговечность и безотказность работы в процессе бурения скважины;
-герметичность уплотнения зазора между вращающимся стволом и неподвижным подводом, предотвращение утечки бурового раствора;
-герметичность зазоров между корпусом и вращающимся стволом вертлюга, предотвращение утечки масла из корпуса и его загрязнение извне в процессе работы, транспортировок и хранения.
Параметрами вертлюга являются:
-условный диапазон глубин бурения скважин, для которого предназначен данный типоразмер вертлюга;
-наибольшая статическая нагрузка на невращающийся ствол;
-длительная динамическая нагрузка на вращающийся ствол;
-наибольшее давление бурового раствора, при котором длительное время сохраняется герметичность уплотняющего устройства высокого давления;
-наибольшая допустимая частота вращения ствола;
-диаметр канала ствола для прохода бурового раствора;
-масса и габариты.
Кроме перечисленных выше функций, вертлюги также используются при промывке скважины и доливе в нее раствора во время подъема бурильных колонн с обратным клапаном. В легких передвижных установках с устройством для принудительной подачи долота нагрузка на долото передается также через вертлюг.
Вертлюги также характеризуются присоединительными размерами: диаметром штропа в сечении перегиба и размерами замковой резьбы ствола и соединительного патрубка бурового рукава.
Детали вертлюгов можно подразделить на две группы: невращающиеся, связанные с корпусом вертлюга, крюком и буровым рукавом; вращающиеся, связанные со стволом вертлюга и бурильной колонной.
2.2 Технические характеристики
Техническая характеристика оборудования приведена в таблице 2.2
Таблица 2.2 Основные технические данные
№ Наименование параметра Значение

8 Грузоподъемность, т
Давление прокачиваемой жидкости, МПа
Частота вращения ствола, об/мин, не более
Диаметр проходного отверстия ствола, мм
Присоединительные резьбы:
На конце ствола – ГОСТ 631-75
На стопоре переводнике - ГОСТ 633-80
- ГОСТ 631-75

Габаритные размеры, мм:
Высота
Ширина по отводу
Ширина по фланцу корпуса
Масса, кг, не более
Проводимая среда
 60
16
150
60

В89Л
НКТ-73
В 89


1220±10
640±10
365±10
200
Промывочная жидкость


2.3 Конструкция вертлюга
Корпус вертлюга представляет собой пустотелую отливку сложной формы из малолегированной или углеродистой стали (35Л и др.), внутренняя полость которой разделена по высоте горизонтальной перемычкой, служащей опорной поверхностью основного упорного подшипника ствола и усиленной для жесткости вертикальными ребрами.
Конструкция опорных поверхностей подшипников в корпусе вертлюга должна исключать возможность нарушения ее перпендикулярности относительно оси ствола, так как это ведет к преждевременному износу основной опоры. Между стенками корпуса и опорной плитой предусматриваются каналы для обеспечения циркуляции смазки при вращении ствола.
На внешней поверхности корпуса в диаметральной плоскости размещаются два прилива, имеющие форму карманов с отверстиями для дренажа. В отверстиях стенок карманов монтируются две оси, шарнирно соединяющие корпус со штропом.
При конструировании корпуса весьма важно обеспечить максимально возможное расстояние между осью шарниров штропа и опорой, что позволяет достичь большой стабильности оси ствола при вращении и смещения центра массы вертлюга к нижней крышке. Такое решение снижает риск изгиба ведущей трубы при ее установке в шурф и подъеме из него. В некоторых вертлюгах к корпусу приваривают или укрепляют на болтах кронштейны с резиновыми амортизаторами, предохраняющими корпус от ударов штропов. Вертлюги с амортизаторами должны иметь несколько увеличенную ширину.
В некоторых вертлюгах корпус выполняют так, что всю нагрузку воспринимает только нижняя толстостенная тарелка, имеющая два симметричных отверстия для несущих болтов. Корпус в такой конструкции разгружен и служит монтажной базой и масляной ванной. Предварительная затяжка болтов до достижения напряженного состояния определенной
интенсивности исключает деформации корпуса при нагружении ствола в процессе эксплуатации, что позволяет сохранить соосность расточек под подшипники и увеличивает межремонтный срок службы. В вертлюгах малой грузоподъемности штропов не применяют, при этом корпус на внешней поверхности снабжается отлитыми за одно целое с ним выступами с запорными защелками.
Вертлюг подвешивается на боковые рога подъемного крюка с помощью штропов элеваторов. Такая конструкция неудобна в эксплуатации, не уменьшает габаритов и массы вертлюга. Недостатком ее при эксплуатации является износ корпуса в зоне контакта со штропами подвески.
Корпуса вертлюгов при изготовлении должны подвергаться дефектоскопическому контролю. Внутренние литые поверхности корпуса покрываются маслостойкой краской для предохранения от коррозии.
Ствол вертлюга — наиболее нагруженная и ответственная деталь. На ствол действуют растягивающая сила, изгибающий момент и внутреннее давление. Ствол также подвержен усталостному и абразивно-эрозионному износу по внутренней поверхности канала и механическому износу в зоне контакта с уплотняющими кольцами.
Стволы изготовляются из конструкционных низколегированных улучшаемых сталей перлитного класса марок 40Х, 40ХН, 38ХГН, 338ХВА, 34ХМ1М по ГОСТ 4543—71 и др. Заготовки стволов получают свободной ковкой, причем грибовидный опорный фланец выполняется за одно целое со стволом. Ствол подвергается закалке с последующим отпуском до твердости 280— 320 НВ.
Снаружи и внутри ствол подвергается механической обработке, посадочные поверхности и переходные участки шлифуют. Наружные и внутренние поверхности канала должны быть соосны и иметь минимальную разностенность, а также жесткими для обеспечения равномерного распределения напряжений по сечениям. Биение посадочных шеек подшипников и неперпендикулярность плоскости опорного фланца к оси вращения ствола должны оговариваться допусками, величину которых рассчитывают или выбирают по нормам завода-изготовителя.
Диаметр канала ствола определяется скоростью потока промывочной жидкости; во избежание абразивного износа эта скорость не должна быть более 6 м/с. Канал ствола не должен иметь резких пережимов и расширений. Увеличение диаметра канала влечет за собой увеличение его наружного диаметра, что снижает долговечность уплотнительных устройств. Длину ствола выбирают с учетом возможности многократной нарезки изношенной левой внутренней замковой резьбы, выполняемой по ГОСТ 5286—75, служащей для соединения с ведущей трубой.
Для предохранения резьбы от износа применяют предохранительные переводники. Участки ствола, контактирующие с верхними и нижними уплотнительными манжетами, защищают от износа втулками или удлиненным внутренним кольцом подшипников. Поверхность втулок шлифуют и подвергают термообработке до твердости 45—50 HRC.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте были рассмотрены основные конструкции вертлюгов, обзор основных параметров, анализ отечественных и зарубежных производителей, особенностей монтажа, эксплуатации, ремонта, а также сделали расчеты.
На основе проведенных расчетов делаем вывод, что вертлюг ВУ 60-16 при нагрузке работоспособен, что обеспечивается необходимым запасом прочности основных элементов. Долговечность основного подшипника составила 16915 часа. В качестве материала ствола используем сталь 40ХН, штропа – сталь 35, конструктивные размеры вертлюга при этом оставляем прежними. В процессе эксплуатации вертлюг зарекомендовал себя долговечным, безотказным при соответственных профилактических мероприятиях. Обеспечивающим продолжительное время герметичность уплотнения зазора между вращающимся стволом и неподвижным отводом, а также герметичность зазоров между корпусом и вращающимся стволом вертлюга, предотвращения утечки бурового раствора и масла из корпуса. Работа подшипников осуществляется в масляной ванне. Предоставлена возможность регулировки вспомогательной опоры.