Вертлюг буровой эксплуатационный ВЭ-160-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Вертлюг буровой эксплуатационный ВЭ-160-Курсовая работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
ВВЕДЕНИЕ

Бурение скважин охватывает широкий круг вопросов, всесторонне осветить которые по принципу последовательного рассмотрения каждого технологического процесса и операции, основ проектирования и принципов реализации их на производстве сложно. Следует остановиться на основных способах бурения.
Бурение скважин − это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого (по сравнению с длиной) диаметра. Начало скважины на поверхности земли называют устьем, дно − забоем.
Нефть и газ добывают, пользуясь скважинами. Основные процессы их строительства − бурение и крепление. Необходимо осуществлять качественное строительство скважин во все возрастающих объемах при кратном снижении сроков их проводки с целью обеспечить народное хозяйство страны нефтью и газом во все возрастающих количествах при снижении трудо- и энергоемкости и капитальных затрат. Бурение скважин − единственный источник результативной разведки и приращения запасов нефти и газа.
Весь цикл строительства скважин до сдачи их в эксплуатацию включает следующие основные последовательные звенья:
1) строительство наземных сооружений;
2) углубление ствола скважины, осуществление которого возможно только при выполнении двух параллельно протекающих видов работ − собственно углубления и промывки скважины;
3) разобщение пластов, состоящее из двух последовательных видов работ: укрепления (крепления) ствола скважины опускаемыми трубами, соединенными в колонну, и тампонирования (цементирования) заколонного пространства;
4) освоение скважин. Часто освоение скважин в совокупности с некоторыми другими видами работ (вскрытие пласта и крепление призабойной зоны, перфорация, вызов и интенсификация притока флюида и др.) называют заканчиванием скважин.
Отечественные буровые установки приобретаются многими зарубежными странами и успешно конкурируют с буровыми установками известных капиталистических фирм, и одним из них является вертлюг.
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. И поэтому вертлюг является ответственным буровым оборудованием в плане надежности. Он должен обеспечивать бесперебойную работу бурильного инструмента, а также безопасность обслуживающего персонала.

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 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 с целью предотвращения прихватов.
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.

2.2 Техническая характеристика
В таблице 1 представлена техническая характеристика вертлюга ВЭ-160.
Таблица 1 Техническая характеристика вертлюга ВЭ-160
Параметры Значение
1 2
Статическая грузоподъёмность, кН 1600
Грузоподъёмность при 100 об/мин ствола (соответствующая долговечности подшипника 12000 час.), кН 960
Максимальное число оборотов, об/мин. 250
Диаметр проходного отверстия ствола, мм 76
Присоединительная резьба с обеих концов переводника и нижнего конца ствола 3-147Л
ГОСТ 5286-75
Максимально допустимое давление промывочной жидкости, прокачиваемое через вертлюг 25
Продолжение таблицы 1
1 2
Габаритные размеры: мм 
длина 760
ширина 640
высота 2980
Масса, кг 1310

Параметры вертлюга должны отвечать требованиям бурения и промывки скважин и одновременно соответствовать аналогичным параметрам подъемного механизма и буровых насосов.
Допускаемая статическая нагрузка − постоянная осевая нагрузка, которую может выдержать вертлюг без разрушения при не вращающемся стволе. Уровень осевых нагрузок, действующих па ствол вертлюга, зависит от глубины бурения и достигает наибольших значений при подъеме прихваченной бурильной колонны либо при расхаживании обсадной колонны с циркуляцией бурового раствора. При этом в целях безопасности наибольший уровень действующих нагрузок не должен превышать допускаемой нагрузки на крюке, принятой для буровой установки соответствующего класса. Поэтому допускаемая статическая нагрузка вертлюга должна быть не менее допускаемой нагрузки на крюке буровой установки.
Динамическая нагрузка установлена исходя из условия обеспечения расчетного ресурса основной опоры вертлюга при вращении с частотой 100об/мин в течение 3000ч. Основная опора вертлюга вращается с подвешенной к нему бурильной колонной, масса которой возрастает по мере углубления скважины зависит от используемых труб. Согласно этому, динамическая нагрузка на вертлюг рассчитывается по наиболее тяжелой бурильной колонне, используемой при бурении скважин заданной глубины.
Максимальное давление прокачиваемой жидкости определяется, исходя из режима промывки скважины, но должно быть не менее наибольшего давления насосов, используемых в буровой установке соответствующего класса.
Диаметр проходного отверстия ствола оказывает двоякое воздействие на работу вертлюга. С его увеличением снижается скорость течения промывочной жидкости, поэтому уменьшаются гидравлические потери и износ внутренней поверхности ствола. Одновременно с диаметром проходного отверстия возрастает наружный диаметр ствола и в результате этого увеличивается скорость скольжения и износ ствола и его уплотнения. Поэтому чрезмерное увеличение проходного отверстия ствола нежелательно. На основе опыта конструирования и эксплуатации вертлюгов диаметр проходного отверстия ствола принимается равным 75мм. Внутренний диаметр напорной трубы равен диаметру проходного отверстия ствола вертлюга.
Частота вращения ствола вертлюга совпадает с частотой вращения стола ротора и изменяется в пределах 15-250об/мин.
Высота штропа должна быть достаточной для соединения вертлюга с крюком талевого механизма.
С помощью бронированного шланга высокого давления вертлюг обеспечивает гидравлическое соединение неподвижного стояка манифольда с вращающейся колонной бурильных труб.

2.3 Конструкция и принцип действия оборудования
Конструкции вертлюгов должны удовлетворять следующим требованиям:
• 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.
Конструкция вертлюга ВЭ-160 представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Вертлюг ВЭ-160
Вертлюг состоит из двух групп деталей: не вращающихся и вращающихся.
Не вращающаяся часть вертлюга состоит из корпуса 8 (рисунок 1), шарнирно соединенного с помощью пальцев 31 со штропом 1. Пальцы имеют резьбовое отверстие, предназначенное для демонтажа, и масленку 32 для смазки.
Карманы корпуса имеют ограничители поворота штропа, которые обеспечивают положение штропа, удобное для заводки его в зев крюка. При повороте штропа в другую сторону карманы обеспечивают возможность снятия верхней крышки 5 без снятия штропа.
Внутри корпуса имеется кольцевая площадка под ступицу 10, в которую посажен верхний направляющий подшипник 11. На ступицу опирается основной опорный подшипник 7. В крышке верхней имеется отверстие для залива масла, закрытое пробкой 33 и устанавливается манжета. Снизу корпус закрыт крышкой нижней 19. Жидкую смазку вертлюга удерживают манжеты 24 и войлочное уплотнительное кольцо 26, которое установлено в нижнем фланце 25. В крышке нижней имеется отверстие для слива масла, закрытое пробкой 21. Масло в корпус вертлюга заливается в контрольное отверстие, закрытое пробкой 30.
Отвод 2 устанавливается на фланце верхней крышки 5 через втулку 3.
Конструкция быстросъёмного сальника представлена на рисунке 2.
Сальник быстросъёмный 4 крепится к втулке 3 (рисунок 2) при помощи верхней гайки 1 и нижней гайки 11 к стволу 27. Труба грязевая 4 присоединяется при помощи двух сухарей 2 к втулке 3.
Втулка 3 с установленными в ней манжетами поджимается гайкой 1, навинченной на втулку 3. Нижний конец трубы грязевой входит в корпус сальника 5 (рисунок 2).
Конструкция сальника быстросъемного обеспечивает возможность быстрой замены износившихся деталей путем свинчивания с резьбы гайки верхней 1 и нижней 11.
Перед свинчиванием указанных гаек необходимо снять масленку 7.
В нижней части корпуса 8 (рисунок 1) имеется кольцевая площадка под стакан 13 , в который устанавливаются подшипники 14 и 11.

Рисунок 2 Сальник быстросъёмный
Подшипник 14 воспринимает толчки и удары, направленные снизу вверх. Подшипники 11 служат для радиального центрирования ствола 27.
Вращающаяся часть вертлюга состоит из ствола 27 с системой опор и корпуса сальника 5 (рисунок 2) с манжетами 9 и кольцами 8. Ствол опирается на основной подшипник 7. Нагрузка через корпус 8 и штроп 1 передается на талевую систему. Ствол вертлюга на нижнем конце имеет левую замковую резьбу под переводник 28. Так как наружный диаметр переводника одинаков с диаметром ствола, то при замене манжет нижнего уплотнения и при разборке вертлюга, необходимость отвинчивания переводника отпадает. В нерабочем положении на переводник навинчивается предохранительная крышка переводника 29.