Комплекс оборудования для бурения скважин Буровой установки Уралмаш 3000 ЭУК- 1 с повышением надежности работы талевого каната-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Комплекс оборудования для бурения скважин Буровой установки Уралмаш 3000 ЭУК- 1 с повышением надежности работы талевого каната-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Текст пояснительной записки выполнен на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
В данном дипломном проекте предложено усовершенствование оборудования талевой системы буровой установки, которое позволит повысить надежность работы талевого каната.
В разделе “Информационный обзор” был выполнен подбор комплекса бурового оборудования. По результатам проведенных расчетов была выбрана буровая установка “БУ3000ЭУ-І”.
В разделе “Описание технического оборудования” рассмотрено состав и принцип работы спуско-подёмного комплекса выбранной буровой установки.
В разделе “Технико–економичне обоснование” приведено описание существующих типов талевых канатов и рассмотрены основные факторы, которые понижают надежность работы талевого каната.
В разделе “Описание технического предложения” предложено техническое решение относительно повышения работы талевого каната.
В разделе “Расчеты работоспособности” проведены расчеты оборудования талевой системы и каната.
В разделе “Ремонт” разработан и просчитан технологический процесс возобновления шкива вспомогательного блока кронблока.
В разделе “Организационно-технические мероприятия” рассмотрены комплекс работ при эксплуатации и обслуживании оборудования спуско-подёмного комплекса.
В разделе “Охрана труда” рассмотрен комплекс мероприятий по обеспечению безопасных условий эксплуатации оборудования.
В разделе “Охрана окружающей среды” исследовано влияние предприятий нефтегазодобывающего комплекса на окружающую среду.
В разделе “Экономические расчеты” приведен расчет годового экономического эффекта от модернизации оборудования спуско-подёмного комплекса.

Установлено, что динамические нагрузки, возникающие при подхвате бурильной колонны с ротора и обусловлены процессом нагрузки талевой системы и вышки, достигают 5 тс и более [1]. С целью более глубокого изучения процесса нагрузки подъемной части (подхвата колонны) были проведены экспериментальные исследования на буровой установке БУ3000ЕУ-1. Схема расстановки датчиков при осциллографирование процесса нагрузки подъемной части представлена на рис. 4.1.
Указанные на схеме датчики, преобразующие механические величины в электрические, позволили одновременно регистрировать:
• усилия в тяговой, средний и неподвижной струнах, крюке и в підроторній раме;
• скорость движения тяговой струны и перемещение крюка;
• моменты прохождения двенадцати равноудаленных друг от друга точек ведущей и известной частей оперативной муфты включения барабана у индукционных датчиков и, в момент отрыва элеватора от ротора.
Для регистрации скорости движения тяговой струны принят частотный метод [2, 3].
Усилия в элементах исследуемой системы измерялись тензометруванням, а в струнах — с помощью приспособления, описание которого дано в работе [3].
Схема регистрации высоты подъема крюка, то есть перемещение крюка по времени в период подхвата [l], представлена на рис. 3.2.
До крюка присоединяли трос 7, который по роликам 14 и 9 отводили под пол буровой, и на конус подвешивали груз 10. До горизонтального участка троса крепили 7 подвижный контакт 6, скользящими по константановім проволоки 8 с большим омическим сопротивлением, натянутой параллельно тросу 7. К обоим концам проволоки 8 и до скользящего контакта 6 подавали напряжение от источника тока 12. Перемещение контакта 6 вызвало изменение, сопротивления цепи и тока, проходящего в ней, что регистрировалось гальванометром, включенным непосредственно в цепь; величину идущего в цепи тока регулировали с помощью потенциометра 13.
Рисунок 4.1 - Схема расстановки датчиков:
1,2— индукционные датчики; 3, 4 — датчик скорости и усилителя в тяговой струне; 5, 6,7,9 — датчики усилия соответственно в средний, в неподвижной струнах талевой системы, в штропі крюка и в підроторній балке; 8 — конечный выключатель

Рисунок 4.2 - Схема регистрации перемещения крюка, измерения продольного сжатия башни и удлинение неподвижной струны:
1 — башня; 2 — трос; 3 — указатель; 4 — груз; 5 — линейка; 6 — подвижный контакт; 7 — трос; 8 — проволока повышенного сопротивления; 9 — отводной ролик; 10 — груз; 11 — гальванометр; 12 — источник питания; 13 — потенциометр; 14 — отводной ролик; 15 — механизм крепления неподвижной струны; 16 — неподвижная струна; 17 — талевий блок; 18 — шкив кронблока, что не вращается
Выбор и расположение датчиков дали возможность проанализировать изменение скорости движения и усилий в элементах подъемной части в период подхвата (напряжение).
Анализ полученных осциллограмм показывает, что:
1) в подавляющем большинстве случаев уже до начала подхвата бурильной колонны (напряжение системы) процесс сцепления оперативной муфты включения барабана закончен, и проскальзывания не наблюдается;
2) продолжительность периода подхват возрастает с увеличением нагрузки на крюке и находится в пределах сек..;
3) до конца периода подхват, соответствующем максимальной нагрузке подъемной системы, скорость движения крюка близка к нулю;
4) в период напряжения колебательные явления в элементах подъемной части отсутствуют, а нагрузка в последних возрастает по закону, близкому к линейному.
С учетом этих положений процесс нагрузки, возможно проанализировать на основе баланса энергии системы.
Условие сохранения энергии в системе можно выразить уравнением:
(4.1)
где — сумма кинематической и потенциальной энергии системы к моменту начала погрузки;
— энергия, подведенная к системе в течение процесса нагрузки (подхваты);
— сумма работ сил сопротивления;
— сумма кинетической и потенциальной энергии системы, до конца погрузки.
Энергия, которая подводится к подъемной части, определяется мощностью работающих двигателей, режимом их работы и продолжительности периода нагрузки системы. Энергия, выработанная двигателями за период нагрузку, превращается в кинетическую и потенциальную энергию системы, а также затрачиваемое на преодоление вредных сопротивлений.
В упрощенном виде формулу для определения динамического усилия в канате можно получить, допустив, что підроторна основание абсолютно жесткая, а скорости движения барабана в начале и конце периода нагрузки равны.
В этом случае энергия, подводимая к барабану лебедки при нагрузке, переходит в потенциальную энергию упругих сил:
(4.2)
где — динамическое усилие в канате;
— навита на барабан длина каната, полученная за счет упругого удлинения каната в талевій системе и сжатия башни.
(4.3)
Отсюда коэффициент динамичности будет:
(4.4)
Учитывая, что
(4.5)
получим
(4.6)
Если принять, что , то
(4.7)
(4.8)
где — упругое удлинение каната в оснастке
— упругое сжатие башни;
— упругое удлинение каждой струны, что оснащает талевий блок;
— упругое удлинение неподвижной струны;
— упругое удлинение тяговой струны;
— число струн, оснащают талевий блок;
— усилие в одной струне от статической нагрузки на крюке;
— жесткость подъемной части (вышки и талевой системы) соответственно статическая и ди намічна, приведенная к тяговой струны.
Статическую жесткость подъемной части, проведенную к бурильных труб, можно выразить как
(4.9)
где - нагрузка на крюке (сила тяжести труб);
— упругое удлинение системы от силы, которое равно:
(4.10)
С учетом формулы (8), получим
(4.11)
Подставим (11) и (9), получим
(4.12)
откуда
(4.13)
Подставив (13) в выражение (7), получим:
(4.14)
(4.15)
При расчетах динамических параметров подъемной части (собственных частот системы и амплитуд колебаний) необходимо знать закономерность изменения жесткости системы. Такая закономерность получена таким образом.
Учитывая, что статическое упругое удлинение каната в оснастке ровно
(4.16)
выражение (10) можно представить в виде ;
(4.17)
Если учесть, что
; (4.18)
(4.19)
где — жесткость каната в оснастке;
— жесткость башни
то подставим (18) и (19) в (17), получим зависимость для определения статического удлинения системы
(4.20)
Далее, подставив выражение (20) в (9), получим формулу для определения коэффициента жесткости всей системы
(4.21)
Жесткость башни и каната в талевім оснащении можно определить непосредственно измерением продольного сжатия башни и удлинение неподвижной струны с соответствующим перерасчетом по вышеприведенным формулам.
Схемы измерений продольного сжатия башни и удлинение неподвижной струны представленные на рис. 4.2.
Упругое сжатие измерялось с помощью линейки 5, закрепленной на полу буровой и троса 2 диаметром 1,5 мм, прикрепленного к підкронблочної рамы и розтягуваного небольшим грузом 4 для уменьшения влияния порывов ветра на результаты измерения.


Рисунок 4.3 - Зависимость продольного сжатия башни и удлинение неподвижной струны от нагрузки на крюке ( - сжатия башни; — удлинение неподвижной струны)
Упругое удлинение неподвижной струны измерялось, как показано на рис. 3.2, углом поворота последнего шкива кронблока 18 за счет удлинения неподвижной струны и продольного сжатия башни.
Результаты измерений продольного сжатия башни и неподвижной струны талевого оснащение в зависимости от нагрузки на крюке представлены на рис 4.3.
Результаты экспериментальных измерений коэффициентов жесткости башен и талевого оснащение некоторых буровых установок представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1
Шифр башни, диаметр каната и оснастки талевой системы Жесткость башни кгс/см Длина струн (расстояние между осями талевого блока и кронблока), м Жесткость каната, кгс/см Жесткость вышки и талевой оснастки, кгс/см
Башня буровой установки БУ-125БрД каната Ш32 мм 5х6 7·104 40
10 62,5
160 5,55·103
12·103
Башня В1-53-300 АзІНмаша канат Ш32 6х7 1,0·105 45
10 45
127 6·103
14,6·103
Башня буровой установки БУ-300 каната Ш38 мм 6х7 2,34·105 55
10 78
250 1·104
2,95·104

С учетом формул (14) и (15) коэффициент динамичности будет
(4.22)
В работе [1] было показано, что зависимость коэффициента динамичности и зависимость скорости подъема крюка от нагрузки, бесступенчато изменяется, полученная в процессе заводских испытаний буровой установки БУ-125БрД с турботрансформаторами, идентичны.
Однако скорость устойчивого движения крюка при подъеме определяется мощностью, подводимой к барабанному валу лебедки, и нагрузкой. Кроме того, сама скорость устойчивого движения не определяет величины динамической нагрузки, поскольку в процессе нагрузки скорость движения талевого блока всегда меньше, чем при установившемся движении, а к концу нагрузки она близка к нулю.
Это обстоятельство подтверждает зависимость динамической нагрузки не только упругих свойств бурильной колонны, вышки талевой системы, но и от мощности привода подъемной части.
Подъем бурильной колонны постоянной длины с разной мощностью, подводимой к барабанному валу лебедки, подтверждает вывод о ее влиянии на динамическую нагрузку. Это особенно сказывается при подъеме колонн большого веса, когда мощность привода полностью реализуется.
Результаты экспериментов, поведенных на буровой установке БУ3000ЕУ-1 с башней ВМА-45х200 при оснастке 5х6 с канатом ø28 мм, представлены в табл. 4.2.

Таблица 4.2
Вес (сила тяжести) бурильной колонны в воздухе, тс Значение коэффициента динамичности
в тяговой струне в неподвижной струне
длина каждой из струн, которые оснащают талевий блок, м
45 18 45 18
20 3,28 5 2 -
40 2,27 3,25 1,67 2,22
60 1,62 1,74 1,48 1,78
80 1,34 1,38 1,36 1,54
100 1,25 - 1,27 -