Расчет грузоподъемности талевой системы буровой установки

    Введение.  

    Нефтегазовая  промышленность  в настоящее время  наиболее динамичная из всех добывающих отраслей России. Успехи ее зависят от эффективности буровых машин и комплексов. Повышение технического уровня бурения, ремонта скважин и увеличение производительности машин определяются прогрессивностью проектных решений, качеством расчётов на прочность и выносливость. Большую роль в развитии производства играют высококвалифицированные кадры, владеющие основами инженерных расчетов, умеющие самостоятельно решать конструкторские задачи с применением компьютерной техники.

    Талевая система – один из объединяющих узлов буровой установки; кронблок и талевый блок являются сравнительно простыми объектами проектирования, требующими системного подхода в кинематическом и силовом анализе, что особенно важно для начинающего конструктора. Примеры расчетов оригинальных деталей даны в приложениях для выработки навыков решения проектных задач, встречающихся в практике конструирования буровых машин.

    Основными параметрами, характеризующими талевую систему, являются номинальная и максимальная грузоподъемность, число ветвей каната в оснастке и диаметр каната [1]. 

Исходные  данные 

Вариант задания 36.

Назначение  установки: ремонт скважин на газ.

НКТ и обсадные трубы.

Кронблок.

Глубина скважины 2500м.  
 

 

1 Грузоподъёмность талевой системы.

    Номинальная грузоподъемность талевой системы  определяется максимальным весом бурильной или обсадной колонн, висящих на крюке. Выбор оборудования зависит от диаметра скважины и операций, которые будут производиться при помощи талевой системы. На скважине производится 3 основным вида операций с использованием талевой системы:

1. спуско-подъемные операции (СПО);
2. текущий ремонт;
3. обсадка скважины.

    Схема скважины приведена на рис. 1.

    Скважина  делится на 3 ступени:

1. направление;
2. кондуктор;
3. эксплуатационная.

    Для расчета веса сведем вес всего оборудования в таблицу с расчетом суммарной массы по ступеням скважины и видам проводимых работ (см. табл. 1). 

    Табл. 1. Вес оборудования

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

2 Максимальная нагрузка от обсадной колонны.

    Номинальная грузоподъемность талевой системы  определяется максимальным весом бурильной или обсадной колонн, висящих на крюке.

    Так как по заданию расчёт ведём для  ремонта скважины, то определяем максимальную нагрузку от обсадной колонны:

    

,

где  - вес элеватора и части обсадной колонны, находящейся над устьем скважины.  

     Оценка  технического уровня и качества бурового оборудования.

      Выбор номенклатуры показателей назначения для установки для ремонта  скважин представляет сложную задачу, поскольку установка представляет собой комплекс машин и механизмов, связанных между собой, и по своей характеристике соответствующих её назначению и типоразмеру и предназначенных для выполнения основных взаимосвязанных процессов:

      - разрушение горной породы;

      - очистка забоя от выбуренной породы и выноса её из ствола скважины на поверхность;

      - спуск породоразрушающего инструмента  в скважину и его подъёма для замены, спуск обсадных труб;

      - выполнение определённого вида ремонта.

      Для выполнения процесса ремонта скважины применяются комплексы оборудования с различным функциональным назначением, показатели назначения которых должны быть оценены отдельно друг от друга.

      Выделяют  следующие группы показателей назначения:

- классификационные;

- эксплуатационные: функциональные  и технической эффективности;

- конструктивные;

- показатели состава и структуры.

      Процесс ремонта скважины в большей степени  связан со спускоподъемными операциями (СПО), поэтому оценивать спуско-подъемный комплекс (СПК) следует по показателю функционального назначения.

      Комплекс  оборудования для выполнения СПО  с обсадными трубами и НКТ напрямую зависит от качества СПК и качества средств механизации и автоматизации СПО.

      Эксплуатационные  показатели характеризуют полезный эффект от эксплуатации и прогрессивность  технических решений, закладываемых в продукцию.

      Главным образом, для СПК эксплуатационным показателем будет являться количество свече-спуско-подъёмов q_сп,, выполняемое за определённое время (час).

      При известных для данного класса БУ затратах времени на СПО за цикл ремонта скважины, количество спуско-подъёмов, выполняемое в час, определится

      

,

где  - суммарное количество свече-спуско-подъёмов за цикл ремонта скважины;

       - затраты времени на СПО, час.

      Затраты можно выразить

      

где Н_вр – норма времени на спуск и подъём одной трубы НКТ (мин).

      

,

      Затраты вспомогательного времени зависят  от степени механизации и автоматизации СПО. Для ремонта скважины в данном случае применена мобильная установка для бурения и ремонта скважин TD 125 (TW 125) CA-A6. Вследствие этого, степень механизации и автоматизации СПО будет не на высшем уровне, так как самой высокой степенью механизации и автоматизации СПО обладают только буровые установки стационарного типа и морские.

      Обозначим

       ,

где - суммарное количество свече-спуско-подъёмов и суммарные затраты времени за цикл ремонта скважины соответственно.

      Затраты времени на СПО

      

      Исходя  из данных по параметрам назначения СПК  для буровых установок ([3],табл.4.7, стр.135), можно данную установку отнести к 5-му классу.

      Результаты  оценки эксплуатационного показателя для СПК мобильной установки для ремонта скважин TW 125 CA-A6 сведём в таблицу:

    

    Суммарное количество свече-спуско-подъёмов за цикл ремонта принимаем исходя из того, что длина одной трубы НКТ 10 м, глубина забоя 2500м , так как производится спуск и подъём.

    В случае идентичности средств механизации  и автоматизации СПО затраты  времени на вспомогательные операции будут одинаковыми для различных СПК одного класса, а машинное время будет зависеть от совершенства СПК (характеристики привода, к.п.д., рационального выбора скоростей спуска и подъема и т.п.) и может быть применено в качестве комплексного критерия (показателя) оценки качества СПК.

    Использование машинного времени, как комплексного показателя, совместно с экономическими показателями позволяет сравнить экономическую эффективность различных СПК,  оптимизировать тяговую характеристику и оптимальную мощность привода лебедки.

     Принимаем мобильную установку для бурения и ремонта скважин TD 125 (TW 125) CA-A6. (см. табл. 2). 

    Табл. 2. Технические характеристики TD 125 (TW 125) CA-A6