Расчет грузоподъемности талевой системы буровой установки

        Исходя из заданной глубины скважины, принимаем оснастку талевой системы 5х6.

Вес элеватора под кондуктор:

.

       - коэффициент, учитывающий действие сил Архимеда на бурильную колонну.

      Коэффициент определяем по формуле:

       ,

      где  – удельный вес промывочной жидкости;

           – удельный вес материала бурильных труб.

      

      

      

.

      q_К – вес 1 м длины обсадной колонны (П10);

      q_К = 57 кг/м

      L_К — длина обсадной колонны, м;

      L_К = 1500 м

      Р_К – вес оборудования низа обсадной колонны (обратного клапана, башмака, стопкольца) в предварительных условиях не учитывается;

      f – коэффициент сопротивления   движению колонны в скважине, учитывающий трение колонны о стенки скважины, обычно принимают f=1,1…1,2.

      

      Принимаем для дальнейших расчетов как наибольшее.

      Допустимая  максимальная кратковременно действующая  нагрузка на подъемную часть является максимальной грузоподъемностью талевой системы и определяется уравнением:

      

,

      где — коэффициент запаса грузоподъемности, который в зависимости от условии ремонта скважин следует принимать равным 1,3-1,5.

      

      Принимаем равным 1023 кН.

 

3 Оснастка талевой системы.

      Порядок прохождения талевого каната через  канатные шкивы кронблока и талевого блока имеет существенное значение для распределения нагрузки на ноги вышки и для правильной навивки каната на барабан лебедки, а также влияет на срок службы каната. В талевой системе число шкивов кронблока всегда на один больше, чем в талевом блоке, а количество ветвей в оснастке четное:

      

      

      где u_т.б и u_к.б – число шкивов талевого блока и кронблока.

      Предварительно  принимаем канат 1-28-1700-I ГОСТ 16853-88. Усилие на разрыв данного каната составляет 1700 кН. Выбираем крюк трёхрогий ТБК4-140Бр [1, стр133] с грузоподъемностью 140 т. Масса крюка составляет 1,27 тонны.

      

,

      

.

      Скорость  ведущей ветви каната V_В  по условиям намотки на барабан лебёдки не должна превышать 20м/с, т. е.

м/с,

где - скорость крюка, м/с.

Натяжение ведущей ветви:

,

где ,

.

Число шкивов в талевой системе определяется из соотношения:

.

      Чем больше шкивов и ветвей в оснастке, тем сильнее истирается канат, а чем меньше шкивов и ветвей, тем канат более нагружен и сокращается его усталостная долговечность. Увеличение кратности оснастки способствует повышению объема СПО, выполняемых канатом до разрушения из-за усталостных повреждений.

      На  рис. 2 приведена номограмма для расчета запаса прочности талевых канатов в зависимости от нагрузки на крюке, диаметра каната и кратности оснастки. На крайней правой шкале показана ожидаемая относительная долговечность каната в зависимости от запаса прочности, установленная по данным натурных испытаний каната на усталость. За 100% долговечность условно принято число циклов до разрушения каната от усталости при пятикратном запасе прочности.

      

      Рис. 2. Номограмма для расчёта запаса прочности талевых канатов.

 

4 Натяжение ветвей талевой системы и коэффициент полезного действия.

      Натяжение Р_х.к в подвижной ветви каната, навивающегося на барабан лебедки, и Р_м.к в неподвижной ветви при заданной нагрузке Q на крюке (кН) при весе подвижных частей талевой системы F_т, указанных в табл. 3.1, и заданной оснастке определяются по соответствующей формуле табл. 3 [1].

      Табл. 3. Напряжения в ветвях каната.

      В таблице 15 приняты следующие обозначения:

        – число ветвей талевой  системы (кратность полиспаста);

        – КПД талевой системы.

      

      

        – приведённый КПД одного шкива, который принимается равным 0,97 [13].

      По  табл. 3.2 [1, стр. 69] выбираем следующие КПД:

              

       [1, табл. 3.3]

      При подъеме инструмента натяжение  в подвижной ветви примет значение

      

.

      При спуске инструмента натяжение в  подвижной ветви примет значение

      

.

      При подъеме инструмента натяжение  в неподвижной ветви примет значение

      

.

      При спуске инструмента натяжение в неподвижной ветви примет значение

      

.

      Натяжения в струнах талевого каната определятся по следующим формулам:

      а) при подъеме крюка:

                    ,

      где – коэффициент, зависящий от жесткости каната и от величины потерь на трение в опорах канатного шкива,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

.

      б) при спуске крюка:

                     

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

,

      

. 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

5 Подбор каната.

      В промышленности в настоящее время  канаты изготавливаются в соответствии с ГОСТ 2688-69 и ГОСТ 14954-69, а также  специальные талевые канаты для эксплуатационного и разведочного бурения, изготавливаемые по ГОСТ 16853-88 в трех исполнениях:

• с металлическим сердечником (м. с);
• с органическим трехпрядным сердечником (о. с.);
• с пластмассовым стержневым сердечником (и. с.).

      Долговечность стальных канатов существенно зависит  от материала и конструкции их сердечника, препятствующего смещению прядей и смятию каната под действием осевых и радиальных нагрузок. Канаты с органическим сердечником из растительных волокон (пенька, сизаль, манила) наиболее гибкие. Канаты с пластмассовыми и металлическими сердечниками обладают большей сопротивляемостью поперечному сжатию, благодаря чему лучше сохраняют свою форму при огибании шкивов и намотке на барабан. Лабораторные и промысловые испытания на буровых показали, что наработка талевых канатов с пластмассовым сердечником на 20—30 % превышает наработку однотипных канатов с пеньковым сердечником.

      Для защиты от износа и атмосферной коррозии канат покрывают при свивке специальными смазками. Смазки для талевых канатов наряду с антикоррозионными и антифрикционными свойствами должны обладать достаточной прилипаемостью (адгезией) и температурной стойкостью. Повышенные требования к адгезионным свойствам смазок обусловлены действием значительных центробежных сил, отбрасывающих смазку с поверхности каната при огибании шкивов и барабана.

      Физико-механические свойства смазки должны сохраняться при температурах от -50 до +50 °С, характерных для северных и южных районов бурения. Указанным требованиям наиболее полно отвечают смазки Московского нефтемаслозавода, специально разработанные для талевых канатов. Однако из-за ограниченных объемов производства эти смазки не получили распространения. Взамен используются смазки 39-У. Смазку наносят тонким слоем внутрь прядей и на поверхность канатов в процессе их изготовления. Органические сердечники каната пропитываются противогнилостными и антикоррозионными составами.

      Талевые канаты изготовляют двойной свивкой  проволок в круглые пряди, а последних - в однослойные шестипрядные канаты (тросы). Шестипрядная конструкция обладает рациональным соотношением диаметров прядей и сердечника, при котором обеспечивается выгодное сочетание прочности и гибкости каната.

      По  способу свивки канаты тросовой конструкции  подразделяются на обыкновенные и нераскручивающиеся. В обыкновенных канатах проволоки сохраняют напряжения, порождаемые их упругой деформацией в процессе свивки прядей и каната. Нераскручивающиеся канаты свиваются из предварительно деформированных проволок и прядей. В результате предварительной деформации проволоки и пряди приобретают геометрические формы, соответствующие их положению в готовом канате. Вследствие этого уменьшаются свивочные напряжения, что способствует снижению момента упругой отдачи каната и повышению его гибкости и выносливости.

      В результате сравнительных натурных испытаний установлено, что выносливость нераскручивающихся канатов на 25—30 % больше, чем канатов с обыкновенной свивкой, поэтому талевые канаты изготовляют нераскручивающимися. Способ свивки определяется по поведению "проволок и прядей" в готовом канате. В обыкновенном канате при освобождении его концов от перевязок пряди самопроизвольно расплетаются и требуются сравнительно большие усилия для их обратной укладки. Пряди нераскручивающихся канатов не расплетаются и легко укладываются в свое первоначальное положение.