Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Машины и оборудование для бурения

1. Расчет конструкции скважины

Под конструкцией скважины подразумевается число, диаметр обсадных колонн и толщина их стенок, глубины их спуска и диаметр долот для бурения под каждую обсадную колонну.

Принимаем конструкцию скважины – условно вертикальной.

Таблица 1

№	НАИМЕНОВАНИЕ ПАРАМЕТРА	ЕД. ИЗМ.	УСЛ. ОБОЗН.	СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ	ЧИСЛ. ЗНАЧЕНИЕ
1	Глубина скважины	м	L	По заданию	6500
2	Диаметр эксплуатационной колонны	мм	DЭ	По заданию	146
3	Наружный диаметр муфты ЭК	мм	D_н.э	[2,табл. 8.1]	166
4	Диаметральный зазор у ЭК	мм	∆э	[1,табл. 1.1]	20
5	Диаметр долота под ЭК: расчётный по ГОСТу 2692-75	мм	Dдэ	Dдэ = Dн.э. + ∆э [1,табл. 1.1]	186 190,5
6	Ширина уступа	мм	∆	[1,табл. с.7]	10
7	Внутренний диаметр промежуточной колонны:	мм	dп	dп = Dдэ + ∆	200,5
8	Наружный диаметр промежуточной колонны (ПК) расчётный по ГОСТу 632-80	мм	Dп	D_п = D_д.э + Δ + 2δ [2,табл. 8.1]	217,5 219,1
9	Наружный диаметр муфты ПК	мм	D_н.п.	[2,табл. 8.1]	244,5
10	Диаметральный зазор у ПК	мм	∆п	[1,табл 1.1]	30
11	Диаметр долота под ПК: расчётный по ГОСТу 206-92	мм	Dдп	Dдп = D_н.п.+ ∆п [1,табл. 1.1]	274,5 269,9
12	Внутренний диаметр ТК:	мм	dт	dк = Dдп + ∆	279,9
13	Наружный диаметр ТК по ГОСТу 632-80	мм	Dт	[2,табл. 8.1]	299
14	Наружный диаметр муфты ТК	мм	D_н.т	[2,табл. 8.1]	323,9
15	Диаметральный зазор у ТК	мм	∆к	[1,табл. 1.1]	35
16	Диаметр долота под ТК расчётный по ГОСТу 206-92	мм	Dдт	Dдт = D_н.п + ∆к [1,табл. 1.1]	358,9 393,7
17	Внутренний диаметр кондуктора: расчётный по ГОСТу 632-80	мм	dк	dн = Dдк + ∆ [2,табл. 8.1]	403,7 404
18	Наружный диаметр кондуктора	мм	Dк	[2,табл. 8.1]	426
19	Диаметр муфты кондуктора	мм	Dмк	[2,табл. 8.1]	451
20	Диаметральный зазор у муфты кондуктора	мм	∆к	[1,табл. 1.1]	50
21	Диаметр долота под кондуктор: расчётный по ГОСТу	мм	Dдн	Dдн = Dмк + ∆к	501 505

2. Выбор компоновки бурильной колонны

Бурильная колонна при бурении вертикальных скважин состоит из компоновки низа БК

( КНБК) и бурильных труб (БТ).

КНБК включает в себя УБТ, долота, ЗД и центрирующие элементы ( калибраторы, центраторы и т.д.), определенное сочетание которых позволяет пробурить скважину согласно заданному профилю.

Принимаем, что КНБК состоит из одной ступени УБТ. Тогда расчет при бурении ЗД заключается в определении диаметра и длины УБТ, обеспечивающих заданную нагрузку на долото, устойчивость и прочность компоновки.

Длина одноступенчатой компоновки УБТ определяется по формуле:

– общая длина УБТ, м
– осевая нагрузка на долото, кН

– плотности жидкости и материала УБТ, кг/ м³

– масса одного погонного метра УБТ, кг/ м

Расчет бурильной колонны

Расчетные допущения:

Влияние замков на силы сопротивления не учитывается

Таблица2

№	НАИМЕНОВАНИЕ ПАРАМЕТРА	ЕД. ИЗМ.	УСЛ. ОБОЗН.	СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ	ЧИСЛ. ЗНАЧЕНИЕ
1	Диаметр промежуточной колонны	мм	Dп	см. выше	219
2	Диаметр долота открытого ствола	мм	DД	см. выше	244,5
3	Условие бурения	──	──	Принимаем нормальное	Н
4	Диаметр УБТ	мм	Dубт	[1,табл. 1.2]	146
5	Длина одной УБТ	м	l0	принимаем	12
6	Наружный диаметр БТ	мм	D	[1,табл. 1.2]	114
7	Вес одного погонного метра УБТ	Н/м	qубт	[3,табл. 5.3]	976
8	Толщина стенки бурильных труб БТ	мм	δ	[3,табл. 5.11]	9
9	Внутренний диаметр БТ	мм	d	d = D – 2 δ	96
10	Вес одного погонного метра БТ	Н/м	q	[3, табл. 5.11]	265,0
Геометрическая характеристика сечения бурильных труб
11	Площадь сечения (по металлу)	см²	F	F = π( D² – d² )/4	29,67
12	Площадь проходного сечения	см²	Fп	Fп = πd² /4	72,34
13	Осевой момент сопротивления	cм³	W	W = πD³[1 – – (d/D)⁴] /32	72,27
14	Полярный момент сопротивления	cм³	Wρ	Wρ = 2W	144,54
15	Осевой момент инерции	cм⁴	I	I = π( D⁴ – d⁴ )/64	411,94
16	Полярный момент инерции	cм⁴	Iρ	Iρ = 2I	823,88
17	Материал БТ	──	──	сталь
18	Модуль упругости	МПа	Е	справочник	2,1*10⁵
19	Модуль сдвига	МПа	Gρ	справочник	0,8*10⁵
20	Нагрузка на долото	кН	G	[4, с. 62]	220
21	Плотность материала труб	кг/м³	ρм	По заданию	7850
22	Плотность бурового раствора	кг/м³	ρ	По заданию	1100
23	Коэффициент Архимеда выталкивающих сил	──	kA	kA = 1 – ρ/ ρм	0,83
Расчет при бурении с использованием ЗД на статическую прочность (выносливость)
24	Сила тяжести ЗД для Dдэ = 190,5 мм	кН	Gзд	[4, с. 62]	58,6
25	Перепад давления в забойном двигателе	МПа	P	По заданию	0,5
26	Осевая сила от перепада давления, действующая на корпус ЗД для Dдэ = 190,5 мм	кН	Fзд	Fзд = ΔР*Fп	46,7
27	Длина УБТ	м	l*убт	lубт = 1,25 (G –Gзд * kAcosα– Fзд) /( qубт* *cosα )	333
28	Длина одной УБТ	м	l0	принимаем	12
29	Целое число труб	──	j	j = int(l*убт/l0)	28
30	Фактическая длина УБТ	м	lубт	lубт = j* l0	336
31	Нагрузка на долото	кН	G	[4, с. 62], при	220
32	Диаметр БТ	мм	d	[1,табл. 1.2]	140
33	Диаметр УБТ	мм	D_УБТ	[1,табл. 1.2]	219
34	Вес одного погонного метра УБТ	Н/м	qубт	[3,табл. 5.4]	2250
35	Толщина стенки бурильных труб БТ	мм	δ	[2,табл. 1.9]	9
36	Внутренний диаметр БТ	мм	d	d = D – 2 δ	120
37	Вес одного погонного метра БТ	Н/м	q	[2,стр. 471]	293
Геометрическая характеристика сечения бурильных труб
38	Площадь сечения (по металлу)	см²	F	F = π( D² – d² )/4		37,0
39	Площадь проходного сечения	см²	Fп	Fп = πd² /4		116,84
40	Осевой момент сопротивления	cм³	W	W = πD³[1 – – (d/D)⁴] /32		123
41	Полярный момент сопротивления	cм³	Wρ	Wρ = 2W		246
42	Осевой момент инерции	cм⁴	I	I = π( D⁴ – d⁴ )/64		861,4
43	Полярный момент инерции	cм⁴	Iρ	Iρ = 2I		1722,8
44	Осевая сила от перепада давления, действующая на корпус ЗД для Dдп = 244,5 мм	кН	Fзд	Fзд = ΔР*Fп		56,2
45	Длина УБТ	м	l*убт	lубт = 1,25 (G –Gзд * kAcosα– Fзд) /( qубт* *cosα )		229
46	Длина одной УБТ	м	l0	принимаем		12
47	Целое число труб	──	j	j = int(l*убт/l0)		19
48	Фактическая длина УБТ	м	lубт	lубт = j* l0		192

КОНСТРУКЦИЯ СКВАЖИНЫ

3. Гидравлический расчет промывки скважины

Определяем потери давления в БТ при бурении:

Потери давления в УБТ будут:

Давление на долоте зависит от скорости истечения раствора из насадок долота:

Для гидромониторных долот ; ;

Давления раствора в нагнетательной линии насоса при бурении различных интервалах скважин:

– под кондуктор

– под промежуточную колонну

техническую колонну

– под эксплутационную колонну

где – потери давления в затрубном пространстве, кольцевом пространстве приняты одинаковыми для всех интервалов и равны 1 МПа, что составляет 5–7 % общих потерь.

Гидравлические сопротивления ЦС делятся на две категории:

Изменяющиеся с глубиной скважины – в трубах и затрубном пространстве ;
Неизменяющиеся с глубиной скважины – в наземной линии , в утяжеленных бурильных трубах и на долоте

График промывки скважины

4. Выбор класса буровой установки

Таблица3

1	Масса погонного метра направления	кг/м	q_н	[2,табл. 8.1]	88,6
2	Вес направления в воздухе	кН	Q_окн	Q_окн=g∙L_H∙q_н	43,46
3	Масса погонного метра кондуктора	кг/м	q_к	[2,табл. 8.1]	112,6
4	Вес кондуктора в воздухе	кН	Q_окк	Q_окк=g∙L_к∙q_к	662,8
5	Масса погонного метра технической колонны	кг/м	q_п	[2,табл. 8.1]	78,3
6	Вес технической колонны в воздухе	кН	Q_окп	Q_окп=g∙L_пк∙q_п	1382,6
7	Масса погонного метра промежуточной колонны	кг/м	q_э	[2,табл. 8.1]	52,3
8	Вес промежуточной колонны в воздухе	кН	Q_окэ	Q_окэ=g∙L_э∙q_э	2154,8
9	Масса погонного метра эксплуатационной колонны	кг/м	q_э	[2,табл. 8.1]	28,8
10	Вес эксплуатационной колонны в воздухе	кН	Q_окэ	Q_окэ=g∙L_э∙q_э	1836,4

Таблица 4

№	Наименование параметра	Ед.изм.	Усл.обоз.	Способ определения	Чис.знач.
1	2	3	4	5	6
1	Вес в воздухе наиболее тяжёлой обсадной колонны	кН	Q_ОК	таблица 3	1836,4
2	Вес в воздухе наиболее тяжёлой бурильной колонны	кН	Q_БК	таблица 2	1924,1
3	Коэффициент запаса допускаемой нагрузки на крюке по обсадной колонне	_-		[4,стр.12]	1,15
4	Коэффициент запаса допускаемой нагрузки на крюке по бурильной колонне	_-		[4,стр.12]	2
5	Допускаемая нагрузка на крюке для бурильной колонны	кН			3848,2
6	Допускаемая нагрузка на крюке для обсадной колонны	кН			2111,9

Принимаем _.

Данным условиям удовлетворяет буровая установка 8 класса по ГОСТ 16293-89 с допускаемой нагрузкой на крюке 4000 кН.

Поскольку определяющим при выборе класса БУ оказался вес БК (при К_б=2), проверяем величину этого коэффициента для меньшего значения Q=3000 кН:

Получаемая величина не превышает минимально допустимый коэффициент (1,67), что позволяет окончательно выбрать БУ 8 класса.

Из отечественных БУ наиболее подходящей является установка Уралмашзавода:

БУ 6500/400ЭР

Допускаемая нагрузка на крюке 4000 кН
Условная глубина бурения 6500 м
Скорость подъема крюка при расхаживании колонны, 0,1- 0,2 м/с
Скорость подъема элеватора (без нагрузки), не менее 1,82 м/с
Расчетная мощность на входном валу подъемного агрегата 1475 кВт
Диаметр отверстия в столе ротора 700 мм
Расчетная мощность привода ротора, не более 440 кВт
Мощность БН 950 кВт
Вид привода ЭР
Длина БТ диаметром 114 мм (ёмкость магазинов),

размещенных на подсвечнике 8000 м

Высота основания (отметка пола буровой) 8 м
Просвет для установки стволовой части превенторов 6,7 м

Лебедка буровая ЛБУ 2000-ПМ
Насос буровой УНБТ-950А
Ротор Р-700
Комплексы механизмов АСП АСП-3М5
Кронблок УКБА-7-500
Талевый блок УТБА-6-400
Вертлюг УВ-450МА
Вышка ВУ-45*400
Привод основных исполнительных

механизмов и агрегатов (лебедки, ротора, БН) групповой от 4-х силовых агрегатов типа СА-10

ЦС ЦС 6500ЭР

Выбор типа и числа насосов

Основными требованиями при выборе типоразмера БН являются:

Давление, развиваемое насосом не должно быть меньше требуемого по режиму промывки.
Подача насосов, необходимая для требуемого режима промывки, обеспечиваемая одним или двумя (если надо тремя) насосами, работающими параллельно на одном типоразмере поршней и одинаковом числе двойных ходов в минуту.
Гидравлическая мощность насосов, работающих поинтервально, должна использоваться максимально.

Этим требованиям соответствуют два параллельно соединенных насоса УНБТ-950А, технические характеристики которых следующие:

1) Мощность: – приводная 950 кВт

– гидравлическая 855 кВт

2) Число цилиндров 3

3) Число двойных ходов поршня в 1 мин. 125

4) Длина хода поршня 300 мм

5) Максимальная подача 46 л/с

(минимальная) 28,8 л/с

Максимальное давление 32 МПа

(минимальное) 19 МПа

Диаметр штока 60 мм
Нагрузка на шток 490 кН
Масса 22,7 т
Масса на единицу гидравлической мощности 22 кг/кВт
Диаметр цилиндровой втулки:

– наибольший 180 мм

– наименьший 140 мм

Идеальная подача на один оборот кривошипного вала

– максимальная 23,1 л/с

– минимальная 13,8 л/с

Частота вращения трансмиссионного вала 566 об/мин
Передаточное число редуктора насоса 4,53
Диаметр клапана 145 мм
Диаметр трубопровода

– всасывающего 230 мм

– нагнетательного 100 мм

Габариты:

– длина 5,55 м

– ширина 3,25 м

–высота 3,25 м

Расчет основных параметров буровых насосов Таблица5
№		Наименование параметра	Ед. измер	Условн. Обознач	Способ определения	Численное значенение
№		Наименование параметра	Ед. измер	Условн. Обознач	Способ определения	К	ТК	ПК	ЭК
1		Число поршней насоса	-	z	принимаем	3	3	3	3
2		Число работающих насосов при бурении	-	k	принимаем	2	2	1	1
3		Требуемая подача насоса:	л/с	Qк	см. выше	92,9	83,9	44,5	23,8
4		Давление подпора насоса	МПа	Р_П	[6, с 181]	0,4	0,4	0,4	0,4
5		Требуемое давление насоса	МПа	Р_треб	Р_треб= ΔP+P_АТМ	15,45	17,1	20,52	23
6	Подача одного насоса		л/с	Q	[4, с 156]	46,45	42	44,5	23,8
7	Давление, развиваемое насосом		МПа	Р_н	[4, с 156]	32,0	32,0	19,0	19,0
9	Суммарная подача насосов		л/с	Q_сум	Q* k	92	92	46,0	46,0
10	КПД насоса		-	Η	принимаем	0,8	0,8	0,8	0,8
11	Полезная мощность насоса		кВт	N_п	N_п = Q_СУМ * P_тр	710,5	786,6	943,92	1058
12	Мощность насоса		кВт	N	N=N_п/ η	888,0	983,25	1180	1322,5
13	Коэффициент подачи		-	α	принимаем	0,9	0,9	0,9	0,9
14	Частота ходов насоса		об/мин	n	принимаем	125	125	125	125
15	Рабочий объем		л	q	q = Qк/(n·α·k)	24,77	23,3	12,36	6,61
16	Ход поршня		мм	S	[3, с.284]	300	300	300	300
17	Диаметр втулки		мм	D	[4, с 156]	140	140	140	180

Проектный расчет вала и его опор

Примем для вала сталь 45,6в=750 МПа,6т= 450 МПа, М=3,54кН·м

Таблица3

№		Наименование параметра	Усл. обоз.	Един. изм.	Способ. опред.		Числ. знач.
1		Средний диаметр вала	d	мм	d=(M/0.2[τ] )⅓		174
2		Диаметр в месте посадки шестерни	dш	мм	принимаем		150
3		Диаметр в месте посадки подшипников	dп	мм	принимаем		170
4		Длина вала	l	мм	принимаем		920
5		Определяем силы: -окружная -осевая -радиальная	Ft Fa Fr	Н	Ft=2M/d Fa= Ft·tgβ Fr=Ft·tgα/cosβ		6450 900 2400
6		Определяем реакции в опорах: -горизонтальная плоскость -вертикальная плоскость	Rbz Raz Rbb Rab	H	Rbz=(Py·63- Ft·22)/40 Paz= Ft+ Py- Pbz Rbb=(M·22-A1·d/2)/40 Rab=M+ Rbb		7740 2917 3470 6102
7		Моменты:	Mb Mz	Н·мм	Mb=400· Rbb Mz=760· Py- Rbz·400		140·10³ 641·10³
8		Суммарный изгибающий момент в опоре А	Mа	Н·мм	Mа=√2· Mаz		657·10³
9		Запас прочности по касательным напряжениям	τ-1 τкр kτ	МПа МПа _	τ-1=0.2·6в τкр=Мкр/Wр kτ= τ-1/ τкр		150 44,5 3,37
10		Допустимый запас прочности	_	_	[3,стр.440]		1,6-2
11		Суммарный момент	MΣ	Н·мм	(M² + Ma²)½		746·10³
12		Запас прочности по изгибающим моментам	6изг kΣ 6-1	МПа -- МПа	6изг=Мизг:Wp kΣ=(6-1)/6изг 6-1=0,4·6в		107 28 300
13		Допускаемый запас прочности	[k6]	_	[3,стр.440]		1,8
14		Запас сопротивления усталости только по изгибу	sΣ 6m 6а	_ МПа МПа	sΣ=6-1/[6а· kΣ·( kd· kf)+ +Ψτ· τm [6, стр.300] 6а=M/0,1·d³		3,1 0 106
15		Эффективный коэф. концентрации напряжений при изгибе	k6	_	[6, стр.300, табл.15.1]		2,5
16		Масштабный фактор	kd		[6, стр.300, табл.15.1]		0,52
17		Фактор шероховатости поверхности	kf	_	[6, стр.300, табл.15.1]		0,7
18		Запас сопротивления усталости только по кручению	Sτ τa τm	_ МПа МПа	sτ =6-1/[6а· kΣ·( kd· kf)+ +Ψτ· τm τa=0,5Mкр/0,2d³ τm= τa		2,7 46 46
Условие статической прочности выполняется
19		Коэф. коректирующий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости	Ψτ	_	[6, стр.300]		0,05
20		Эффективный коэф. концентрации напряжений при кручении	kτ	_	[6, стр.300, табл.15.1]		1,8
21	Запас сопротивления усталости		s	_	s=s6·sτ /( s6²+ sτ² )½	2,14
22		Допускаемый запас сопротивлений	[s]	_	[3 стр.440]		1,6-1,8

Машины и оборудование для бурения 📙 Курсовая → 🆔 121636