2017-12-14
5263
1. Для того, чтобы правильно рассчитать основные элементы подъемного агрегата для начала необходимо определить максимальную вертикальную нагрузку, действующую на мачту, которая складывается из нескольких составляющих, представленных в формуле 1.
(1)
где: Pкр - максимальная нагрузка, действующая на крюк, кН;
Рхк, Рнк - натяжение соответственно ходового и неподвижного концов талевого
каната, кН;
Ртс - вес талевой системы, кН.
Рхк – под ходовой частью талевого каната понимается участок, который участвует в постоянных динамических нагрузках на момент сматывания или разматывания с барабана, рисунок 1,а
Рхк - неподвижный конец талевого каната, это участок каната который прикреплен к механизму крепления неподвижной ветви талевого каната, рисунок 1,б
А Б
рисунок 1
2. Следующим этапом определяем вес колонны насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину по формуле (2), исходя из веса колонны, можно будет подобрать мачту по грузоподъемности.
(2)
где qнкт – вес 1 м гладкой насосно-компрессорной трубы, Н (приложения, табл. 1.3);
L – длинна колонны, м;
qм – вес муфтового соединения НКТ, Н;
l – средняя длинна трубы, м.
При выполнении расчетов веса колонны НКТ вес труб и муфт необходимо перевести в Н, т.к. в таблице 1.3 приложений он дан в килограммах.
Для перевода ньютонов в килограммы можно воспользоваться формулой 3
(3)
Где,
F - вес инструмента в килоньютонах;
m - вес инструмента в килограммах.
3. Определяем статическую нагрузку, действующую на крюк, с учетом облегчения веса труб в буровом растворе
(4)
Где,
К – коэффициент, учитывающий затяжки и прихват колонны (К = 1,25…1,30);
Gк – вес колонны, кН;
ρбр , ρм – плотность соответственно бурового раствора и материала труб, кг/м3.
Исходя из максимальной нагрузки на крюке, для производства ремонтных работ в данной скважине в первом приближении выбираем подъемный агрегат оборудованный вышкой–мачтой грузоподъемностью соответствующей расчетной максимальной нагрузке (приводится техническая характеристика установки). В соответствии с выбранной установкой подбираем комплект оборудования талевой системы (приводятся технические характеристики выбранного оборудования).
4. Рассчитать вес талевой системы
(4)
где qкб – вес кронблока КБЭР;
qтб – вес талевого блока;
qкр – вес крюка.
5. Число рабочих струн оснастки талевой системы определяем по формуле
(5)
где РItk– наибольшее тяговое усилие на набегающем конце талевого каната на I скорости (берётся характеристики выбранной установки);
ηтс – к. п. д. талевой системы.
К. П. Д. талевой системы зависит от числа шкивов, кронблока и талевого блока.
| Число шкивов | ||||||||||
| К.п.д. талевой системы | 0,95 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,88 | 0,87 | 0,85 | 0,84 | 0,82 | 0,81 |
Согласно расчету принимаем оснастку в соответствии с оснасткой выбранной установки.
Количество струн принимаем равным в соответствии с талевой оснасткой выбранной установки (при оснастке 2х3 – n = 4; при оснастке 3х4 – n = 6 и т.д.).
6. Определить допустимую глубину спуска колонны НКТ с учетом выбранной оснастки
(6)
где β – коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шкивов и каната о шкивы (равен 1,03–1,04, принимаем 1,03);
PIтк – максимальное натяжения каната, Н (берется из характеристики выбранной установки);
n – число струн талевой оснастки (число струн талевой оснастки без ходового и неподвижного концов, рис. 1.1);
q´ – вес 1 м НКТ с учетом веса муфт, Н
q´ = Gкр / L (7)
где L длина колонны НКТ, м;
G кр –вес колонны насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину, рассчитанный по формуле (1.2).
По результатам расчёта и выбранной оснастке необходимо сделать вывод, можно ли проводить работы в скважине с насосно-компрессорными трубами, которые заданы (по условию задания) на проектную глубину.
7. Определить натяжение ходового и неподвижного концов, а также натяжение рабочих струн талевого каната. При подъеме колонны труб наибольшее натяжение возникает в ходовом конце талевого каната, наименьшее – в неподвижном.
Схема распределения усилий в струнах талевого каната приведена на рис. 1.1.
8. При подъеме колонны натяжение ходового конца талевого каната определяют по формуле
(8)
где Роб – вес поднимаемого оборудования (например, якоря и отсекателя Роб = 8,0 кН).
9. Определить натяжение неподвижного конца талевого каната по формуле
(9)
10. Подставляя полученные цифровые значения в формулу (1), получим:
Принимаем Рma x (округляя до целого числа) переводим и делаем заключение (соответствует или нет выбранная предварительно установка заданным условиям).
Пример расчета
Выбрать оборудование, вышку и оснастку талевой системы для производства работ в скважине, при следующих данных (в нашем случае планируется осваивать скважину после бурения):
1. спускаем в скважину СБТ-73, толщина стенки - 9мм;
2. длина спуска инструмента - 2750м;
3. плотность бурового раствора -1160 кг/м3.
4. плотность металла труб - 7840 кг/м3
Решение
1. Определим максимальную, вертикальную нагрузку, действующую на вышку, для этого необходимо рассчитать все неизвестные компоненты уравнения. Для начала, определим вес колонны, спускаемых в скважину, по формуле 2.
При выполнении расчетов веса труб и муфт необходимо перевести в Ньютоны. Вес одного метра СБТ-73 при толщине стенки равной 9мм равен 14,2кг, тогда qнкт в Ньютонах будет равен
qнкт = 14,2 х 9,81 = 139,302Н,
qм- вес муфтового соединения НКТ 4,7 кг, будет равен в Ньютонах
qм = 2,5 х 9,81 = 46,107Н, тогда
Среднюю длину тубы выбираем в соответствии с гостом - 11.5м (в зависимости от типа трубы обучающемуся разрешается выбирать длину трубы, в зависимости от предлагаемого изготавливаемого диапазона путем вычисления среднего арифметического значения.)
Gкр = 139.302∙2750+46.107∙(2750/11.5) = 394106 Н = 394.106кН
Переводим полученное значение в тонны, 1тонна = 9.81кН
Gкр = 394.106/9.81 = 40.18 тонны, т.е вес подвески из СТБ-73 составляет 40.18 тонн
2. Определим статическую нагрузку, действующую на крюк, с учетом облегчения веса труб спущенных в скважину. В данном случае считается, что скважина полностью заполнена жидкость заданной плотность до устья.
где К – коэффициент, учитывающий затяжки и прихват колонны (К = 1,25–30);
Gк – вес колонны, кН;
ρбр , ρм – плотность соответственно бурового раствора и материала труб, кг/м3.
Тогда, приняв К = 1,3 определим статическую нагрузку, действующую на крюк
Т.е в случае затяжки инструмента, свыше собственного веса на 30%, максимальный вес на крюке будет составлять при переводе - 44.5 тонны.
Исходя из рассчитанной нагрузки на крюке, которая составляет 436.5 кН, для производства ремонтных работ в данной скважине в первом приближении выбираем подъемный агрегат типа УПА - 60, грузоподъемностью 60т. Техническая характеристика подъемника приведена в приложений.
4. Определяем вес талевой системы, по формуле, значения параметров берем в таблице 5
где qкб – вес кронблока КБЭР-50 (равен 7,64 кН);
qтб – вес талевого блока БГЭ-50 (равен 5,17 кН);
qкр – вес крюка КрЭ-50 (равен 2,69 кН)
Получаем Ртс = 7,64 + 5,17 + 2,69 = 15,5 кН, или 15.8т.
5. Число рабочих струн оснастки талевой системы определим по формуле
где РIтm - наибольшее тяговое усилие на набегающем конце талевого каната на I скорости, для подъемника А - 50М РIтm = 100 кН (см. тех характеристики агрегата);
ηтс - к. п. д. талевой системы, равный 0,85.
К. п. д. талевой системы зависит от числа шкивов, кронблока и талевого блока.
| Число шкивов | ||||||||||
| К.п.д. талевой системы | 0,95 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,88 | 0,87 | 0,85 | 0,84 | 0,82 | 0,81 |
n = 242,63/100·0,85 = 2,854
т.е 3 струны, согласно расчета и выбранному агрегату принимаем оснастку 3×4 с креплением неподвижного конца талевого каната диаметром 25 мм к серьге в основании вышки (число рабочих струн – n = 6).
6. Определим допустимую глубину спуска инструмента с учетом выбранной оснастки
где β – коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шкивов и каната о шкивы (равен 1,03 - 1,04, принимаем 1,03);
PImm - наибольшее тяговое усилие на набегающем конце талевого каната на 1 скорости;
n - количество рабочих струн талевой оснастки;
q´ - вес 1 м СБТ-73 с учетом веса муфт, Н
q´ = Gкр / L,
где L длина колонны СБТ, м; Gкр - вес инструмента, спускаемый в скважину, рассчитанный по формуле (2)
q´ = Gкр / L = 394 / 2750= 0,14327 кН = 143.27Н или 14.5кг
Рассчитываем глубину спуска инструмента
Таким образом, при выбранной нами оснастке 3×4 можно проводить работы в скважине с СБТ- 73 мм до глубины 4517м, что является достаточным.
7. Определяем натяжение ходового и неподвижного концов, а также натяжение рабочих струн талевого каната.
При подъеме колонны натяжение ходового конца талевого каната определяем по формуле
где Роб – вес поднимаемого оборудования (в нашем случае висит перо, потому принимаем вес равный нулю).
8. Определим натяжение неподвижного конца талевого каната по формуле
Подставляя полученные цифровые значения в формулу (1.1), получим:
Принимаем Рma x = 620 кН.
В итоге получаем, что нам необходим подъемный агрегат с грузоподъемность порядка 63 тонн, с талевой оснасткой 3х4.
Следующим этапом необходимо рассчитать и выбрать талевый канат, основное требование, предъявляемое к стальным канатам, это обеспечение расчетного разрывного усилия. Зная натяжение определяем необходимое разрывное усилие, с учетом запаса прочности. Считаем по формуле
Рр= К∙Рхк =4*80.66=322,64кн
где К - запас прочности 3-5
Исходя их полученных значений, выбираем талевый канат, который имеет разрывное усилие Рр = 322,6 4кн в соответствии с таблицей 8
Таблица 2
