Министерство образования и науки Российской Федерации 2 страница

Определить суммарное число циклов нагружения ротора

(1.3.4)

По результатам реализации алгоритма постройте сводную таблицу и изложите выводы.

Задача № 1.1.4 Расчет нагружения бурового насоса

Выполнить расчет и построить график нагружения бурового насоса для заданной конструкции скважины и бурильной колонны при роторном бурении. Варианты задачи приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Исходные данные к задаче 1.1.4

параметры	варианты
параметры	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Бурение скважины под кондуктор
	400	250	350	370	290	240	600	500	430
	445	490	377	295	445,5	490	320	394	470
	140	140	127	127	140	140	127	127	140
Бурение скважины под промежуточную колонну
	1200	2000	1700	1430	1350	1780	1600	950	1400
	381	393,7	295,3	244,5	381	393,7	244,5	269,9	393,7
	140	140	127	114	140	140	114	127	140
Бурение скважины под эксплуатационную колонну
	950	1100	450	700	900	880	700	1050	670
	269,3	244,5	222,3	187,3	269,9	244,5	187,3	187,3	269,9
	140	127	114	114	127	127	114	114	127
Примечание 1 Обозначения: , , – протяженность интервалов бурения в м соответственно под кондуктор, промежуточную и эксплуатационную колонны, , , – диаметры соответствующих долот в мм, , , – диаметры соответствующих бурильных труб, мм. 2 Студентам предлагается в этой задаче 9 вариантов конструкций скважин. Допускается решать по одному варианту на двоих – троих студентов. Выбор варианта согласовывается с преподавателем.

Указания:

При расчетах учесть следующие условия:

1. Состав обвязки буровой установки принять следующий: стояк диаметром 141 мм, буровой рукав диаметром. 90 мм, вертлюг с внутренним диаметром ствола 75 мм, ведущая труба длиной 14 м и диаметром 168 мм, горизонтальный участок манифольда длиной 60 м из труб диаметром 168 мм с толщиной стенки 12мм.

2. В качестве промывочной жидкости используется глинистый раствор со следующими параметрами: плотность , структурная (пластическая) вязкость , динамическое напряжение сдвига .

3. Условия бурения без осложнений, трехшарошечными долотами в породах средней твердости и средней абразивности. Тип долота, длину и диаметр УБТ выбрать для заданных условий самостоятельно из справочной литературы.

4. Вводят:

– безразмерный коэффициент гидравлических сопротивлений расчетных участков трубопровода, для практических расчетов можно принять для бурильных труб (турбулентный режим течения потока внутри труб) для ламинарного режима течения жидкости в кольцевом пространстве , – плотность промывочного раствора кг/м³, – длина участка бурильной колонны, м; – скорость течения раствора на данном участке м/с, – внутренний диаметр бурильной колонны на расчетном участке, м, – расстояние между замками принимаем 12м; – эквивалентная длина замка. – суммарная эквивалентная длина элементов обвязки, для данной задачи может быть принята равной 196 м. – суммарное сечение промывочных отверстий долота, см² ориентировочно можно принять , где – площадь забоя скважины.

Для решения используем программу MathCAD по следующему алгоритму:

1. Вводятся исходные данные с присвоением значений заданным параметрам и указанием единиц измерений по каждому интервалу глубин бурения. Данные по интервалам бурения сводятся в матрицу с нарастанием глубины, в матрицы сводятся также данные по диаметрам долот и диаметрам бурильных труб.

2. Определяется необходимый расход промывочной жидкости для каждого интервала, исходя из рекомендуемых значений скорости потока жидкости в затрубном пространстве, диаметров долот и бурильной колонны [2]. Для каждого интервала в матрице задается скорость потока с ее увеличением по мере возрастания глубины. Расчет расхода бурового раствора ведется по формуле

(1.4.1)

3. Определяется внутренние диаметры применяемых бурильных труб в интервалах бурения, которые сводятся в матрицу .

4. Для каждого интервала находят давление на выходе насосов, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений в циркуляционной системе, как сумму потерь давления в бурильных трубах, УБТ, в замковых соединениях, кольцевом затрубном пространстве, долоте и в обвязке с использованием формулы Дарси-Вейсбаха:

в бурильных трубах

(1.4.2)

в кольцевом пространстве

(1.4.3)

В УБТ потери давления определяется после нахождения ее эквивалентной длины по формуле

(1.4.4)

Тогда потери давления в УБТ

(1.4.5)

в бурильных замках потери давления определяют после нахождения эквивалентной длины замкового соединения по формуле

(1.4.6)

где – эквивалентная длина замка, выраженная в долях диаметра бурильных труб, для труб диаметром 140, 127 и 114 мм значения соответственно равны 28,8; 32,2; 34,2, которые включаем в матрицу, умножаемую на матрицу . Потери давления в замках:

(1.4.7)

в обвязке насосов, приняв эквивалентную длину, равной [8, c. 132]:

(1.4.8)

в долоте

(1.4.9)

где суммарная площадь промывочных отверстий вычисляется в матрице, как зависимость площади забоя скважины:

(1.4.10)

5. Суммарные потери давления циркуляционной системы

(1.4.11)

6. Определяется полезная суммарная мощность насосов

(1.4.12)

7. Строится график зависимости параметров буровых насосов от глубины скважин.

1.2. Задачи по расчетам деталей основных механизмов на прочность и выносливость.

В данном подразделе намечены к выполнению задачи по исследованию и расчетам ствола бурового вертлюга, трубных плашек плашечного превентора, устьевой крестовины, пневмоаккумулятора, корпуса превентора и гидроцилиндра Блок- схема оптимизации конструкции в данном случае реализуется по критерию допускаемых запасов прочности и выносливости с использованием метода МКЭ по программам SolidWorks+Simulation и Inventor PRO.

По вертлюгу дано 7 вариантов конструкций, отличающихся по грузоподъемности. Исследование и расчеты проводятся коллективно: по каждому варианту 3-4 человека.

По каждой детали противовыбросового оборудования даны задания в двух вариантах, то есть в задачах предложены по 10 вариантов, по которым должны распределиться студенты.

Задача № 1.2.5 Расчет прочности ствола бурового вертлюга по методу МКЭ

Выполнить исследование прочности ствола бурового вертлюга по методу МКЭ, пользуясь программой SolidWorks+Simulation или Inventor PRO. Варианты задачи и исходные расчетные данные заданы по типорзмерам буровых вертлюгов и приведены в таблице 5. Обозначения параметров приняты следующие:

– Грузоподъемность, тс.

– Динамическая грузоподъемность, тс.

– Наибольшее рабочее давление, МПа.

– Диаметр проходного отверстия, мм ( для всех моделей).

З-152Л – Резьба переводника для соединения с ведущей трубой (левая)

для всех моделей

RL – Присоединительная резьба ствола (левая),

– Высота вертлюга(без переводника), мм.

– Ширина вертлюга по пальцам штропа, мм.

– Масса вертлюга, кг.

Материал ствола вертлюга принять сталь 34ХН3М, Предел текучести, , Предел прочности (временное сопротивление растяжению), .

Выполнить чертеж ствола по своему варианту, ориентируясь на рисунок вертлюга, выполненного по единой конструктивной схеме (рисунок 3), используя выбранный программный пакет.

Таблица 5 – Исходные данные к задаче 1.2.5

Пара- метры	Модели
Пара- метры	УВ-160МА	УВ-175МА	УВ-250МА	УВ-270МА	УВ- 320МА	УВ-450МА	УВ-500МА
, тс	160	175	250	270	320	450	500
, тс	100	66	145	145	200	260	300
, МПа	35	35	25	25	32	40	40
RL	З-152Л				З-171Л
, мм	2228	2228	2411	2411	2627	2990	3230
, мм	950	950	1090	1090	1212	1375	1380
, кг	1620	1590	2200	2200	2980	4100	5670

Рисунок 3 – Вертлюг [Паспорт на Вертлюг УВ-320МА]

1- переводник; 2 – ствол; 3 – корпус; 4 – крышка; 5 – штроп; 6 – отвод; 7 – гайка верхняя; 8 – уплотнение манжетное; 9, 14- подшипники роликовые центрирующие;10 - 11- подшипник упорный; 12 – валик; 13 – подшипник основной;
15 – крышка нижняя.

Методические указания по решению задачи приведены в Приложении В (.

Задача № 1.2.6 Расчет трубных плашек плашечного превентора

Рисунок 4 – Расчетная модель

Таблица 6 – Исходные данные к задаче 1.2.6

Наименование	Вариант
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Типоразмер	230х35		180х35		350х70		230х70		180х70
Уплотняемая труба	127	102	73	89	127	127	127	102	73	89
Высота плашки, мм	120	120	65	65	92	92	85	85	65	70
Углубление под осевое уплотнение, мм	15	15	10	10	15	15	15	10	20	15
Углубление под торцевое уплотнение, мм (размер «А»)	45	25	25	15	35	20	35	20	25	10
Высота углубления торцевого уплотнения	45	45	35	20	45	55	35	35	25	40
* выступ уплотнения за уплотняемую поверхность – 5 мм Материал с пределом текучести 500 Мпа * Ширина уплотнения 15 мм

Рисунок 5 – Плашка трубная. Основные размеры

Рекомендации и последовательность операций: 1) для начала создайте модели плашки и трубы, затем проведите сборку полученного узла. 2) В нижней части плашки «продавите» углубление соответствующее проходному каналу величиной 0,1 мм (или можете воспользоваться инструментом разделения поверхностей). Это позволит разместить различные нагрузки: зафиксированная геометрия и скважинное давление. 3) Поскольку уплотнения не несут прочностной нагрузки добавлять в расчет уплотнения не требуется. 4) растягивающее усилие, имитирующее подвешенную колонну бурильных труб, величину взять из ГОСТ 13862-90, а имитатор трубы при расчете сделать «жестким». 5) при повторном расчете с измененными параметрами сетки конечных элементов по характеру изменения и расположению напряжений определить работоспособность конструкции.

Задача № 1.2.7 Расчет устьевой крестовины

Рисунок 6 – Расчетная модель (1\4 часть)

Таблица 7 – Исходные данные к задаче 1.2.7

Наименование	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Типоразмер	230/80х35		350/80х35		230/80х70		425/80х21		180/80х35
Толщина стенки отвода, мм	15	15	10	15	10	20	25	10	10	15
Толщина стенки проходной части, мм	35	45	45	55	25	35	40	20	40	35
Высота, мм	600		700		600		545		680
Ширина по отводам, мм	700		900		750		1100		700
* Материал с пределом текучести 450 МПа

Рисунок 7 – Устьевая крестовина. Основные размеры (для варианта 1)

Рекомендации и последовательность операций: 1) присоединительные размеры взять из ГОСТ 28919-91. 2) при повторном расчете с измененными параметрами сетки конечных элементов по характеру изменения и расположению напряжений определить работоспособность конструкции. 3) Повторный расчет провести по модели, составляющей 1/8 часть крестовины.

Задача № 1.2.8 Расчет пневмоаккумулятора

Рисунок 8 – Расчетная модель (1\4 часть

Таблица 8 – Исходные данные к задаче 1.2.8

Наименование	Вариант
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Тип	Сферический
Рабочее давление, МПа	10	14	25	32	10	14	25	32	10	14
Толщина стенки, мм	12	12	24	35	10	15	30	20	15	25
Наружный диаметр корпуса, мм	800	800	1200	1200	900	900	850	850	1300	1300
Диаметр отверстий под крепление крышки, мм	8	10	12	22	8	10	12	22	8	10
Количество отверстий	20	15	20	25	20	15	20	25	20	15
Диаметр отверстия под штуцер, мм	15	20	25	20	15	20	25	20	15	20
Длина штуцера, мм	40	20	15	20	25	40	15	25	20	15
* Материал с пределом текучести 450 МПа. Высота сферической части составляет 4/5 наружного диаметра корпуса * Высота тарели фланца составляет 12 мм для всех вариантов

Рисунок 9 – Пневмоаккумулятор. Основные размеры

Рекомендации и последовательность операций: 1) расчет ведется по 1/4 корпуса. 2) следует контролировать полученные результаты: картина напряженно-деформированного состояния должна обладать равномерностью. 3) проверочный расчет провести по полусфере с исключением отвода под штуцер.

Задача № 1.2.9 Расчет корпуса плашечного превентора

Рисунок 10 – Расчетная модель (1/8 часть)

Таблица 9 – Исходные данные к задаче 1.2.9

Наименование	Вариант
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Типоразмер	350/80х35		230/80х35		350/80х70		230/80х70		425/80х21
Высота плашки, мм	120	120	100	110	125	130	120	110	115	145
Длина корпуса, мм	600	600	450	400	720	650	550	650	780	700
Толщина стенки, мм	110	75	80	65	120	95	90	85	45	70
Ширина уплотнения, мм	15	15	10	10	15	15	10	10	15	15
* Материал с пределом текучести 650 Мпа ** Ширина плашки определяется: проходной канал + две ширины уплотнения + 10 мм

Рисунок 11 – Корпус. Основные размеры

Рекомендации и последовательность операций: 1) В наборе креплений использовать свойства симметрии и упругое основание (жесткость рассчитать исходя из массы модели); 2) при повторном расчете с измененными параметрами сетки конечных элементов по характеру изменения и расположению напряжений определить работоспособность конструкции.

Задача № 1.2.10. Расчет корпуса гидроцилиндра

Рисунок 12 – Расчетная модель (1/2 часть)

Таблица 10 – Исходные данные к задаче 1.2.10

Наименование	Вариант
Наименование	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Длина корпуса	400		300		350		450		250
Толщина поршня, мм	50	55	30	35	40	45	55	50	45	40
Толщина стенки, мм	6	12	8	6	10	9	6	10	8	9
Диаметр поршня, мм	80	80	50	65	70	75	80	80	50	65
Рабочее давление, МПа	21	32	14	32	21	8	32	14	32	21