Utilaj Petrolier de Schela

Calculul si Constructia Utilajului Petrolier de Schela CUPRINS CUPRINS 1 INTRODUCERE 3 1. ALEGEREA TIPULUI DE INSTALATIE DE FORAJ 1.1. Programul de construcţie aj sondei 5 1.2. Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutăţii fiecarei coloane...7 1.3. Alegerea sapei pentre forajul putului de adancime 11 1.4. Alegerea tipodimensiunilor de prăjinilor grele si calculul lungimii ansamblului de adancime....................................................................................................... 12 1.5 Verificarea la flambaj a ansamblului de prăjini grele şi determinarea componenţei ansamblului de adâncime.......................................................16 1.6. Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garniturii de foraj 17 1.7. Alegerea prăjinii de antrenare.................................................................20 1.8. Alegerea instalaţiei de foraj 21 1.9. Concluzii . 23 2. ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE IF ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR 2.1. Alegerea capului hidraulic 24 2.2. Alegerea ansamblului macara-cârlig 26 2.3. Alegerea geamblacului de foraj..............................................................28 2.4. Alegerea elevatorului cu pene.................................................................31 2.5. Alegerea elevatorului pentru prăjinile de foraj 34 2.6. Alegerea chiolbaşilor 36 2.7. Alegerea cablului de manevra 37 2.8. Alegerea troliului de foraj.......................................................................40 2.9. Concluzii..................................................................................................41 3. PARAMETRII SI CARACTERISTICILE MOTOARELOR/GRUPURILOR DE ACŢIONARE SI CALCULUL PUTERII INSTALATE 3.1. Parametrii si caracteristicile motoarelor/grupurilor de acţionare 46 3.2. Alegerea modului de acţionare 47 3.3. Puterea consumatorilor auxiliari de forţa 50 3.4. Calculul puterii instalate .52 3.5. Concluzii .52 4 PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ 4.1. Lanţul cinematic de însumare a puterii motoarelor/grupurilor de acţionare (LCIPGA)si calculul coeficienţilor de însumare si de transmitere a puterii medii a unui motor/grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic 53 4.2. Parametrii transmisiilor mecanice intermediare ale LCIPGA si verificarea criteriului de limitare a fenomenului de oboseala al ansamblului bucsa rola .................................................................................................................54 4.3. Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevra si determinarea numărului de trepte de viteza .56 4.4. Tipurile de transmisii mecanice de intrare in in troliul de foraj (TF) si parametrii acestora ..61 4.5. Tipurile de transmisii mecanice utilizate in cadrul lantului cinematic la TF si parametrii lor ..58 4.6. Verificarea criteriului de limitare a fenomenului de oboseala al ansamblului bucsa-rola de la transmisiile cu lant ale TF ..58 5.CONCLUZII................................................................................................74 6.BIBLIOGRAFIE...........................................................................................75 INTRODUCERE Un proiect înseamnă o lucrare tehnica întocmita pe baza unei teme date, care cuprinde calculele tehnico-economice, desenele, instrucţiuni de montaj si întreţinere etc., necesare executării unei instalaţii, construcţii, maşini, unui utilaj, dispozitiv, unei scule etc. Lucrarea tehnica este un studiu scris asupra unui subiect cu caracter tehnic, o scriere, o opera ştiinţifica. Lucrarea ca studiu scris este acţiunea de a lucra / de a studia si rezultatul ei, adică o munca intelectuala susţinuta depusa in vederea însuşirii de cunoştinţe ştiinţifice temeinice intr-un anumit domeniu de specialitate. In ceea ce priveşte metoda de lucru vom utiliza o metoda cu profund caracter fenomenologic, având în vedere adevărul exprimat de academicianul Dumitru Dumitrescu (un mare hidrotehnician roman), si anume: „Un calcul concret este complet numai când pătrunde in esenţa invizibilă a fenomenului”. [3] Dezvoltare utilajului petrolier este legata de dezvoltarea metodelor de foraj, extracţie, transport si prelucrare a petrolului. Instalaţiile de foraj, in funcţie de metodele de foraj folosite, au avut următoarea evoluţie: a) foraj percutant (cu cablu sau cu prăjini); b) foraj percutant hidraulic; c) foraj rotativ hidraulic; d) forajul cu turbina si motor elicoidal. Tendinţele care se manifesta in evoluţia instalaţiilor de foraj sunt: · creşterea puterii instalate si a capacităţii instalaţiilor de foraj construite; · creşterea valorilor parametrilor cinematici si dinamici (viteze, sarcini, presiuni, debite); · modularea si interschimbabilitatea elementelor componente; · folosirea transmisiilor hidraulice si pneumatice; · acţionarea instalaţiei diesel-hidraulic, diesel electric in curent continuu, sau cu turbine cu gaze; · automatizarea si mecanizarea. Instalaţiile de extracţie diferă si ele in funcţie de metoda de extracţie utilizata: a) erupţie captata (naturala); b) erupţie artificiala; c) pompare; d) exploatare secundara: • injecţie de apa sau de gaze, care se poate face extracontural sau intracontural; • stimulare aflux de petrol prin fisurare hidraulica sau injecţie de abur; • combustie subterana. [1] Forajul si construcţia sondelor, exploatarea zăcămintelor de tatei si gaze si transportul produselor sunt bazate pe utilizarea unui volum foarte mare de material tubular, diversificat ca forma si dimensiuni, cu performante la limita superioara a posibilităţilor tehnice actuale. Realizările privind adâncimile de foraj (peste 8000 m la sondele de gaze si peste 10000 m la sondele pentru tatei), debitele si presiunile fluidelor transportate (diametrul conductelor de pana la 1420 mm si presiuni de pana la 120 bar) si perspectiva desfăşurării forajelor până la adâncimi de 15000 m sunt determinate de progresele realizate in domeniul formelor constructive, materialelor, tehnologiilor de fabricaţie şi control, precum şi a bazei de calcul de rezistenta şi stabilitate pentru garnitura de foraj, burlanele pentru tubaj, ţevile de extracţie şi conducte. In domeniul garniturii de foraj, in cadrul actualelor forme constructive, se remarca introducerea unor materiale si tratamente termica care sa conducă la obţinerea gradelor de rezistenta superioare. De asemenea, se extinde utilizarea prăjinilor de foraj din aliaje de aluminiu, realizate ca prototip si in tara noastră. O modificare relativ recenta in structura materialului tubular o reprezintă acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a ţevilor de extracţie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica si sudare electrica prin presiune pe generatoare. Aceasta tehnologie de fabricaţie oferă avantajul adaptării cu uşurinţa la fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete superioare celei laminate. Procedeul implica, totodată, utilizarea unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie moderna de sudare si control nedistructiv. Creşterea adâncimii de foraj ridica problema ca, pe lângă asigurarea unor caracteristici mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular, sa fie garantata si siguranţa la exploatarea in medii corosive si in medii acide cu hidrogen sulfurat. Aceste cerinţe contradictorii se rezolva printr-un complex de masuri privind creşterea purităţii otelului si aplicarea unor tratamente termice riguros conduse, care sa asigure încadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restrâns de valori. In cadrul sondelor corosive, se remarca tendinţa de extindere a utilizării materialului tubular executat din otel inoxidabil si din superaliaje pe baza de nichel sau cobalt. Deşi costul acestora este foarte ridicat, ele sunt superioare din punct de vedere tehnico-economic soluţiilor actuale prin faptul ca rezistenta ridicata permite utilizarea ţevilor de extracţie cu pereţi subţiri - dublând practic producţia sondei si făcând inutile injectarea inhibitorilor de coroziune si intervenţiile in exploatare. Evitarea accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct atât de tehnica de control cat si de proporţia acesteia. De aceea, pe plan mondial se manifesta, pe de o parte, tendinţa de creştere a volumului si complexităţii operaţiilor de control uzinal si, pe de alta parte, efectuarea controlului in condiţii de şantier de către firme specializate. Se utilizează unităţi complexe de control nedistructiv, care asociază metode de control magnetic, cu ultrasunete si cu radiaţii, care asigura depistarea defectelor, a orientării si dimensiunilor acestora, măsurarea grosimii de perete si sortarea materialului tubular in funcţie de marca otelului. In paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de fabricaţie, care sa sigure performante maxime materialului tubular, valorificarea deplina a caracteristicilor acestuia a impus modernizarea bazei calculului de rezistenta si stabilitate si dezvoltarea a noi tipuri constructive, in principal privind îmbinările filetate. Se remarca in aceste sens aplicarea metodei elementului finit la calculul îmbinărilor filetate, determinare presiunii exterioare critice de pierdere a stabilităţii burlanelor pentru tubaj la solicitări compuse ţinând seama de erorile de forma, de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii, calculul durabilităţii garniturii de foraj pe baza metodelor mecanicii ruperii materialelor, precum si dezvoltarea unei game largi de forme constructive pentru îmbinările filetate ale burlanelor pentru tubaj si ţevilor de extracţie, cu rezistenta la smulgere si etanşeitate sporite. Obiectivul utilizării la parametri maximi a materialului tubular se realizează prin luarea in consideraţie a ansamblului problemelor privind proiectarea, construcţia si exploatarea acestuia. [8] CAPITOLUL 1 ALEGEREA TIPULUI DE INSTALATIE DE FORAJ 1.1. Programul ele construcţie al sondei Modul de întocmire a programelor de tubaj diferă, in foarte mare măsura, in funcţie de tipul sondelor si de caracteristicile geologice ale regiunii in care urmează sa fie săpată sonda respectiva. Pentru sondele de exploatare din regiunile bine cunoscute, in care programe similare de tubaj au mai fost efectuate, problema se rezuma mai mult la o raţionalizare a procedeelor de lucru utilizate, in scopul scăderii preţului de cost al sondei si, totodată, a îmbunătăţirii condiţiilor de săpare si exploatare. Una din cele mai dificile probleme in stabilirea programului de tubaj, o constituie estimarea adâncimii formaţiunilor ce trebuie traversate, si mai ales presiunilor acestor formaţiuni. Stabilirea programului de tubaj al unei sonde, in special la sondele de explorare din regiuni cu caracteristici insuficient de bine cunoscute, sau numai estimate, consta in a determina numărul, dimensiunea si adâncimea de fixare a coloanelor necesare, rezultate, din luarea in considerare a tuturor caracteristicilor geologice s-i petrografice ale formaţiunilor ce urmează a fi traversate. In acest scop se stabileşte, mai întâi, adâncimea si diametrul coloanei de explorare (sau a „coloanei pierdute"), care condiţionează diametrul coloanelor precedente si care sunt determinate de următorii factori principali: · echipamentul de fund necesar aplicării metodei de extracţie artificiala a sondei; · producerea simultana din mai multe orizonturi, metoda care necesita mai multe garnituri de tubing, izolate intre ele prin pachere; · metoda de producţie ce va fi folosita (coloana perforata, utilizări de filtre etc); · alternativa săpării in continuare a sondei, la o data ulterioara. Diametrul coloanei va avea valoarea minim necesara ce rezulta din condiţiile enumerate mai sus. Se va tine seama de spaţiul din interiorul coloanei, necesar fixării diverselor tipuri de echipament de producţie, inclusiv de spaţiul pentru efectuarea in condiţii acceptabile a lucrărilor de instrumentaţie pentru recuperarea eventualelor piese care rămân la put. In eventualitatea continuării forajului la o data mai târzie, trebuie acordata intervalului următor aceeaşi luare in considerare a condiţiilor de punere in producţie, ca pentru intervalul prezent. In cazul ca nu exista intenţia de continuare a forajului, condiţiile de punere in producţie a formaţiunii următoare mai adânci, sunt in realitate acelea care reprezintă factorul principal de care trebuie sa se tina seama. Trebuie avut, de asemenea, in vedere ca pentru adâncirea in continuare a sondei, sapa de dimensiune adecvata trebuie sa treacă prin actuala coloana de producţie (exploatare) si ca dimensiunea se limitează la dimensiunea echipamentului de producţie pentru orizontul următor. Făcând abstracţie de eventuala continuare a forajului la orizonturi mai adânci, diametrul coloanei de exploatare se alege, pentru cazurile uzuale de producere a sondei, de dimensiunile 4 1/2"... 5 1/2", si numai in cazuri rare (pentru sonde cu productivitatea presupusa a fi foarte mare, sau pentru sondele cu probleme dificile in perioada de exploatare), de dimensiunea 65/8" sau eventual mai mari. In ceea ce priveşte sondele de prospecţiune săpate cu „diametru redus", coloana de exploatare se alege, de obicei, de dimensiunea sub 41/2". Nu trebuie sa se piarda din vedere faptul ca diametrul coloanei de exploatare determina si diametrul celorlalte coloane si ca acesta are o importanta deosebita asupra costului total a tubarii sondei. In tabelul urmator se da un exemplu de program de tubaj, aratandu-se si diametrele sapelor folosite . Diametrul coloanei precedente este determinat de mărimea admisibila a spaţiului inelar. Pentru stabilirea raţionala a adâncimii de fixare a acestor coloane, este necesara o estimare cat mai apropiata de realitate a caracteristicilor formaţiunilor ce urmează a fi traversate. In acest scop este important a se cunoaşte: · adâncimea formaţiunilor cu presiuni anormal de mari; · zonele cu pierderi de circulaţie; · zonele cu marne hidratabile si instabile; · formaţiunile foarte dure si durata mare a forajului, cum si formaţiunile cu inclinare mare a stratificării, apropiata de verticala; · formaţiunile cu temperaturi foarte mari. Cunoaşterea cu cat mai multa exactitate a acestor factori, facilitează formularea programului de tubaj al sondei, acesta constituind etapa cea mai importanta a planificării lucrărilor sondei respective. Programul de tubaj cel mai simplu prevede tubarea a doua coloane, coloana de suprafaţa si coloana de exploatare, si este utilizat la sondele de exploatare si la cele fără probleme dificile de foraj, fiind cunoscut si sub numele de program cu coloana unica. Termenul este utilizat, in special, in cazurile când se trece, pentru simplificarea tubajului, la înlocuirea printr-o singura coloana de exploatare, atât a „coloanei pierdute", cat si a coloanei precedente care îndeplineşte simultan rolul dublu de coloana intermediara si de coloana de exploatare. In cazul ca înlocuirea este încununata de succes, măsura este recomandabila, ducând la realizarea unei economii importante de material tubular, la mărirea vitezei de foraj si la evitarea de avarii. In alte cazuri, insa, din cunoaşterea insuficient de precisa a comportării formaţiunilor, metoda poate da naştere la dificultăţi importante legate de eventuala pierdere a unei sonde, pierdere dificil de recuperat prin săparea de noi sonde cu acelaşi program simplificat. Operaţia de tubare si cimentare a unei coloane de burlane la adâncimea proiectata poate fi efectuata in condiţii bune daca intre burlanele componente si teren exista un spaţiu inelar de o anumita mărime. Mărimea necesara acestui spaţiu inelar depinde de o serie de factori, intre care, se pot enumera, ca fiind cei mai importanţi, următorii: lungimea porţiunii netubate (deschise) de formaţiune traversata cu sapa; dimensiunea si tipul burlanelor care alcătuiesc coloana; rectilinitatea si verticalitatea găurii sondei;natura formaţiunilor traversate; caracteristicile fluidului de foraj; starea generală a găurii de sonda etc. Din datele iniţiale cunoaştem următoarele: · adâncimea finală a sondei, HM = 2600m; · programul de tubare a sondei: · adâncimea de tubare relativă pentru coloana de ordinul j: yTj 0.12;0.4;0.75;1in; (1.1) · diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei, deci şi a burlanelor din componenţa ei, DCBj 185/8;133/8;85/85 in. (1.2) yTj = (1.3) în care: HTj este adâncimea de tubare a coloanei de ordinul j; HM – adâncimea maximă (finală) a sondei. HTj =yTj · HM (1.4) HT1 = HCA = 0,12 · 2600 = 312 m; (1.5) HT2 = HCI (I) = 0,4 · 2600 = 1040 m; (1.6) HT2 = HCI (II) = 0,75· 2600 = 1950 m; (1.7) HT3 = HCE = 1 · 2600 = 2600 m (1.8) în care: HCA este adâncimea de tubare a coloanei de ancorare; HCI(I) - adâncimea de tubare a coloanei intermediare I; HCI(II) - adâncimea de tubare a coloanei intermediare II; HCE - adâncimea de tubare a coloanei de exploatare. În continuare se va prezenta programul de tubare pentru sonda de 2600 m, din datele de proiectare. j CBJ = CTJ HCBJ =HT CB.J m LS m YT,j DCBJ in (mm) Tip burlane şi îF DMCB,j mm CBJ mm Sapã cu trei conuri DimCB.j-1 mm imCB,j-1 mm DSP,j in (mm) Tipul sapei îFU-C 1 CA 312 312 0.12 185/8 473 API S 498.5 - - - - - - 2 CI(I) 1040 728 0.4 133/8 339.7 API B 365.1 - - - - - - 3 CI(II) 1950 910 0.75 85/8 219.1 API L 244.5 - - - - - - 4 CE 2600 650 1 5 127 API L 141.3 8.75 63/4 171.5 MA 63/4 DGJ 31/2 REG 198.78 13.74 1.2 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane şi a greutăţii fiecărei coloane În acest capitol se calculează şi se determină profilul coloanelor de burlane intermediare (CI) şi a coloanelor de exploatare (CE). Determinarea profilului fiecărei coloane de burlane se face pe baza diagramelor de tubare. F Fig. 1.2 Profilul longitudinal al coloanelor de burlane a) Determinarea profilului coloanelor de burlane intermediare CI(II) Conform diagramei de tubaj (fig. 1.2) pentru coloana de burlane intermediare CI(II) cu diametrul nominal DCI(II) =85/8”= 219.1 mm, (1.2.1) HT2=1950 m (1.2.2) LT2=HT2 (1.2.3) ρf=1.5 t/m3 (1.2.4) rezultă următoarele date: Tabelul 1.2 Caracteristicile CI(II) de 85/8 in, tip ÎF = API L , HT3=1950, nt3=3: i 1 2 3 Li-1, m 0 1180 1700 Li, m 1180 1700 1950 lBi, m 1180 520 250 sBi, mm 8.94 10.16 10.16 CBi J55 J55 N80 m1.Bi, kg/m 47.66 53.62 53.62 qBi, N/m 467.54 526.012 526.012 GBi, kN 551.65 273.53 131.503 GCB,3, kN 956.683 li = Li – Li-1 (1.2.5) qBi = m1Bi · g (1.2.6) GB.i = qBi · lBi (1.2.7) în care: Li este adâncimea de tubare a tronsonului burlanului de ordinul i; Li-1 - adâncimea de tubare a tronsonului burlanului de ordinul i-1; li - lungimea tronsonului i; OBi – clasa de rezistenţă a oţelului din care se confecţionează burlanele de ordinul i; sBi – grosimea de perete a burlanelor din tronsonul i; m1Bi – masa unitară a burlanelor din tronsonul i; ( din STAS 875-86 , tab.3 ) qBi – greutatea unitară a burlanelor din tronsonul i; Gi – greutatea tronsonului i. Se calculează greutatea coloanei de burlane intermediare, GCI(II) , cu următoarea relaţie: GCI = în care nt este numărul de tronsoane b) Determinarea profilului coloanelor de burlane de exploatare (CE) Conform diagramei de tubaj (fig. 1.4) pentru coloana de burlane de exploatare (CE) cu diametrul nominal DCE =5” = 127 mm, (1.2.8) HT4=2600 m (1.2.9) pf1=1.5 t/m3 rezultă următoarele date: (1.2.10) Tabelul 1.3 Caracteristicile CE de 5 in, tip ÎF = API L , HT4=2600, nt4=3: i 1 2 3 Li-1, m 0 1400 1950 Li, m 1400 1950 2600 lBi, m 1400 550 650 sBi, mm 6.43 7.52 7.52 CBi J55 J55 N80 m1.Bi, kg/m 19.36 22.34 22.34 qBi, N/m 189.92 219.155 219.155 GBi, kN 265.888 120.535 142.450 GCB,3, kN 528.873 1.3 Alegerea sapei pentru forajul puţului de exploatare Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor, utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde. Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează pentru forarea unei sonde, precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in componenta acestor instalaţii. Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt: · Sistemul de manevra - SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coborârea sarcinilor; · Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj; · Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului. In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport. Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru, instalaţia de foraj mai cuprinde: sistemul de comenzi; instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj; dispozitive de mecanizare si automatizare; ansamblul de scule; materialul tubular. Garnitura de foraj reprezintă ansamblul elementelor prin intermediul cărora se transmite, de la suprafaţa la sapa, energia necesara forării găurii de sonda. Principalele funcţiuni ale garniturii de foraj sunt: transmiterea la sapa a mişcării de rotaţie (la forajul rotativ cu masa), exercitarea apăsării pe sapa, introducerea sau extragerea sapei si a altor instrumente sau scule din sonda si asigurarea circulaţiei fluidului de foraj. Problema principala privind construcţia si exploatarea garniturii de foraj pentru forajul de adâncime o reprezintă garantarea siguranţei in exploatare, care se realizează pe baza unui complex de masuri constructive, tehnologice si de exploatare. Structura garniturii de foraj depinde de adâncimea sondei, de tehnologia forajului, de condiţiile geologice etc. Principalele elemente componente ale garniturii de foraj sunt: prăjinile grele, stabilizatorii, reducţiile de legătura, prăjinile de foraj cu racordurile speciale si prăjina de antrenare. In scopul asigurării interschimbabilităţii si al exploatării lor raţionale, elementele garniturii de foraj, se executa in conformitate cu normele Institutului American al Petrolului (API), ale Organizaţiei Internaţionale de Standardizare (ISO), si cu standardele naţionale care corespund practic cu normele internaţionale. Standardele reglementează tipurile constructive, dimensiunile, condiţiile tehnice si unele caracteristici mecanice, conţinând si prescripţii privind materialele, tratamentele termice si condiţiile de recepţie. Normele tehnice de întreprindere si caietele de sarcini introduc prescripţii suplimentare privind condiţiile de fabricaţie, recepţie si exploatare. [8] In figura 1.3.1 se prezintă principalele părţi componente ale unei garnituri de foraj clasica/convenţională în cazul forajului cu masa rotativă. Fig. 1.3.1 Garnitura de foraj (Gar. F.) clasica / convenţională in cazul forajului cu MR: An. Ad. - ansamblu de adâncime; s - sapa; RL - reducţie de legătura; Cor. St. Ro - corector - stabilizator cu role; ASV - amortizor de şocuri si vibraţii; PG — prăjina grea; Dpg — diametrul nominal (exterior) al PG; St — stabilizator; G -geala; LAn.Ad. - lungimea An.Ad.; An.S - ansamblul superior; PFI - prăjina de foraj intermediara; PF - prăjina de foraj; Dpf - diametrul nominal (exterior) al PF; L An.s — lungimea An.S.; Lgf — lungimea Gar.F; PA — prăjina de antrenare; Pm – pătraţii mici; An.Ro — antrenor cu role; PM — pătraţi mari; MR — masa rotativa; RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA; VS/CS - ventil de siguranţa / cana de siguranţa; CH - cap hidraulic; c - cârlig; MC - ansamblul macara - cârlig. Operaţia de tubare si cimentare a unei coloane de burlane la adâncimea proiectata poate fi executata in condiţii bune daca intre burlanele componente si teren exista un spaţiu inelar de o anumita mărime. Mărimea necesara a acestui spaţiu inelar depinde de o serie de factori, intre care, se pot enumera, ca fiind cei mai importanţi, următorii: lungimea porţiunii netubate (deschise) de formaţiune traversata cu sapa; dimensiunea si tipul burlanelor care alcătuiesc coloana; rectilinitatea si verticalitatea găurii sondei; natura formaţiunilor traversate; caracteristicile fluidului de foraj; starea generala a găurii de sonda etc. Fig. 1.3.2 „Spaţiul inelar" δCBj si jocul minim dintre sapa si peretele interior al burlanului eu diametrul interior minim δimCBj ; M.CB.j-mufa(M)CB.j. Din tabelul 1.3.1 se alege spaţiul inelar, δCE, in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare, DCE. Tabelul 1.3.1 Nr. Crt D≡DCB mm (in) δCB mm δCB,r mm RCB Condiţii de foraj (C.F.) Normale (N) Complicate (C) RCB,r CSI,CB,r RCB,r CSI,CB,r 1. 114,3(41/2)÷127(5) 13,7÷15,2 10÷15 0,075 0,0098 0,050 0,065 0,110 0,150 0,060 0,090 0,137 0,220 2. 139,7(51/2)÷158,3(61/4) 16,8÷19,1 15÷20 3. 168,3(65/8)÷193,7(75/8) 20,2÷23,2 20÷25 4. 219,1(85/8)÷244,5(95/8) 26,3÷29,3 25÷30 5. 273,1(103/4)÷289,4(113/4) 32,8÷35,8 30÷35 0,060 0,090 0,137 0,220 0,080 0,100 0,190 0,250 6. 323,8(123/4)÷339,7(133/8) 38,9÷40,8 35÷40 7. 406,4(16)÷508,0(20) 48,8÷61,0 45÷50 DCE = 5 in = 127 mm δCE = 15 mm Sapele pentru forajul sondelor de adâncime destinate explorării sau exploatării zăcămintelor de ţiţei si gaze se împart, după modul de lucru al elementului activ asupra rocii, in doua mari categorii: > SAPE CU TĂIŞ FIX in care se includ tipurile de sape cunoscute sub denumirile uzuale de o sape „coada de peste" groase; o sape „coada de peste" subţiri; o sape cu trei lame; o sape monolit; o sape cu diamante; > SAPE CU CONURI care au cea mai larga utilizare si in categoria cărora tipul principal este reprezentat de sapele cu trei conuri (fig. 1.7) Fig. 1.7 Construcţia sapei cu trei role/conuri, cu spãlare exterioarã (cu jet) „J” 1-falcă; 2-con/rolã; 3-dantură; 4-contracon; 5- lagăre; 6-duză Calculul şi Construcţia Utilajului Petrolier de Schelă ---------------------------- Proiect Pagina 52 Din tabelul 1.4 [3], se alege diametrul mufei coloanei de exploatare, DM.CE corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare, DCE . DCE=127 mm DMCE =141.3 mm Se calculează diametrul sapei, Ds, cu următoarea relaţie: (1.3.1) CE=0.12ּDCE=0.12ּ127= 15.24 15 mm (1.3.2) DSPE=DM.CE+2CEr=141.3+2ּ15=171.5mm (1.3.3) Di.m.CI(II)=DCI(II)-2ּsB.M= 219.1 - 2ּ10.16 = 198.78 mm (1.3.4) (1.3.5) (1.3.6) Se alege o sapă cu trei conuri MA 63/4 DGJ în care: DSPE este diametrul sapei puţului de exploatare; δCE – spaţiul inelar pentru coloana de exploatare; DMCE – diametrul mufei coloanei de exploatare; δi.m.CI(II) – jocul interior minim al coloanei intermediare CI(II) MA – rezistenţa la foraj şi abrazivitate (mediu - abraziv); D – tipul danturii (oţel, având contracon întãrit si prin ştifturi din carburi metalice sinterizate) G – tipul lagărelor (etanşe, cu alunecare); J – tipul spălării (spălare exterioară cu lichid, cu jet). 1.4 Alegerea tipodimensiunii de prăjini grele şi calculul lungimii ansamblului de adâncime Prăjinile grele pentru foraj sunt ţevi cu pereţii groşi destinate exercitării apăsării pe sapa. Ele se diferenţiază din punct de vedere al tehnologiei de fabricaţie si al formei. Din punct de vedere al tehnologiei de fabricaţie, prăjinile grele se executa in următoarele variante: Prăjini grele forjate, STAS 11609 - 89, îmbunătăţite pe toata lungimea; Prăjini grele laminate cu alezajul prelucrat prin găurire, îmbunătăţite pe toata lungimea; Prăjini grele laminate executate din ţevi laminate cu perete gros, STAS 1898 - 80, normalizate si îmbunătăţite la capete pe o lungime de circa 1500 mm. Prăjinile grele forjate cu secţiune circulara sunt standardizate în STAS 11609 - 89. Se execută în construcţie mufa - cep şi îmbunătăţite pe toata lungimea. îmbinările sunt de tipul cu umăr având degajări pentru reducerea tensiunilor. Fig. 1.8 Prăjina grea cu secţiune circulară Degajările pentru pene si elevatori oferă mai multã siguranţa la manevrarea prăjinilor grele. Diametrul nominal al prăjinilor grele, DPG, se calculează cu relaţia următoare: DPG=DS -25mm (1.4.1) DPG= 171.5mm – 25mm =146.5mm (1.4.2) Prăjinile grele se aleg conform următorului tabel: Tabelul 1.5 Ds (mm) 149.2 161.5 161.5 171.9 187.3 200 212.7 228.6 269.5 311.2 349.2 >374.7 DPG (mm) 121 139 133 (121) 159 (146) 187 (155) 203 (178) 245 (219) 254 (299) 273 (254) Se aleg prăjini grele circulare cu diametrul nominal DPG = 152,4mm Din tabelul 3 [3], se alege : * prăjini grele circulare cu diametrul nominal: DPG = 152,4 mm = 6 in *diametrul interior al prăjinilor grele: DPGi =71,5mm = 213/16 in *tipodimensiunea îmbinării filetate cu umăr NC44 *masa unitara a prăjinilor grele m1PG = 111.5 kg/m DPG=171.5 mm – 25 mm = 145.5mm (1.4.3) Din tabelul 1.5 =>DPG=146mm (1.4.4) DPG.i=71.4 mm= 213/16 in (1.4.5) IFU NC 44 m1PG=111.5 kg/m Mî.r=24.4 kNm (momentul de înşurubare recomandat) i=2.81 i= (1.45) iopt=2,5 i250 DPF mm(in) 101,6 (4) 114,3 (4) 127 (5) 139,7 (5) 168,3 (6) Pentru diametrul sapei de foraj determinat în subcapitolul anterior, Ds = 215.9 mm = se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF = 4 in = 114.3mm Din tab. 3.16. [8], se aleg valorile celorlalte caracteristici de exploatare ale prăjinilor de foraj, corespunzătoare diametrului nominal al prăjinilor de foraj: - masa nominala m= 20,83 Kg/m - masa cu racorduri m1PF= 33.4 Kg/m - grosimea peretelui s= 10.92 mm - diametrul interior DPfi= 84,4 mm - aria prăjinii de foraj A= 2455 mm - modulul de rezistentă WP= 105,83 cm - tipul îngroşării IEI - gradul NC 46 (4IF) - presiunea exterioara pe= 1391 bar - presiunea interioara pi= 1344bar - forţa de tracţiune FPF= 2285 kN - momentul de torsiune MtPF= 56,84 kNm - tipodimensiune NC46 (IF) în care: FGFM este apăsarea maxima realizata de garnitura de foraj, in kN GGFM – greutatea maxima a garniturii de foraj, in kN - densitatea fluidului de foraj, in - densitatea otelului, in GAnPG – greutatea ansamblului de prăjini grele, in kN GAnPF - greutatea ansamblului de prăjini de foraj, in kN LAnPG – lungimea ansamblului de prăjini grele, in m qPG – greutatea unitara a prăjinilor grele, in N/m LAnPF - lungimea ansamblului de prăjini de foraj, in m qPF - greutatea unitara a prăjinilor de foraj, in N/m m1PF – masa unitara a prăjinilor de foraj, in kg/m APF – aria prăjinilor de foraj, in mm LAnPG-HM-LAnAd (1.6.0) LAnS=3700-90.02=3609.98m (1.6.1) GAnS=gAnS*LAnS (1.6.2) GAnS=321.65*10-3(kN/m)*3609.98(m)=1161.15kN (1.6.3) GGF=GAnS+GAnAd (1.6.4) GGF=223.9kN+1161.15=1385kN (1.6.5) 1.7 Alegerea prăjinii de antrenare Prăjinile de antrenare sunt elemente ale garniturii de foraj prin intermediul cărora se transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la prăjinile de foraj, ele asigurând circulaţia fluidului de foraj de la capul hidraulic la prăjinile de foraj. După forma secţiunii transversale, prăjinile de antrenare pot fi pătrate sau hexagonale. Forme constructive şi condiţii tehnice. Prăjinile do antrenare se execută în două variante constructive: monobloc (executate prin forjare) şi în construcţie combinată, constând dintr-un corp (laminat) şi reducţii asamblate prin înfiletare. Prăjinile de antrenare forjate (monobloc) se execută cu secţiune pătrată sau hexagonală, având îmbinarea superioară mufă cu filet stingă, pentru asamblare cu capul hidraulic, şi îmbinarea inferioară cep cu filet dreapta, pentru asamblare cu prăjinile de foraj, conform STAS 1897-80 şi API Spec. 7.. Seria I este preferenţială iar seria II se execută la cerere. Prăjinile de antrenare laminate conform STAS 4344-80 se execută numai cu secţiunea pătrată. Corpul prăjinii se execută prin laminare, având la extremităţi filete cep stânga şi dreapta. Prăjina se echipează la capătul superior cu o reducţie mufă-mufă iar la capătul inferior cu o reducţie mufă-cep. Asamblarea reducţiilor de legătură la corpul prăjinii se realizează prin îmbinări filetate cu dublu blocaj: pe spirele filetului şi pe suprafaţa conică lisă, în prelungirea filetului. Dimensiunile suprafeţei conice de blocaj sunt astfel determinate încât să asigure un ajustaj cu strângere, asamblarea realizându-se, de regulă, prin încălzirea reducţiei. Din {8} se alege o prăjină de antrenare cu secţiune hexagonala cu următoarele caracteristici: -element de imbinare superior mufa; -element de imbinare inferior cep; - dimensiunea nominală 108 mm (41/4 in); - lungimea părţii de antrenare l1 = 11278 mm; - lungimea totală l =12192 mm; - mărimea şi tipul îmbinării superioare (mufă) [in] 65/8 REG; - mărimea şi tipul îmbinării inferioare (cep) [in] NC 46(4 IF), NC 50 (41/2 IF); - diametrul interior d3 =71,4mm; - latura pătratului a = 108,0mm; - d1 = 196,8mm; - d2 = 158,7mm; - masa 800 kg. PF FA(c) DPAI (mm/in) lPA (m) a (mm) mPA (kg) IFU (superior M) NC 50 133 82.6 12.192 133.4 1040 REG 1.8 Alegerea tipului instalaţiei de foraj Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor, utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde. Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează pentru forarea unei sonde, precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in componenta acestor instalaţii. Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt: · Sistemul de manevra — SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coborârea sarcinilor; · Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj; · Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului. In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport. Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru, instalaţia de foraj mai cuprinde: sistemul de comenzi; instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj; dispozitive de mecanizare si automatizare; ansamblul de scule; materialul tubular. [1] Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru), FCM FCM=max(FCMT,FCMD) (1.8.0) (1.8.1) f=0,2; a=1m/s; = 1,563 t/m; (1.8.2) GCBM=max(GCI,GCE) (1.8.3) GCBM= 1599.47 kN (1.8.4) l=1.25+0.25ln(10-3HCI) (1.8.6) l=[1.25+0.25ln(10-3*2405)]t/m3=1.46938t/m3 (1.8.8) FCMT= 1599.47 kN= 1597.9281 kN (1.8.9) Fi=mac FCMD=GgfM+FDM (1.8.10) FDM600 GgfM=1385.05 KN l=1.46938 FCMD=1385KN (1.8.11) FCMD=1725.793342 KN FCM=FCMD= (1.8.12) în care: FCM este sarcina maxima de lucru, in kN FCMT – sarcina maxima rezultata in timpul tubării sondei cu cea mai grea coloana de burlane GCBM, in kN FCMD=GGFM (1.8.13) GGFM= 1385.05 kN Din tabelul următor se alege forta suplimentara la cârlig necesară desprinderii, FCS, in funcţie de adâncimea finala (maxima) a sondei, HM: FCS=450kN Tabelul 1.8 HM m [0,2000] [2000,3000] [3000,4000] [4000,5000] [5000,6000] FCS kN 250 350 450 550 600 Pe baza mărimii sarcinii maxime de lucru, FCM, determinate se alege măsura sarcinii maxime utile tipizate. Din tab. 1.1. [1], se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH, instalaţie care are următorii parametri principali: - Sarcina maximă la cârlig: FCM = 2000 kN ; - Intervalul adâncimilor de foraj recomandate: (2000…4000)m; - Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa: 1310 kW (1780 CP) ; - Efortul maxim în cablul de manevră: 25 kN ; - Diametrul cablului de manevră: 32 mm ; - Numărul de role la macara: 5 ; - Puterea minimă la intrare în masa rotativă: 370 kW (500 CP) ; - Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă: 520,7 mm (201/2 in) ; - Puterea la arborele pompei recomandată: 515 kW (700 CP) ; - Numărul de pompe (inclusiv motopompele): 2 ; - Înălţimea liberă a mastului (informativ): 38 m ; - Înălţimea minimă a podului sondei: 4 m. 1 .9 Concluzii Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume: programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei în ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei); determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite; alegerea garniturii de foraj pentru adâncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor întocmite în acest sens). Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecând de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa. In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare, în funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele. Prăjinile de foraj au fost alese tot în funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj. Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj. În final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior. CAPITOLUL 2 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR 2.1. Alegerea capului hidraulic Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj. Funcţiile acestuia sunt: · susţine garnitura de foraj; · asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate). În figura 2.1. este prezentată schema unui cap hidraulic. Fig. 2.1. Capul hidraulic 1 - toarta capului hidraulic; 2 - luleaua capului hidraulic; 3 - ţeava de spălare; 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj; 5 - rulmentul axial secundar cu bile; 6, 6' - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice; 7,7' - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor; 8 - rulmentul principal; 9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata; 10 - fusul capului hidraulic; 11 - corpul capului hidraulic. Toarta capului hidraulic este suspendată în cârligul instalaţiei de foraj. Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la încărcător. Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat, pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj. Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior, la abraziune şi, la interior, frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj. Există construcţii noi de capete hidraulice care se fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe); în acest caz creşte gabaritul pe verticală, dar se schimbă mai comod. Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune. Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente. Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente, este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici. Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet „stânga". Filetul este „stânga" datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta, iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stânga (pentru a nu se produce deşurubări în timpul funcţionării). Fusul capului hidraulic este piesa aflată în mişcare de rotaţie. Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele: · siguranţă în funcţionare (rezistenţă corespunzătoare); · durabilitate mărită; · pierderi hidraulice şi uzuri minime. · etanşeitate; Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt: a) forţa statică maximă preluata de acesta, este sarcina nominală a capului hidraulic. Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere „CH" sau „CHT", pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral, urmate de sarcina maximă în tf. Exemple: CHT 650, CHT 500, CHT 400, CH 320, CH 200, CH 125, CHT 50. b) sarcina maximă în timpul funcţionării c) presiunea maximă d) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximă e) cotele d1 şi A din figura 2.1. [1 ] Alegerea capului hidraulic se face în funcţie de condiţia: FCH ≥ FCM . Din tab 11.2. [1], se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese, F200, cu următoarele caracteristici tipizate: 1. Sarcina maximă de lucru la cârlig: FCH= 2000 kN. 2. Sarcina normala de lucru la cârlig: 1250 kN. 3. Tipul rulmentului principal: 29448. 4. Dimensiunile rulmentului principal d/D x B: 240/440x 122 mm. 5. Sarcina maximă în funcţie de rulment cf. Spec. API 8A: 114 Ustonf. 6. Presiunea maximă de lucru: 210 bar. 7. Turaţia maximă: 300 rot/min. 8. Diametrul interior al ţevii de spălare: 76 mm. 9. Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc: LP4. 10. Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare: 65/8 N. 11. Distanta liberă pentru introducerea cârligului H+50mm: 530 mm. 12. Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei: a. E2max= 63,5 mm b. F2max= 114,3 -1+3 mm 13. Dimensiunile principale: a. înălţimea A: 2500 mm b. Lăţimea B: 788 mm c. înălţime biglu D: 127-1 mm 14. Masa totala: mCH =1, 58t. Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare: GCH = mCH · g (2.1) GCH = 1,5t · 9,81m/s2 = 15.499 kN 2.2. Alegerea ansamblului macara-cârlig Componenţa ansamblului macara-cârlig este prezentată în figura 2.3. Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC, urmat de valoarea, în tf, a sarcinii maxime utile de la cârlig. Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare, evitându-se astfel o manevra suplimentară. La macaralele mari, în paralel cu arcul, există un amortizor hidraulic, pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei, din cauza vitezelor mari de săltare. Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cârligului. [1] Fig. 2.3. Ansamblul macara-cârlig Ansamblul macara-cârlig se alege în funcţie de condiţia: FMC ≥ FCM. Din tab.9.1. [1], se alege tipul de macara-cârlig 5-32 MC -200, care îndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii: (din Instalaţii şi Utilaje ptr. Forarea Sondelor ; tabelul 2.26 ; pag. 166-167) 1. Sarcina maximă la cârlig: FMC = 2000 kN. 2. Numărul rolelor de la macara: m = 5. 3. Diametrul cablului: dc = 32 mm. 4. Diametrul exterior al rolei: 1100 mm. 5. Diametrul de fund al rolei: 1000 mm. 6. Diametrul axului: 260 mm. 7. Tipul rulmenţilor rolei: 57592. 8. Sarcina maximă în funcţie de rulmenţi: 347 Ustonf. 9. Cursa arcului: C = 200 mm. 10. Dimensiuni: · A = 3940 mm · B = 1200 mm · C = 720 mm · D = 3492,5 mm · E = 2235 mm · H = 200 mm · M = 492,5 mm · N = 315,5 mm · O = 608 mm · P = 806 mm 12. Masa: mMC = 6,437 t Se calculează greutatea ansamblului macara-cârlig, cu formula următoare: GMC = mMC · g (2.2.0) GMC =6,437t · 9,81 m/s2 = 63,147 kN (2.2.1) 2.3. Alegerea geamblacului de foraj Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac, aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului. Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri: 1. Geamblacuri de foraj cu un singur etaj: a. geamblacul de foraj românesc: • geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie românească. Avantajul acestui tip constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180°. b. geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola: o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic, dar lungimea totală este mare. Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180°. c. geamblacul de foraj din două blocuri: • geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimb între ele, asigurând o manipulare uşoară. d. geamblacul de foraj cu mai multe axe: • geamblacul de foraj tip D: axele sunt coplanare într-un plan orizontal, rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi. 2. Geamblacuri de foraj cu două etaje: e. geamblacul de foraj cu rolele montate în plan vertical: • geamblacul de foraj tip E: fiecare rolă este montată pe axul ei. Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor. Axul este montat pe rulmenţi. f. geamblacul de foraj cu rolele montate în plane diferite: • geamblacul de foraj tip F: această variantă constructivă este compusă din două etaje, cu rolele dispuse în plane diferite. Din cauza amplasării rolelor perpendicular, nu se reduce spaţiul de siguranţă. Diametrul axului este mai mic ca în variantă constructivă A. Din cauza dispunerii rolelor în plane diferite apare ca avantajoasă înfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia. Componenţa geamblacului de foraj este pusă în evidenţă de figura 2.4. Elementele principale ale acestuia sunt: rolele, axul geamblacului şi rulmenţii. Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo. Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere, ca urmare, axul este găurit, iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă. Rulmenţii pot fi de diverse tipuri: cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior (rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu); cu role cilindrice scurte; cu role conice pe două rânduri. Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit, pentru că trebuie realizată strângerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului. [1] Fig. 2.4. Componenţa geamblacului de foraj 1 - role; 2 - rulmenţi; 3 - ax; 4 - rama geamblacului; 5 - capacul geamblacului. La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia: FGF ≥ FCM Din tab. 8.1. [1], se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200, care prezintă următorii parametrii: (din Instalaţii şi Utilaje ptr. Forarea Sondelor ; tabelul 2.20 ; pag. 154-155) 1. Sarcina maximă la coroana geamblacului: 2500 kN. 2. Sarcina maximă de lucru la cârlig: FGF = 2000 kN 3. Numărul roţilor de manevră: m = 6 4. Diametrul cablului: dc = 32 mm. 5. Diametrul exterior al roţilor: 1100 mm. 6. Diametrul de fund al roţilor: 1000 mm. 7. Tipul rulmenţilor roţii: 57592. 8. Sarcina maximă în funcţie de rulment: 416 Ustonf 9. Masa: mGF = 2,050 t Fig. 2.5. Geamblac de foraj Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare: GGF = mGF · g (2.3) GGF = 2,050t · 9,81 m/s2 = 20,1105 kg 2.4. Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene) Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor, de dimensiunea corespunzătoare adâncimii maxime de tubare a coloanelor respective. Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică, de obicei, de dimensiunea 50 t, 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 13/4" – 21/2". Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază, pentru tipul cel mai mare, între 97,5 kg (pentru dimensiunea 41/2") şi 226,7 kg (pentru dimensiunea 20"). Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden, tratat termic, îndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor. Pentru burlanele „flush" sau pentru burlanele speciale de tip „Extreme Line", „Hydril" sau „Omega", cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m, se utilizează elevatorii cu „pene" care, pentru anumite fabricate, depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului. înainte de începerea lucrului cu acest tip de elevator, se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar. Elevatorul „pentru bucată" este utilizat în mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă, lucrul cu acest elevator permiţând o aliniere rapidă a filetelor, la operaţia de tubare. Elevatorul este prevăzut cu un suvei, cu cablul corespunzător şi cu clemele respective. Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază între 19,1 kg pentru dimensiunea 41/2" şi 28,1 kg pentru 103/4 ". Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc în modul următor: se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica până la nivelul coloanei fixate în masa rotativă. După îndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului, se aplică, conform normelor, unsoarea respectivă de filete, după care burlanul este coborât, pentru a intra în mufa burlanului următor, unde are loc o primă înşurubare cu cleştii cu lanţ, până în momentul când se consideră indicată strângerea cu cleştii mari ai sondei. In acest moment, elevatorul de bucată este lăsat să alunece în jos pe burlanul respectiv, în timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent înşurubat la gura puţului. Elevatorul pentru bucată este desfăcut, în momentul când atinge înălţimea de circa 1,5 m de la masa rotativă, fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane, unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor. Acest tip de elevator „pentru bucata" este, de asemenea, foarte util şi în efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj, utilizând în acest scop gaura prăjinii de antrenare. [1] Alegerea elevatorului cu pene se face luând în consideraţie condiţia: FElp ≥ FCM Din tab. 5.31 [6], se alege elevatorul: 200 x 65/8, cu următoarele caracteristici: 1. Sarcina maximă: FElP = 200 tf 2. Dimensiunile principale: HB = 924 mm HE = 880 mm d = 1080 mm 1=1300 mm 3. Masa : mElP = 2100 kg = 2,1 t În figura 2.6. este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare. Fig. 2.6. Elevator cu pene Se calculează greutatea elevatorului cu pene, cu următoarea relaţie: GElP = mElP · g (2.4) GElP = 2,1t · 9,81 m/s2 = 20,601 kN 2.5. Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri: · cu scaun drept, pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri înşurubate, standardizate prin STAS 209-69; · cu scaun conic, pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate, care au suprafaţa de sprijin conica, cu generatoarea înclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65. In figura 2.7. este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic. [6] Fig. 2.7. Elevator pentru prăjini de foraj, cu scaun conic Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate, cu diametrul nominal DPF =41/2*175" , IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic, care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj, tab. 5.28. [6]. GGFM=1385.05 KN FCM=GCGF (2.5.0) =0.2 o=7.85 t/m3 f=1.469 t/m3 ac=1.5m/s2 FCM=1385.051614KN (2.5.1) FCM=164.59 tf ( Din STEROM S.A OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY – Elevator ptr. Prăjin de Foraj ; nr. 05-1018R ; fila 2 ; tabelul 1} Se alege elevatorul cu scaun *175 tf -dimensiunea nominala a elevatorului 114.3 mm -dimensiunea de trecere 121.4 mm -sarcina de lucru 175 tf 200 KN -masa informativa 146 Kg 0,147 t -tipul legaturii IEI -h= 320 mm Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei: GEL= mEl · g (2.5.2) GEl = 146.8 kg · 9,81 m/s2 = 1,44 kN (2.5.3) 2.6. Alegerea chiolbaşilor Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului în cele două guri laterale ale cârligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]. În figura 2.8. este prezentată construcţia unui chiolbaş. Fig. 2.8. Chiolbaşi a — pentru sarcina de 20.. .80 tf/pereche; b - pentru sarcina de 125 tf/pereche; c - pentru sarcina de 200 şi 320 tf/pereche. Se alege o pereche de chiolbaşi care să îndeplinească condiţia: Fch ≥ FCM . Din tab. 5.32. [6], se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale: 1. Gama de sarcini: Fch = 200 tf / per. 2. Dimensiuni principale: · D1 = 73 mm. · C2 = 102 mm. · G1 = 70 mm. · D2 = 34 mm. · H1 = 28,5 mm. · Lungimea totala: Lch = 2100 mm. · Masa netă informativă: mch = 177 kg/per . Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare: GCh= mCh · g (2.6.1) GCh = 177 kg · 9,81 m/s2 = 1,736 kN (2.6.2) 2.7. Alegerea cablului de manevră Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de întindere având flexibilitate ridicata. Cablurile sunt de mai multe feluri: plate sau rotunde (în foraj se folosesc doar cabluri rotunde). Cablurile se folosesc în mai multe scopuri: · la manevră: cablul de manevră sau de foraj; · la efectuarea operaţiilor de lăcărit: cablul de lăcărit; · la ancorarea turlei sau mastului: cablul de ancoră; · pentru rabaterea turlei: cablul de praştie; · la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj, în interiorul cărora sunt amplasaţi conductori electrici. Cablurile pot fi: simple, duble (folosite la foraj) sau triple. Sârmele de cablu se înfăşoară în toroane (sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi, la rândul lor, toroanele se înfăşoară realizând cablul dublu. Toronul este realizat din straturi de sârme care pot fi: · de acelaşi diametru 5 la fire; · de diametre diferite în straturi sau construcţie compound. Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sârmelor poate fi în mai multe variante (figura 2.9.): · cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate între straturi; · cablul SEALE sau SIL — straturi cu diametre diferite; · cablul WARRINGTON- în cadrul aceluiaşi strat sârmele au diametre diferite. Fig. 2.9. Diferite construcţii de cabluri a - Seale; b - Filler; c – Warrington Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19, adică 6 toroane cu 19 fire în fiecare toron, aşezate în 3 straturi, ce reprezintă: sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir, stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire. Geometria unui toron Seale se stabileşte în funcţie de diametrul sârmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e. Diametrul sârmelor din stratul de flexibilitate este δi = 0,57 · δ e şi diametrul inimii este δ0 = 1,2 • δe. Inima cablului poate fi: · organica (din cânepa îmbibată în ulei); · metalica (aceasta inima păstrează forma cablului); · din sârme răsucite elicoidal. Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atât a firelor în toron cât şi a toroanelor între ele. Exista cablarea paralelă (atât firele cât şi toroanele sunt răsucite în acelaşi sens: spre stânga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ). La cablarea în cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ — firele sunt răsucite spre stânga, iar toroanele spre dreapta — şi cablarea ZS). Cablarea în cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire. [ 1 ] Alegerea cablului de manevră se face respectând condiţia: Srm > CM · FM (2.7.0) în care: Srm este sarcina minimă de rupere a cablului, în kN; Cm - coeficientul de siguranţă; Fm - tracţiunea maximă în cablu la toba, la extragere, în kN. Coeficientul de siguranţă, CM, poate lua valorile următoare, în funcţie de utilizarea cablului: · Cm = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie; · Cm = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj. (2.7.1) GoT=84.461+1.736+20.6=106.8kN (2.7.2) (2.7.3) (2.7.4) (2.7.5) (2.7.6) (2.7.7) (2.7.8) (2.7.9) Se calculează sarcina de la cârlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră, FM, cu relaţia (2.10.): (2.7.10) (2.7.11) Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80, cu următoarele caracteristici: · numărul de toroane: nT = 6. · numărul de fire: nf = 19. · diametrul cablului: dc = 32 mm. · sarcina minimă de rupere a cablului: Srm =531,32 kN. · masa unitară a cablului de manevră: m1c = 3,89 kg/m · aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =418.28 · diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=1.45 mm exterioare d2=2.6 mm Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră, qc, cu relaţia următoare: (2.7.12) (2.7.13) Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac , Gc , se calculează cu relaţia care urmează : (2.7.14) (2.7.15) (2.7.16) lrm=lP+S=27+6.5=33.5m (2.7.17) GC=2*5(27+6.5)*38.16=12783.6=12.786 kN (2..718) GOT=(106.8+12.783)=119.58 kN (2.7.19) FCM=200tf*9.81ms2=1962 kN (2.7.20) FCM”=1962 kN+119.58 kN(1+1/9.81)=2093.769 kN (2.7.21) FM= (2.7.22) FM=258.235 kN (2.7.23) CN= (2.7.24) 2.8. Alegerea tipului de troliului de foraj Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care îndeplineşte în cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni: · extragerea şi introducerea" garniturii de foraj, respectiv introducerea coloanei de tubare, suspendate în cârligul mecanismului macara — geamblac, operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj înfăşurat pe toba de manevră a troliului; · înfăşurarea, strângerea , slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini, precum şi adăugarea bucăţilor de avansare, operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului; · transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii); · susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa în timpul procesului de săpare; · lucrări de punere în producţie, pistonat, lăcărit, carotaj prin prăjini, operaţii care se executa cu ajutorul tobei de lăcărit; · ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit; Troliul de foraj se compune, în general dintr-un şasiu în care sunt montaţi arborii, frânele mecanice, frâna hidraulica, transmisiile cu lanţ, pârghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice, cuplaje cu discuri sau cu burduf, ambreiaje ventilate cu burduf, sistemul de ungere, sistemul de comanda pneumatica etc. Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe: de manevră şi de lăcărit.[l] Din tab. 5.1. [1] şi tab. 2.7. [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzător instalaţiei de foraj F200-2DH, cu următoarele caracteristici principale: 1. Tracţiunea maximă în cablu: 380 kN. 2. Puterea maximă la intrare: 1500 kW. 3. Diametrul cablului: dc= 35 mm (l1/4in). 4. Număr viteze la toba de manevră: 4 + 2 R. 5. Diametrul tobei de manevră: 800 mm. 6. Lungimea tobei de manevră: 1325 mm. 7. Ambreiaj pe partea „încet": AVB 1250 · 300. 8. Lanţ pe partea „încet": 3x2 in. 9. Ambreiaj pe partea „repede": AVB 900 · 250. 10. Lanţ pe partea „repede": 3 x 2 in. 11. Diametrul tambur frână: 1400 mm. 12. Lăţime tambur frână: 269 mm. 13. Aria suprafeţei de frânare:223.43 dm2 . 14. Frână auxiliară: FE 1400 (FH 40). 2.9. Alegerea pompelor de noroi Pompele de noroi folosite în forajul sondelor de adâncime sunt agregate hidraulice de tip pompa cu piston, cu dublu sau cu simplu efect, cu unul sau mai mulţi cilindri (corpuri hidraulice) dispuşi orizontal, vertical sau în V, şi sunt destinate pompării fluidelor de foraj în procesul de săpare a sondelor. Cele mai uzuale sunt pompele de noroi cu piston, cu dublu efect, cu 2 cilindri sau 3 cilindri dispuşi orizontal, cunoscute sub denumirile generice de: pompe duplex cu dublu efect; - pompe triplex cu dublu efect. O răspândire din ce în ce mai larga o au pompele de noroi cu piston cu simplu efect, cu 3 cilindri dispuşi orizontal, cunoscute sub numele generic de: - pompe triplex cu simplu efect. Cele mai răspândite pompe volumice în industria petrolieră sunt pompele cu pistoane sau cele cu plungere. Ele intră în componenţa instalaţiilor de foraj ca pompe de noroi, în componenţa agregatelor de cimentare ca pompele principale, folosesc la transportul apei şi produselor petroliere, sau asigură diverse servicii auxiliare ca de exemplu pomparea desemulsionatului în staţiile de tratare. Pompele din această categorie sunt de două tipuri principale. în funcţie de construcţia organului de lucru, care prin mişcarea lui de translaţie alternativă asigură deplasarea lichidului: a. pompe cu piston b. pompe cu plunger. [6] După numărul de feţe active, pompele cu mişcare alternativă se împart în pompe cu simplu efect şi pompe ci dublu efect. La pompele cu dublu efect sunt active ambele feţe frontale ale pistonului: faţa anterioară acţionând cu întreaga valoare a ariei suprafeţei sale şi faţa posterioară a cărei parte activă este micşorată cu valoarea ariei suprafeţei secţiunii tijei. Construcţia pompei poate fi realizată astfel încât să existe o singură pereche piston-cilindru (pompa simplex), sau mai multe astfel de perechi amplasate paralel (pompe duplex, triplex, etc). Angrenarea pistonului se poate realiza prin: a. sistem bielă-manivelă, care transforma mişcarea de rotaţie a arborelui cotit în mişcare de translaţie alternativă (pompe cu transmisie, denumite astfel deoarece de la motor la arborele cotit sunt în general necesare transmisii reducătoare de turaţie), în această categorie intrând şi diferite tipuri de pompe cu excentric, b. tijă comună a pistonului de lucru cu pistonul unui motor lent cu mişcare alternativă, de exemplu motor cu aburi (pompe cu acţiune directă, care se mai întâlnesc în parcuri de rezervoare, staţii de demulsionare etc.) Pompele de noroi, utilaje de mare importanţă în componenţa instalaţiilor de foraj, se fabrică în ţara noastră sub formă de pompe orizontale (axele cilindrilor sunt orizontale), cu transmisie, în construcţia duplex sau construcţie triplex. Modul lor de simbolizare rezultă din următorul exemplu: 2PN-800-(8"xl6") înseamnă pompa de noroi duplex, necesitând la arborele de intrare puterea de 800 CP, având diametrul pistonului maxim şi lungimea cursei de 8 in, respectiv de 16 in (1 in = 25,4 mm; 1 CP = 1,36 kN). Indicarea ultimelor două cifre nu este obligatorie. In modul de simbolizare nu este necesar sa se reflecte construcţia cu simplu dau dublu efect, deoarece, toate pompele româneşti de noroi duplex sunt cu dublu efect iar cele triplex, cu o singura excepţie, cu simplu efect. Aceasta soluţionare constructivă nu are caracter convenţional sau arbitrar, ea derivând din considerente tehnico-economice aşa cum va rezultă la studiul variaţiei debitului pompelor cu piston. Pompele mai mici, folosite la instalaţiile de intervenţie, se simbolizează prin dimensiunile lor de baza. De exemplu, I 6x10, înseamnă pompa pentru instalaţie de intervenţie, cu piston de diametru maxim 6 in şi cursa pistonului de 10 in. Pompele agregatelor de cimentare se realizează de obicei, în construcţie triplex, cu plungere. [1] Alegerea tipului de pompa si a numărului de pompe de noroi se face pe baza puterii hidraulice maxime necesare in timpul forajului, PhM. PhM= [2,0; 3,0]· Ph(HM) (2.9.0) in care: PhM este puterea hidraulica maxima; Ph(HM) - puterea hidraulica necesara pentru înălţimea maximă, HM. Puterea hidraulică maximă apare în prima jumătate a adâncimii maxime de foraj. (2.9.1) (2.9.2) (2.9.3) (2.9.4) (2.9.5) (2.9.6) (2.9.7) (2.9.8) (2.9.10) Qm=32(10-3*3.7*103)-1/6 (2.9.11) Qm=25.73bar (2.9.12) pM=80(10-3*3.7*103)2/3 (2.9.13) pM=180.88 bar (2.9.14) Ph(HM)=492.425 kW (2.9.15) PhM=2*492.425=984.85 kW (2.9.16) PapN=984.85/0.8=1231.06 kW (2.9.17) PapN=1672.64 CP in care: pM este presiunea maxima; Qm - debitul minim; PaM - puterea la arborele de antrenare maxima a pompei de noroi; ηPN - randamentul pompei de noroi; PhM - puterea hidraulica maxima. Se adopta doua pompe de noroi si se calculează puterea la arborele de antrenare a pompei de noroi, PaPN, cu relaţia: (2.9.18) (2.9.19) in care: PaPN este puterea la arborele de antrenare a pompei de noroi; PaM1- puterea la arborele 1 de antrenare maxima; PaM - puterea la arborele de antrenare maxima a pompei de noroi. Din tab. 3.2. [6] se alege tipul de pompă 2PN - 1000, necesar instalaţiei de foraj F200, cu următoarele caracteristici principale: 1. Puterea la arborele de antrenare: 1000 CP. 2. Presiunea maximă de refulare: 300 bar . 3. Debitul la presiunea maximă: 21,6 l/s. 4. Debitul maxim: 52,2 l/s. 5. Presiunea la debitul maxim: 154 bar. Fig. 2.10. Pompa duplex cu dublu efect Din [6] tab. 3.4, se scriu principalele cote de gabarit şi de legătură ale pompei 2PN – 1000: 1. Cote de gabarit: · A = 5900 mm · B = 2050 mm · H = 2950 mm 2. Cote de legătură: · a = 1890 mm · b = 1562 mm · h = 850 mm · c = 1385 mm · u = 725 mm · v = 920 mm · y = 2080 mm 2.10. Alegerea mesei rotative Masa rotativă este un reductor cu construcţie şi destinaţie speciala care transforma mişcarea de rotaţie din jurul unui ax orizontal în mişcare de rotaţie în jurul unui ax vertical. Schema constructivă a mesei rotative utilizata la instalaţiile de foraj româneşti este prezentată în figura 2.12. Fig. 2.12. Secţiune transversală prin masa rotativă: 1 - rotor; 2 - corp masa rotativă; 3 - rulment principal; 4 - rulment secundar; 5 - dispozitiv blocare masa; 6 - bolţuri pentru blocarea pătraţilor; 7 - angrenaj conic; 8 - arbore (prisnel). Corpul (batiul) mesei rotative este de construcţie turnata sau sudata. El este suportul mesei rotative şi al băii de ulei. Angrenajul conic transforma mişcarea de rotaţie fata de un ax orizontal, în mişcare de rotaţie în jurul unui ax vertical. Arborele care transforma mişcarea mesei, se numeşte arbore prisnel. Raportul de transmitere al angrenajului prevăzut cu dantura înclinată sau curbilinie este i =(2,5)3,0...3,7(4,0). DCA=16’’ in HM=3700m IF=F200 2DH Se alege masa rotativa du DMR>16; Se alege masa rotativa MRS 205 Ţinând cont de acest parametru pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege masa rotativă MRL - 175 (tab. 11.1. [1]), cu următoarele caracteristici principale: 1. Diametrul de trecere: 520.7 mm (201/2 in). 2. Sarcina statică: 3200 kN. 3. Puterea de antrenare: 370 kW. 4. Momentul maxim static: 80 kNm. 5. Turaţia maximă: 300 rot/rnin 6. Raportul de transmitere: 3,68:1. 7. Dimensiuni principale: A = 619.1 mm B = 100 mm C = 2051.1 mm D = 1117.6 mm E = 800,1 mm F = 979.4 mm G = 279,4 mm H = 1409 mm J = 816 mm K = 925.4 mm L = 1219 mm M = 193 mm 8. Masa totală: mMR = 3.44 t CAPITOLUL 3 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR / GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE . 3.1 Parametrii şi caracteristicile motoarelor / grupurilor de acţionare Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat , individual sau in comin In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale :SM SR SC Arborele principal: pentru SM : TF+M+G pentru SR :MR+PA+GnF+S pentru SC:PN Arbori caracteristici pentru SM TM pentru SR PAt GanF pentru SC arbprele cotit PN IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare -individual MAI:fiecare motor principal e actionat separat -centralizat MAC:toate motoarele sunt actionate in comun -mixt MAM :un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF ,se alege modul de actionare centralizat MAC2 Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 , cu un convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 , un motor diesel MB 820 Bb cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale : • Puterea nominală : Pn= 655 kW = 890 CP • Turaţia nominală : nn = 1400 rot/min • Alezajul : D = 175mm • Cursa : S = 205 mm GF 820/675 kW la 1400 rot/min Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia : ωn = · nn (3.1.0) ωn = · 1400 = 146,6 (3.1.1) 3.2 . Alegerea modului de acţionare Modul de acţionare reprezintă felul în care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat). Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel, cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi în unele cazuri , mai rare , cu turbine cu gaze . Deoarece motoarele de acţionare nu au întotdeauna caracteristicile funcţionale în concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj , a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice , hidraulice, electrice) rezultând astfel mai multe sisteme de acţionare . Printre sisteme de acţionare , utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi : diesel – mecanic , diesel hidraulic , electric şi diesel electric . Sistemele : turbo-electric , turbo-mecanic şi hidrostatic şi –au găsit aplicaţii mai limitate . Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice , cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu . În prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate în sistemul diesel –hidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu . În cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşorându-se şocurile . Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspândit sistem de acţionare , aplicându-se atât la instalaţii de foraj staţionare cât şi la cele transportabile . Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune, deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzând turaţia de la ieşirea din convertizor; se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel. Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare, nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel, chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune. Stabilitatea se explica prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare, pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel. Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare, realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare, care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite. [10] Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG). In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante: MACI si MAC2. Fig. 3.1. Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat în varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH): D - motor diesel; GF - grup de foraj; CHC - convertizor hidraulic de cuplu; TI - transmisie intermediară(intermediară centrală IF); tm — transmisie mecanică;PN — pompa de noroi; TF — troliu de foraj; TM — toba de manevră M-G — maşina macara-geamblac; CVAR - cutie de viteza a AR; MR - masa rotativă (Ex: F125-2DH; F200-2DH-3; F200-3ECH-4). Fig. 3.2. Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP): D - motor diesel; GF - grup de foraj; CHC - convertizor hidraulic de cuplu; TI – transmisie intermediara (intermediara centrala a IF); Tm — transmisie mecanica; PN — pompa de noroi; TF - troliu de foraj; TM - toba de manevra; M-G - maşina macara-geamblac;CVAR - cutie de viteză a AR ; MR – masa rotativă. 3.3. Puterea consumatorilor auxiliari de forţă Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare, a agitatoarelor de noroi, a degazeificatoarelor, a demâluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire, preparare si tratare a fluidului de foraj, a pompelor centrifuge, de supraalimentare a pompelor triplex de noroi, a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de frâna etc. In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj, mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează: · pompe centrifuge pentru hidrocicloane; · site vibratoare; · agitatoare; · pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj; · pompe centrifuge pentru apa; · pompe centrifuge pentru chimicale; · pompe pentru reziduuri; · pompe pentru combustibil; · comanda hidraulica a prevenitoarelor; · instalaţie pentru uscarea aerului; · agregate pentru încălzire; · maşini-unelte; · agregat pentru sudura; · instalaţii pentru iluminat. Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj, la instalaţiile mici fiind mai putini, iar la instalaţiile mari fiind in totalitate. Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari, instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene, a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj. La instalaţiile de foraj transportabile, grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila. In afara de iluminatul normal, exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V. alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V), prin tabloul de siguranţa, prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa. In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 3.1.). Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa, puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor. Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 0,6. [10] , rezultă o putere necesară de circa 650kw. Tabelul 3.1 Nr. Crt. Denumirea consumatorilor Puterea motorului sau rezistenţă [kW] Numărul de motoare Puterea totală [kW] 1 Site vibratoare 4 3 12 2 Agitator habe 7,5 15 112,5 3 Pompe apa 7,5 2 15 4 Pompa apa răcire troliu 7,5 1 7,5 5 Pompa instalaţie amestec chimicale 3 2 6 6 Pompe combustibil 3 2 6 7 Pompe ulei 1,5 1 1,5 8 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150 9 Pompa baterie denisipare 55 1 55 10 Pompa baterie desmâluire 55 1 55 11 Instalaţie degazeificare 4 1 4 12 Degazeificator 30 1 30 13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66 14 Instalaţie transport material pulverulent 4 1 4 15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22 16 Dispozitiv strâns-slăbit 11 1 11 17 Dispozitiv manevra prăjini grele 7,5 1 7,5 18 Dispozitiv mecanizare 18,5 1 18,5 19 Pod tubaj reglabil 5 1 5 20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11 21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15 22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18 23 Instalaţie iluminat siguranţa 0,6 1 0,6 Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă , pentru instalaţia F200- 2DH , ca fiind egală cu : PCs.A.F = 650 kW în care : PCs.A.F este puterea consumatorilor auxiliari de forţă 3.4 Calculul puterii instalate Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH , se calculează cu relaţia următoare : PIF = Pp + PCs.A.F (3.4.0) PP = (2+2) . Pn (3.4.1) Pn = 655 kW Pp = 4 · 655 kW = 2620 kW (3.4.2) psCAF=633.1 kW psCsAF=pp+psCsAF (3.4.3) PCs.A.F = 2620 kW + 633.1 kW = 3253.1 kW (3.4.4) PsCsAF/p=633.1/2620=0.24 în care : PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj / puterea motoarelor instalate care acţionează antoarele principală ( TF , MR , PN ) PCs.A.F - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă . necesare instalaţiei de foraj 3.5 . Concluzii Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează , determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor/ grupurilor de acţionare , calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm , şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj CAPITOLUL 4 PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ 4.1 Lanţul cinematic de însumare a puterii motoarelor / grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de însumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor / grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic Schema lanţului cinematic de însumare a puterii motoarelor / grupurilor de acţionare LCIPGA , sau a transmisiei intermediare TI , sau a intermediarei centrale este prezentată în figura următoare : Fig. 4.1 . Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarele/grupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj. Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1), AVB 600x250, este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplare/decuplare a pompei de noroi 2PN-1258. O parte din energia de la motoarele/grupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 , care poate fi pus în funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100 . GMC=mMC=6.437*9.81=63.14697 LMC=2235 mm = 2.355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului Do=Dt+dc r=0.985 tl=o.97 IRA=0.985 MG (4.1.0) = RO=[0,96 ; 0.98] [1.02 ;1.04] =0.811 (4.1.1) 1C=0.9854*0.973*0.985*0.811=0.686 (4.1.2) 4.2 Parametrii transmisiilor mecanice (intermediare) ale LCIPGA si verificarea criteriului de limitare la oboseala la ansamblul bucsa-rola In cadrul intermediarelor centrale a instalatiei de foraj ca si in cazul lantului cinematic se folosesc transmisii cu lanturi cu eclise , role bucse cu lanturi cu mai multe randuri de zale. Cu cat momentul de transmis , turatia de functionare a transmisiilor e mai mica cu atat pasul lantului e mai mare. Fenomenul datorita caruia lanturile sunt scoase din uz este fenomenul de oboseala al zalelor si al ansamblului rola bucsa lant . Acest fenomen este cu atat mai evidentiat cu cat viteza lantului este mai mare . Pentru limitarea fenomenului de oboseala se limiteaza viteza lantului (vvLM) , socul dintre rola si dinti rotilor la intrarea in angrenaj Zn =viteza unghiulara a rotii cu numar minim de dinti =viteza unghiulara limita minima din punct de vedere a fenomenului de oboseala (4.2.0) Zm 20 21 22 23 26 27 28 30 31 34 22.36 1171.7 122.7 19.53 1012.22 106.17 939.45 98.38 16.78 760.41 79.63 13.39 4.3 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea numărului de trepte de viteza Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată în figura următoare : Fig .4.3 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia : Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (4.3.0) D. = (4.3.1)) ig.l = = (4.3.2) în care : Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră it.j – raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză ig.l – raportul de transmitere g – numărul de ordine al grupei de transmitere l – numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere j – numărul de ordine al treptei de viteză Dd – diametrul de divizare al transmisiei În tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză . Tabel 4.1 t.l. (g.l.) 1.1. 2.1. 3.1. 3.2. Pg , in(mm) 11/2(38,1) 11/2(38,1) 2(50,8) 2(50,8) zg.l(1) 30 30 26 26 zg.l(2). 30 49 67 34 Ddg.l.(1) 364,494 364,494 421,448 421,448 Ddg.l.(2) 364,494 894,660 1083,796 550,568 ig.l. 1 2,454526 2,571601 1,306372 Tip cuplaj - C3.1. CCn=CCr C4.1. AVB1120x300 C4.2. AVB900x250 4.4 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora În figura 5.1 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj. Fig. 5.1 Schema cinematică a troliului de foraj Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele: · Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia, · Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric, când este nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea înlocuirii porţiunii de cablu uzat. · Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra. · FH 46in reprezintă frâna hidraulica a tobei de manevra, care mai este dotata şi cu frânele cu banda FB. Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de frâna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila 4.5 Tipurile de transmisii mecanice utilizate în cadrul lanţului cinematic şi parametrii acestora În cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei până la troliu , pompe de foraj , masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe, elemente de mecanizare , componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc.). Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume : mecanice , dinamice , hidrostatice , electrice şi pneumatice . Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie . Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus , prin intermediul lanţului articulat. În trecut , la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary , lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie , odată cu utilajele pe care le-au echipat . Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri , asamblate alternat în aşa fel încât bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor , iar rolele se pot roti liber pe bucşe . Fig. .4.3 . Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role : a- za interioara , cu role ( 1- eclise ; 2- bucşe ;3- role) b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise ; 2- bolţuri) 4.6 Verificarea criteriului de limitare a fenomenului de oboseala al ansamblului bucsa-rola de la transmisile cu lanturi ale TF (4.6.0) (4.6.1) (4.6.2) Zmin= p1= (4.6.3) > 4.7 Tipurile de cuplaje folosite în cadrul sistemului de manevră Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii în transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră , pompare şi rotire şi în obţinerea diferitelor de viteza materializând astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor . În general , la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică . După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting în practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale , caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale , cu o frecventă redusă a cuplărilor . Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care în timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte . Atât ambreiajele tobei de manevră cât şi ambreiajele maselor rotative se cuplează în sarcina . Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior învelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului . La acest tip de ambreiaj , saboţii sunt împinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur în vederea cuplării arborilor . În general , ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinând arborelui antrenat şi arborelui de antrenare , care pot fi realizate într-un mare număr de variante constructive . Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă . Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul până la aparatul de comandă . Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate . Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig. . 4.4) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf , prezentând , de asemenea , un burduf din cauciuc 1 , un inel profilat metalic , denumit obadă , 2 , saboţii metalici 3 , căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap înecat . Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate în plăci laterale 6 şi 7 . Saboţii , turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea în timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi în bolţurile 5 , având o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus în burduf 1 . Acesta este realizat din mai multe bucăţi având fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore . Fig.4.4 . Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat Burduful este executat din cauciuc cu inserţie având o grosime mai redusă întrucât nu transmite momentul de torsiune . Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate . Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate într-o măsură mai mare şi în special ca ambreiaje operaţionale . Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului . Ambreiaje pneumatice cu discuri . La instalaţiile de foraj realizate în ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri “de trecere”şi “de capăt” . Ultimul este utilizat exclusiv la partea “de încet” a tobei de manevră . Fig.4.5. Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig.4.6. Ambreiaj pneumatic cu discuri “de trecere” “de capăt” Ambreiajul pneumatic cu discuri “de trecere” poate fi utilizat în orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore . El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf. Ambreiajul pneumatic cu discuri “ de trecere” realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat în spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 . La rândul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 . Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 . Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 . Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea împreuna a ambelor serii de discuri . În acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10 . Ambreiajul “de capăt” , întreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat . La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai îngustă , neavând decât o singură cută . Modul de ambreiere este în principiul acelaşi : aerul comprimat introdus în camera dintre discul de capăt 1 , membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare între discul de fricţiune 4,5, şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 . Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează în carcasa dinţata 8 , iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9. Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare între discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj , se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare în carcasa dinţată 8 . Pentru debreiere , prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 , se îndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj . Troliul de foraj se compune, în general dintr-un şasiu în care sunt montaţi arborii, frânele mecanice, frâna hidraulica, transmisiile cu lanţ, pârghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice, cuplaje cu discuri sau cu burduf, ambreiaje ventilate cu burduf, sistemul de ungere, sistemul de comanda pneumatica etc. Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe: denevra si de lăcărit. · 4.8 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de transmitere totală : Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea : C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (4.8.0) Rezultă două linii de cuplare , şi anume : 1. C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 ; I , itI (4.8.1) 2. C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 ; II, itII (4.8.2) i t.I = i1.1 · i2.1 · i3.1 (4.8.3) it.II = i1.1 · i2.1 · i3.2 (4.8.4) it.I.>it.II. it.I.= 6,31206 it.II.= 3,20652 4.9 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM) Tobele de manevră se fac în construcţie turnată, sudată sau combinată. Tamburii de frână ai tobei de manevră se fac în construcţie separată, demontabili din oţel Mn Si. Toba troliului de foraj este prezentată schematizat în figura 5.2. Fig, 5. 2 Construcţia unei tobe de manevră 1 - arborele tobei;2 - toba propriu- zisă; 3 - sistemul de răcire cu apă; 4 - tamburul de frână; 5 - pene radiale; 6 - şuruburi. unde: Dj este diametrul interior; Dt - diametrul tobei (exterior); δ - grosimea de perete a tob DTM= diametrul tobei de manevra Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri H { 1,2,3...,v } lCTM = lungimea totala a cablului e = ek = numarul de spire intr-un val k {2,3,4...,v-1} ev = numarul de spire in ultimul val activ p = pasul canalelor manson spiral RC = raza canal cablu DTM { 22 , 24 } dc DTM { 500 , 700 }d1 d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului d1 = 0.57 d2 -cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ dc = 32 mm d2 = 2.6 mm d1 = 0.57 * 2.6 = 1.482 mm (4.9.0) DTM = ( 22 , 24 ) *32 mm = ( 704 , 768 ) (4.9.1) DTM = [ 500 , 700 ] * 1.482 mm = [ 741 , 1037.4 ] mm (4.9.2) Df = DTM v { 2 , ... , 4 } v = 3 D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (4.9.3) D1 = D0 + 2a = 773 + 2 * 29.76 = 832 .5 mm (4.9.4) a = * dC = 0.93 * 32 = 29.76 (4.9.5) = 0.93 D2 = D1 + 2a = 832.5 + 2 * 29.76 = 892.04 mm (4.9.6) D3 = D2 + 2a = 892.04 + 2 * 29.76 = 951.56 mm (4.9.7) Dm = (4.9.8) m = 5 lp = 27 m L = LCTM = 2m( lp + 0.5 ) (4.9.9) u = = 2m*vc (4.9.10) (4.9.11) sRA = 2m * sc (4.9.12) sc = lp sRA = L L = 2*5*27 = 270 m (4.9.13) l = l2 (4.9.14) la1 [ 10 , .... 15 ......, 20 ] la1 ( 11 .... 16 ) (4.9.15) l = l2 =37 - se alege l > cu 1.2 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar l1 = l-1 = 37 – 1 = 36 spire lal + l11 = 36 la1 = 15 spire l11 = 36 – 15 = 21 spire (4.9.16) l3 = 31.962 = 32 ev = e3 < l – l2 p = dc = (4.9.17) hp = 0.979 LTM = p * l1 + 0.5 dc (4.9.18) LTM = 35.75 * 36 *0.5 * 35 = 1305 mm DiM = (4.9.19) DCM = (4.9.20) RC = (4.9.21) 4.10 Ambreiajul operaţional de încet Să se aleagă ambreiajul operaţional de încet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH. Se cunosc următoarele elemente: = 0,985 = 0,4 Pc.ad = 500 kN/m în care: Pc.ad este presiune de concordanţă admisibilă - coeficient de alunecare statică k= 0,665 k Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente: DTM = 710 mm dc = 32mm FM = 25tf = 25 · 9.81 kN = 245,25 Kn (4.10.1) MCAD = (4.10.2) MCAD.M = (4.10.3) (4.10.4) în care : kdM este coeficient de dinamicitate maxim; pc – presiune de contact; n – numărul de suprafeţe de cuplare; MCAD – momentul capabil al ambreiajului cu discuri. (4.10.5) (4.10.6) D1 = DTM + dc (4.10.7) D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0,742 m (4.10.8) nA = {1,2,3} Se adoptă nA = 3 n = 2 · 3 = 6 (4.10.9) Se alege D = 750 mm Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250 4 .11 Diagrama de ridicare Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu în perioada de regim (mişcare stabilizată). F= (4.11.0) vcj = (4.11.2) j = I , II , III , IV D Dn = (4.11.3) (4.11.4) (4.11.5) w = u +v (4.11.6) v = 1 ; u = 2 w = 2+1 = 3 a = w+1 (4.11.7) a = 3+1=4 ; ; ; ; m = 5 (4.11.8) (4.11.9) C (4.11.10) N{1,2,3} în care : j este numărul de ordine al treptei de viteză itj – raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză M2 – momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului Fc’ – forţa la cârlig 2 – viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului m – numărul de role de la macara Dn – diametrul mediu de înfăşurare a cabului pe toba de manevră randamentul transmisiei energiei între arborele 1 al lanţului cinematic pentru linia de cuplare de ordinul j randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului cinematic randamentul transmiterii energiei între arborele 1 exclusiv şi arborele tobei randamentul sistemului macara-geamblac randamentul transmisiei cu lanţ randamentul rulmenţilor w- numărul de grupe de transmitere totale u – numărul de grupe de transmitere utile v – numărul de grupe de transmitere parazitare Ccoeficient de însumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare Nj – numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de ordinul j randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k) randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de ordinul(-k) Nj =1 C (4.11.11) Nj = 2 C extragerea si introducerea garniturii de foraj, respectiv introducere a coloanei de tubare, suspendate în cârligul mecanismului macara-geamblac, operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj înfăşurat pe toba de manevra a troliului; · înşurubarea, strângerea, slăbirea si deşurubarea paşilor de prăjini, precum si adăugarea bucăţilor de avansare, operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului; · transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativa (la unele construcţii); · susţinerea garniturii de foraj si reglarea apăsării pe sapa în timpul procesului de săpare; · lucrări de punere în producţie, pistonat, lăcărit, carotaj prin prăjini, operaţii care se executa cu ajutorul tobei de lăcărit; · ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul cârligului instalaţiei. 7.Concluzii Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF), în cazul nostru instalaţia de foraj F200 – 2DH. Programul din care face parte acesta tema a proiectului este: „Proiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze, cu performante ridicate, adaptate cerinţelor pieţei mondiale, şi exploatares lor raţională”, şi este destinată studenţilor din anul IV UTPS în vedere: · însuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS; · deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate. Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta în îmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin: · reducrea complexităţi mecanice a SM; · optimizarea funcţionării SM; · exploatarea raţională a SM. Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele: · folosirea eficienţă a puterii a IF; · reducerea consumului de metal al elementelor TF şi, ca urmare, obţinerea unei greutăţi specifice (raportate la unitatea de putere) minime; · creşterea fiabilităţi componentelor TF şi, deci, reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF rezultat din defecţiuni. BIBLIOGRAFIE 1. Popovici, Al. şi colab., Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol. Editura Universităţi din Ploieşti, 2005. 2. Parepa S., CCUPS, Notiţe de laborator. Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti. Anul univ. 2005 – 2006. 3. Parepa, S., CCUPS, Indicaţii la tema de proiectare: „Proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)”. Universitatea Petrol – Gaze din Ploieşti. Anul Univ. 2005-2006. 4. Pantazi, D., Construcţia şi tubarea sondelor. Ediţia Tehnică, Bucureşti, 1968. 5. Pantazi, D., Construcţia şi tubarea sondelor. Ediţia a II-a. Editura Tehnică, Bucureşti, 1972. 6. Radulescu, Al., Mihailescu, A., Cristea., V., Carnet tehnic. Utilaj petrolier-foraj. Editura tehnică, Bucureşti, 1975. 7. Raseev, D., Ulmanu, V., Georgescu , G., Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj. Editura tehnică, Bucureşti, 1986. 8. Ulmanu, V., Material tubular petrolier. Editura Tehnică, Bucureşti, 1992. 9. Costin, I., Scule pentru foraj şi extracţie. Editura tehnică, Bucureşti, 1990. 10. Cristea, V., Gradisteanu, I., Peligrad, N., Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1985. 11. Macovei, N., Hidraulică forajului. Editura Tehnică, Bucureşti, 1982. 12. Posea, N., Rezistenţa materialelor. Editura Tehnică, Bucureşti. 13. Dumitrescu, I., Georgescu, D., Siro, B., şi colab., Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj. Editura Tehnică, Bucureşti, 1987. 14. Dumitrescu, I., Nestorescu, D., Georgescu, D., Siro, B., şi colab., Instalaţii electrice din schelele petroliere. Editura tehnică, Bucureşti, 1988. 15. Costin, I., Îndrumătorul mecanicului de la exploatarea, întreţinerea şi repararea utilajelor de foraj. Editura Tehnică, Bucureşti, 1984. 16. ***STAS 875-86. Burlane pentru tubaj şi mufele lor. Dimensiuni. 17. *** STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18. Angel , A , Rezistenţa materialelor