Calculul si Constructia Utilajului Petrolier de Schela
CUPRINSCUPRINS1INTRODUCERE31.ALEGEREA TIPULUI DE INSTALATIE DE
FORAJ1.1. Programul de construcie aj sondei51.2. Determinarea
profilurilor coloanelor de burlane si a greutii fiecarei
coloane...71.3. Alegerea sapei pentre forajul putului de adancime11
1.4. Alegerea tipodimensiunilor de prjinilor grele si calculul
lungimii ansamblului de
adancime.......................................................................................................
12 1.5 Verificarea la flambaj a ansamblului de prjini grele i
determinarea componenei ansamblului de
adncime.......................................................16
1.6. Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul
lungimii ansamblului superior al garniturii de foraj17 1.7.
Alegerea prjinii de
antrenare.................................................................20
1.8. Alegerea instalaiei de foraj21 1.9. Concluzii.23
2.ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE IF I PREZENTAREA
PARAMETRILOR I CARACTERISTICILOR LOR2.1. Alegerea capului
hidraulic242.2. Alegerea ansamblului macara-crlig262.3. Alegerea
geamblacului de
foraj..............................................................282.4.
Alegerea elevatorului cu
pene.................................................................312.5.
Alegerea elevatorului pentru prjinile de foraj342.6. Alegerea
chiolbailor362.7. Alegerea cablului de manevra372.8. Alegerea
troliului de
foraj.......................................................................402.9.
Concluzii..................................................................................................413.PARAMETRII
SI CARACTERISTICILE MOTOARELOR/GRUPURILOR DEACIONARE SI CALCULUL
PUTERII INSTALATE3.1. Parametrii si caracteristicile
motoarelor/grupurilor de acionare463.2. Alegerea modului de
acionare473.3. Puterea consumatorilor auxiliari de fora503.4.
Calculul puterii instalate.523.5. Concluzii.52
4 PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ
4.1. Lanul cinematic de nsumare a puterii motoarelor/grupurilor
de acionare (LCIPGA)si calculul coeficienilor de nsumare si de
transmitere a puterii medii a unui motor/grup de acionare la
arborele 1 al lanului cinematic534.2. Parametrii transmisiilor
mecanice intermediare ale LCIPGA si verificarea criteriului de
limitare a fenomenului de oboseala al ansamblului bucsa rola
.................................................................................................................544.3.
Reprezentarea lanului cinematic al sistemului de manevra si
determinarea numrului de trepte de viteza.564.4. Tipurile de
transmisii mecanice de intrare in in troliul de foraj (TF) si
parametrii acestora..614.5. Tipurile de transmisii mecanice
utilizate in cadrul lantului cinematic la TF si parametrii
lor..584.6. 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
INTRODUCEREUn proiect nseamn o lucrare tehnica ntocmita pe baza
unei teme date, care cuprinde calculele tehnico-economice,
desenele, instruciuni de montaj si ntreinere etc., necesare
executrii unei instalaii, construcii, maini, unui utilaj,
dispozitiv, unei scule etc.Lucrarea tehnica este un studiu scris
asupra unui subiect cu caracter tehnic, o scriere, o opera
tiinifica.Lucrarea ca studiu scris este aciunea de a lucra / de a
studia si rezultatul ei, adic o munca intelectuala susinuta depusa
in vederea nsuirii de cunotine tiinifice temeinice intr-un anumit
domeniu de specialitate.In ceea ce privete metoda de lucru vom
utiliza o metoda cu profund caracter fenomenologic, avnd n vedere
adevrul exprimat de academicianul Dumitru Dumitrescu (un mare
hidrotehnician roman), si anume: Un calcul concret este complet
numai cnd ptrunde in esena invizibil a fenomenului. [3]Dezvoltare
utilajului petrolier este legata de dezvoltarea metodelor de foraj,
extracie, transport si prelucrare a petrolului.Instalaiile de
foraj, in funcie de metodele de foraj folosite, au avut urmtoarea
evoluie:a) foraj percutant (cu cablu sau cu prjini);b) foraj
percutant hidraulic;c) foraj rotativ hidraulic;d) forajul cu
turbina si motor elicoidal.Tendinele care se manifesta in evoluia
instalaiilor de foraj sunt: creterea puterii instalate si a
capacitii instalaiilor de foraj construite; creterea valorilor
parametrilor cinematici si dinamici (viteze, sarcini, presiuni,
debite); modularea si interschimbabilitatea elementelor componente;
folosirea transmisiilor hidraulice si pneumatice; acionarea
instalaiei diesel-hidraulic, diesel electric in curent continuu,
sau cu turbine cu gaze; automatizarea si mecanizarea.Instalaiile de
extracie difer si ele in funcie de metoda de extracie utilizata:a)
erupie captata (naturala);b) erupie artificiala;c) pompare;d)
exploatare secundara:injecie de apa sau de gaze, care se poate face
extracontural sau intracontural;stimulare aflux de petrol prin
fisurare hidraulica sau injecie de abur; combustie subterana. [1]
Forajul si construcia sondelor, exploatarea zcmintelor 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 posibilitilor
tehnice actuale. Realizrile privind adncimile 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 desfurrii forajelor pn la adncimi de 15000 m sunt
determinate de progresele realizate in domeniul formelor
constructive, materialelor, tehnologiilor de fabricaie i control,
precum i a bazei de calcul de rezistenta i stabilitate pentru
garnitura de foraj, burlanele pentru tubaj, evile de extracie i
conducte.
In domeniul garniturii de foraj, in cadrul actualelor forme
constructive, se remarca introducerea unor materiale si tratamente
termica care sa conduc la obinerea gradelor de rezistenta
superioare. De asemenea, se extinde utilizarea prjinilor de foraj
din aliaje de aluminiu, realizate ca prototip si in tara noastr.O
modificare relativ recenta in structura materialului tubular o
reprezint acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a evilor
de extracie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica
si sudare electrica prin presiune pe generatoare. Aceasta
tehnologie de fabricaie ofer avantajul adaptrii cu uurina la
fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete
superioare celei laminate. Procedeul implica, totodat, utilizarea
unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie
moderna de sudare si control nedistructiv.Creterea adncimii de
foraj ridica problema ca, pe lng asigurarea unor caracteristici
mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular, sa fie
garantata si sigurana la exploatarea in medii corosive si in medii
acide cu hidrogen sulfurat. Aceste cerine contradictorii se rezolva
printr-un complex de masuri privind creterea puritii otelului si
aplicarea unor tratamente termice riguros conduse, care sa asigure
ncadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restrns de valori.In
cadrul sondelor corosive, se remarca tendina de extindere a
utilizrii materialului tubular executat din otel inoxidabil si din
superaliaje pe baza de nichel sau cobalt. Dei costul acestora este
foarte ridicat, ele sunt superioare din punct de vedere
tehnico-economic soluiilor actuale prin faptul ca rezistenta
ridicata permite utilizarea evilor de extracie cu perei subiri -
dublnd practic producia sondei si fcnd inutile injectarea
inhibitorilor de coroziune si interveniile in exploatare.Evitarea
accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct
att de tehnica de control cat si de proporia acesteia. De aceea, pe
plan mondial se manifesta, pe de o parte, tendina de cretere a
volumului si complexitii operaiilor de control uzinal si, pe de
alta parte, efectuarea controlului in condiii de antier de ctre
firme specializate. Se utilizeaz uniti complexe de control
nedistructiv, care asociaz metode de control magnetic, cu
ultrasunete si cu radiaii, care asigura depistarea defectelor, a
orientrii si dimensiunilor acestora, msurarea grosimii de perete si
sortarea materialului tubular in funcie de marca otelului.In
paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de
fabricaie, 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
mbinrile filetate. Se remarca in aceste sens aplicarea metodei
elementului finit la calculul mbinrilor filetate, determinare
presiunii exterioare critice de pierdere a stabilitii burlanelor
pentru tubaj la solicitri compuse innd seama de erorile de forma,
de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii,
calculul durabilitii garniturii de foraj pe baza metodelor
mecanicii ruperii materialelor, precum si dezvoltarea unei game
largi de forme constructive pentru mbinrile filetate ale burlanelor
pentru tubaj si evilor de extracie, cu rezistenta la smulgere si
etaneitate sporite.Obiectivul utilizrii la parametri maximi a
materialului tubular se realizeaz prin luarea in consideraie a
ansamblului problemelor privind proiectarea, construcia si
exploatarea acestuia. [8]
CAPITOLUL 1 ALEGEREA TIPULUI DE INSTALATIE DE FORAJ 1.1.
Programul ele construcie al sondeiModul de ntocmire a programelor
de tubaj difer, in foarte mare msura, in funcie de tipul sondelor
si de caracteristicile geologice ale regiunii in care urmeaz sa fie
spat 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 raionalizare a
procedeelor de lucru utilizate, in scopul scderii preului de cost
al sondei si, totodat, a mbuntirii condiiilor de spare si
exploatare.Una din cele mai dificile probleme in stabilirea
programului de tubaj, o constituie estimarea adncimii formaiunilor
ce trebuie traversate, si mai ales presiunilor acestor
formaiuni.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
numrul, dimensiunea si adncimea de fixare a coloanelor necesare,
rezultate, din luarea in considerare a tuturor caracteristicilor
geologice s-i petrografice ale formaiunilor ce urmeaz a fi
traversate.In acest scop se stabilete, mai nti, adncimea si
diametrul coloanei de explorare (sau a coloanei pierdute"), care
condiioneaz diametrul coloanelor precedente si care sunt
determinate de urmtorii factori principali: echipamentul de fund
necesar aplicrii metodei de extracie artificiala a sondei;
producerea simultana din mai multe orizonturi, metoda care necesita
mai multe garnituri de tubing, izolate intre ele prin pachere;
metoda de producie ce va fi folosita (coloana perforata, utilizri
de filtre etc); alternativa sprii in continuare a sondei, la o data
ulterioara.Diametrul coloanei va avea valoarea minim necesara ce
rezulta din condiiile enumerate mai sus. Se va tine seama de spaiul
din interiorul coloanei, necesar fixrii diverselor tipuri de
echipament de producie, inclusiv de spaiul pentru efectuarea in
condiii acceptabile a lucrrilor de instrumentaie pentru recuperarea
eventualelor piese care rmn la put.In eventualitatea continurii
forajului la o data mai trzie, trebuie acordata intervalului urmtor
aceeai luare in considerare a condiiilor de punere in producie, ca
pentru intervalul prezent.In cazul ca nu exista intenia de
continuare a forajului, condiiile de punere in producie a
formaiunii urmtoare mai adnci, sunt in realitate acelea care
reprezint factorul principal de care trebuie sa se tina seama.
Trebuie avut, de asemenea, in vedere ca pentru adncirea in
continuare a sondei, sapa de dimensiune adecvata trebuie sa treac
prin actuala coloana de producie (exploatare) si ca dimensiunea se
limiteaz la dimensiunea echipamentului de producie pentru orizontul
urmtor.Fcnd abstracie de eventuala continuare a forajului la
orizonturi mai adnci, 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 privete sondele de prospeciune
spate 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 mrimea
admisibila a spaiului inelar. Pentru stabilirea raionala a adncimii
de fixare a acestor coloane, este necesara o estimare cat mai
apropiata de realitate a caracteristicilor formaiunilor ce urmeaz a
fi traversate. In acest scop este important a se cunoate: adncimea
formaiunilor cu presiuni anormal de mari; zonele cu pierderi de
circulaie; zonele cu marne hidratabile si instabile; formaiunile
foarte dure si durata mare a forajului, cum si formaiunile cu
inclinare mare a stratificrii, apropiata de verticala; formaiunile
cu temperaturi foarte mari.Cunoaterea cu cat mai multa exactitate a
acestor factori, faciliteaz formularea programului de tubaj al
sondei, acesta constituind etapa cea mai importanta a planificrii
lucrrilor sondei respective.Programul de tubaj cel mai simplu
prevede tubarea a doua coloane, coloana de suprafaa si coloana de
exploatare, si este utilizat la sondele de exploatare si la cele fr
probleme dificile de foraj, fiind cunoscut si sub numele de program
cu coloana unica. Termenul este utilizat, in special, in cazurile
cnd se trece, pentru simplificarea tubajului, la nlocuirea printr-o
singura coloana de exploatare, att a coloanei pierdute", cat si a
coloanei precedente care ndeplinete simultan rolul dublu de coloana
intermediara si de coloana de exploatare.In cazul ca nlocuirea este
ncununata de succes, msura este recomandabila, ducnd la realizarea
unei economii importante de material tubular, la mrirea vitezei de
foraj si la evitarea de avarii. In alte cazuri, insa, din
cunoaterea insuficient de precisa a comportrii formaiunilor, metoda
poate da natere la dificulti importante legate de eventuala
pierdere a unei sonde, pierdere dificil de recuperat prin sparea de
noi sonde cu acelai program simplificat.Operaia de tubare si
cimentare a unei coloane de burlane la adncimea proiectata poate fi
efectuata in condiii bune daca intre burlanele componente si teren
exista un spaiu inelar de o anumita mrime. Mrimea necesara acestui
spaiu inelar depinde de o serie de factori, intre care, se pot
enumera, ca fiind cei mai importani, urmtorii: lungimea poriunii
netubate (deschise) de formaiune traversata cu sapa; dimensiunea si
tipul burlanelor care alctuiesc coloana; rectilinitatea si
verticalitatea gurii sondei;natura formaiunilor traversate;
caracteristicile fluidului de foraj; starea general a gurii de
sonda etc.
Din datele iniiale cunoatem urmtoarele: adncimea final a sondei,
HM = 2600m; programul de tubare a sondei: adncimea de tubare
relativ 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 i a
burlanelor din componena ei, DCBj 185/8;133/8;85/85 in. (1.2)
yTj = (1.3)n care: HTj este adncimea de tubare a coloanei de
ordinul j; HM adncimea maxim (final) 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)
n care: HCA este adncimea de tubare a coloanei de ancorare;
HCI(I) - adncimea de tubare a coloanei intermediare I; HCI(II) -
adncimea de tubare a coloanei intermediare II; HCE - adncimea de
tubare a coloanei de exploatare. n continuare se va prezenta
programul de tubare pentru sonda de 2600 m, din datele de
proiectare.jCBJ=CTJHCBJ=HTCB.JmLSmYT,jDCBJin(mm)Tip burlane i
FDMCB,jmmCBJmmSap cu trei conuriDimCB.j-1mmimCB,j-1mm
DSP,jin(mm)TipulsapeiFU-C
1CA312
3120.12185/8473APIS498.5------
2CI(I)1040
7280.4133/8339.7APIB365.1------
3CI(II)19509100.7585/8219.1APIL244.5------
4CE260065015127APIL141.38.7563/4171.5MA 63/4
DGJ31/2REG198.7813.74
1.2 Determinarea profilurilor coloanelor de burlanei a greutii
fiecrei coloane
n acest capitol se calculeaz i se determin profilul coloanelor
de burlane intermediare (CI) i a coloanelor de exploatare (CE).
Determinarea profilului fiecrei 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) f=1.5 t/m3
(1.2.4) rezult urmtoarele date:
Tabelul 1.2Caracteristicile CI(II) de 85/8 in, tip F = API L ,
HT3=1950, nt3=3:
i123
Li-1, m011801700
Li, m118017001950
lBi, m1180520250
sBi, mm8.9410.1610.16
CBiJ55J55N80
m1.Bi, kg/m47.6653.6253.62
qBi, N/m467.54526.012526.012
GBi, kN551.65273.53131.503
GCB,3, kN956.683
li = Li Li-1 (1.2.5) qBi = m1Bi g (1.2.6) GB.i = qBi lBi
(1.2.7)
n care: Li este adncimea de tubare a tronsonului burlanului de
ordinul i; Li-1 - adncimea de tubare a tronsonului burlanului de
ordinul i-1; li - lungimea tronsonului i; OBi clasa de rezisten a
oelului din care se confecioneaz burlanele de ordinul i; sBi
grosimea de perete a burlanelor din tronsonul i; m1Bi masa unitar a
burlanelor din tronsonul i; ( din STAS 875-86 , tab.3 ) qBi
greutatea unitar a burlanelor din tronsonul i; Gi greutatea
tronsonului i.
Se calculeaz greutatea coloanei de burlane intermediare, GCI(II)
, cu urmtoarea relaie:
GCI = n care nt este numrul 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 rezult urmtoarele date:
(1.2.10)
Tabelul 1.3Caracteristicile CE de 5 in, tip F = API L ,
HT4=2600, nt4=3:
i123
Li-1, m014001950
Li, m140019502600
lBi, m1400550650
sBi, mm6.437.527.52
CBiJ55J55N80
m1.Bi, kg/m19.3622.3422.34
qBi, N/m189.92219.155219.155
GBi, kN265.888120.535142.450
GCB,3, kN528.873
1.3 Alegerea sapei pentru forajul puului de exploatareInstalaia
de foraj reprezint totalitatea mainilor, utilajelor si instalaiilor
necesare sprii unei sonde.Studiul pe sisteme al instalaiilor de
foraj corespunde principalelor operaii care se efectueaz pentru
forarea unei sonde, precum si principalelor grupe de maini si
utilaje care intra in componenta acestor instalaii.Sistemele de
lucru ale unei instalaii de foraj sunt: Sistemul de manevra - SM-
cu ajutorul cruia se realizeaz ridicarea si coborrea sarcinilor;
Sistemul de circulaie - SC - care asigura circulaia fluidului de
foraj; Sistemul de rotire - SR - care realizeaz rotirea garniturii
de prjini in timpul forajului.In cazul instalaiilor de foraj
transportabile apare si sistemul de transport.Pentru asigurarea
condiiilor de funcionare a sistemelor de lucru, instalaia de foraj
mai cuprinde: sistemul de comenzi; instalaia de preparare si curare
a fluidului de foraj; dispozitive de mecanizare si automatizare;
ansamblul de scule; materialul tubular. Garnitura de foraj
reprezint ansamblul elementelor prin intermediul crora se
transmite, de la suprafaa la sapa, energia necesara forrii gurii de
sonda. Principalele funciuni ale garniturii de foraj sunt:
transmiterea la sapa a micrii de rotaie (la forajul rotativ cu
masa), exercitarea apsrii pe sapa, introducerea sau extragerea
sapei si a altor instrumente sau scule din sonda si asigurarea
circulaiei fluidului de foraj.Problema principala privind
construcia si exploatarea garniturii de foraj pentru forajul de
adncime o reprezint garantarea siguranei in exploatare, care se
realizeaz pe baza unui complex de masuri constructive, tehnologice
si de exploatare.Structura garniturii de foraj depinde de adncimea
sondei, de tehnologia forajului, de condiiile geologice
etc.Principalele elemente componente ale garniturii de foraj sunt:
prjinile grele, stabilizatorii, reduciile de legtura, prjinile de
foraj cu racordurile speciale si prjina de antrenare.In scopul
asigurrii interschimbabilitii si al exploatrii lor raionale,
elementele garniturii de foraj, se executa in conformitate cu
normele Institutului American al Petrolului (API), ale Organizaiei
Internaionale de Standardizare (ISO), si cu standardele naionale
care corespund practic cu normele internaionale. Standardele
reglementeaz tipurile constructive, dimensiunile, condiiile tehnice
si unele caracteristici mecanice, coninnd si prescripii privind
materialele, tratamentele termice si condiiile de recepie. Normele
tehnice de ntreprindere si caietele de sarcini introduc prescripii
suplimentare privind condiiile de fabricaie, recepie si exploatare.
[8] In figura 1.3.1 se prezint principalele pri componente ale unei
garnituri de foraj clasica/convenional n cazul forajului cu masa
rotativ.
Fig. 1.3.1 Garnitura de foraj (Gar. F.) clasica / convenional in
cazul forajului cu MR:An. Ad. - ansamblu de adncime; s - sapa; RL -
reducie de legtura;Cor. St. Ro - corector - stabilizator cu role;
ASV - amortizor de ocuri si vibraii;PG prjina grea; Dpg diametrul
nominal (exterior) al PG; St stabilizator;G -geala; LAn.Ad. -
lungimea An.Ad.; An.S - ansamblul superior; PFI - prjina de
forajintermediara; PF - prjina de foraj; Dpf - diametrul nominal
(exterior) al PF;L An.s lungimea An.S.; Lgf lungimea Gar.F; PA
prjina de antrenare; Pm ptraii mici; An.Ro antrenor cu role; PM
ptrai mari; MR masa rotativa;RLCH - reducie de legtura intre CH si
PA; VS/CS - ventil de sigurana / cana de sigurana; CH - cap
hidraulic; c - crlig; MC - ansamblul macara - crlig.Operaia de
tubare si cimentare a unei coloane de burlane la adncimea
proiectata poate fi executata in condiii bune daca intre burlanele
componente si teren exista un spaiu inelar de o anumita mrime.
Mrimea necesara a acestui spaiu inelar depinde de o serie de
factori, intre care, se pot enumera, ca fiind cei mai importani,
urmtorii: lungimea poriunii netubate (deschise) de formaiune
traversata cu sapa; dimensiunea si tipul burlanelor care alctuiesc
coloana; rectilinitatea si verticalitatea gurii sondei; natura
formaiunilor traversate; caracteristicile fluidului de foraj;
starea generala a gurii de sonda etc.Fig. 1.3.2 Spaiul inelar" CBj
si jocul minim dintre sapa si peretele interior alburlanului eu
diametrul interior minim imCBj ;M.CB.j-mufa(M)CB.j.
Din tabelul 1.3.1 se alege spaiul inelar, CE, in funcie de
diametrul nominal al coloanei de exploatare, DCE.
Tabelul 1.3.1Nr.Crt DDCB mm (in) CB mm CB,r mm RCB Condiii de
foraj (C.F.)
Normale (N)Complicate (C)
RCB,rCSI,CB,rRCB,rCSI,CB,r
1.114,3(41/2)127(5)13,715,21015
0,0750,00980,0500,0650,1100,1500,0600,0900,1370,220
2.139,7(51/2)158,3(61/4)16,819,11520
3.168,3(65/8)193,7(75/8)20,223,22025
4.219,1(85/8)244,5(95/8)26,329,32530
5.273,1(103/4)289,4(113/4)32,835,830350,0600,0900,1370,2200,0800,1000,1900,250
6.323,8(123/4)339,7(133/8)38,940,83540
7.406,4(16)508,0(20)48,861,04550
DCE = 5 in = 127 mm CE = 15 mm Sapele pentru forajul sondelor de
adncime destinate explorrii sau exploatrii zcmintelor de iei si
gaze se mpart, dup modul de lucru al elementului activ asupra
rocii, in doua mari categorii:>SAPE CU TI FIX in care se includ
tipurile de sape cunoscute sub denumirile uzuale deo sape coada de
peste" groase;o sape coada de peste" subiri; o sape cu trei lame; o
sape monolit; o sape cu diamante;
>SAPE CU CONURI care au cea mai larga utilizare si in
categoria crora tipul principal este reprezentat de sapele cu trei
conuri (fig. 1.7)
Fig. 1.7 Construcia sapei cu trei role/conuri, cu splare
exterioar (cu jet) J 1-falc; 2-con/rol; 3-dantur; 4-contracon; 5-
lagre; 6-duz
Calculul i Construcia Utilajului Petrolier de Schel
---------------------------- Proiect
Pagina 52
Din tabelul 1.4 [3], se alege diametrul mufei coloanei de
exploatare, DM.CE corespunztoare diametrului nominal al coloanei de
exploatare, DCE .DCE=127 mm DMCE =141.3 mm Se calculeaz diametrul
sapei, Ds, cu urmtoarea relaie:
(1.3.1) CE=0.12DCE=0.12127= 15.24 15 mm (1.3.2)
DSPE=DM.CE+2CEr=141.3+215=171.5mm (1.3.3)Di.m.CI(II)=DCI(II)-2sB.M=
219.1 - 210.16 = 198.78 mm (1.3.4) (1.3.5) (1.3.6) Se alege o sap
cu trei conuri MA 63/4 DGJ
n care: DSPE este diametrul sapei puului de exploatare; CE
spaiul inelar pentru coloana de exploatare; DMCE diametrul mufei
coloanei de exploatare; i.m.CI(II) jocul interior minim al coloanei
intermediare CI(II) MA rezistena la foraj i abrazivitate (mediu -
abraziv); D tipul danturii (oel, avnd contracon ntrit si prin
tifturi din carburi metalice sinterizate) G tipul lagrelor (etane,
cu alunecare); J tipul splrii (splare exterioar cu lichid, cu
jet).
1.4 Alegerea tipodimensiunii de prjini grele i calculul lungimii
ansamblului de adncime
Prjinile grele pentru foraj sunt evi cu pereii groi destinate
exercitrii apsrii pe sapa. Ele se difereniaz din punct de vedere al
tehnologiei de fabricaie si al formei. Din punct de vedere al
tehnologiei de fabricaie, prjinile grele se executa in urmtoarele
variante: Prjini grele forjate, STAS 11609 - 89, mbuntite pe toata
lungimea; Prjini grele laminate cu alezajul prelucrat prin gurire,
mbuntite pe toata lungimea; Prjini grele laminate executate din evi
laminate cu perete gros, STAS 1898 - 80, normalizate si mbuntite la
capete pe o lungime de circa 1500 mm. Prjinile grele forjate cu
seciune circulara sunt standardizate n STAS 11609 - 89. Se execut n
construcie mufa - cep i mbuntite pe toata lungimea. mbinrile sunt
de tipul cu umr avnd degajri pentru reducerea tensiunilor. Fig. 1.8
Prjina grea cu seciune circular
Degajrile pentru pene si elevatori ofer mai mult sigurana la
manevrarea prjinilor grele.Diametrul nominal al prjinilor grele,
DPG, se calculeaz cu relaia urmtoare: DPG=DS -25mm (1.4.1)DPG=
171.5mm 25mm =146.5mm (1.4.2)Prjinile grele se aleg conform
urmtorului tabel:Tabelul
1.5Ds(mm)149.2161.5161.5171.9187.3200212.7228.6269.5311.2349.2>374.7
DPG(mm)121139133(121)159(146)187(155)203(178)245(219)254(299)273(254)
Se aleg prjini grele circulare cu diametrul nominal DPG =
152,4mm Din tabelul 3 [3], se alege : * prjini grele circulare cu
diametrul nominal: DPG = 152,4 mm = 6 in *diametrul interior al
prjinilor grele: DPGi =71,5mm = 213/16 in *tipodimensiunea mbinrii
filetate cu umr NC44 *masa unitara a prjinilor 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
44m1PG=111.5 kg/mM.r=24.4 kNm (momentul de nurubare
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 n subcapitolul
anterior, Ds = 215.9 mm = se alege diametrul nominal al prjinii de
foraj DPF = 4 in = 114.3mm Din tab. 3.16. [8], se aleg valorile
celorlalte caracteristici de exploatare ale prjinilor de foraj,
corespunztoare diametrului nominal al prjinilor 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 prjinii de foraj A= 2455 mm
- modulul de rezistent WP= 105,83 cm - tipul ngrorii IEI -
gradul NC 46 (4IF) - presiunea exterioara pe= 1391 bar - presiunea
interioara pi= 1344bar - fora de traciune FPF= 2285 kN - momentul
de torsiune MtPF= 56,84 kNm - tipodimensiune NC46 (IF)n care: FGFM
este apsarea 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 prjini
grele, in kN GAnPF - greutatea ansamblului de prjini de foraj, in
kN LAnPG lungimea ansamblului de prjini grele, in m qPG greutatea
unitara a prjinilor grele, in N/m LAnPF - lungimea ansamblului de
prjini de foraj, in m qPF - greutatea unitara a prjinilor de foraj,
in N/m m1PF masa unitara a prjinilor de foraj, in kg/m
APF aria prjinilor de foraj, in mmLAnPG-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 prjinii de antrenare
Prjinile de antrenare sunt elemente ale garniturii de foraj prin
intermediul crora se transmite micarea de rotaie de la masa rotativ
la prjinile de foraj, ele asigurnd circulaia fluidului de foraj de
la capul hidraulic la prjinile de foraj. Dup forma seciunii
transversale, prjinile de antrenare pot fi ptrate sau hexagonale.
Forme constructive i condiii tehnice. Prjinile do antrenare se
execut n dou variante constructive: monobloc (executate prin
forjare) i n construcie combinat, constnd dintr-un corp (laminat) i
reducii asamblate prin nfiletare.Prjinile de antrenare forjate
(monobloc) se execut cu seciune ptrat sau hexagonal, avnd mbinarea
superioar muf cu filet sting, pentru asamblare cu capul hidraulic,
i mbinarea inferioar cep cu filet dreapta, pentru asamblare cu
prjinile de foraj, conform STAS 1897-80 i API Spec. 7.. Seria I
este preferenial iar seria II se execut la cerere. Prjinile de
antrenare laminate conform STAS 4344-80 se execut numai cu seciunea
ptrat. Corpul prjinii se execut prin laminare, avnd la extremiti
filete cep stnga i dreapta. Prjina se echipeaz la captulsuperior cu
o reducie muf-muf iar la captul inferior cu o reducie muf-cep.
Asamblarea reduciilor de legtur la corpul prjinii se realizeaz prin
mbinri filetate cu dublu blocaj: pe spirele filetului i pe suprafaa
conic lis, n prelungirea filetului. Dimensiunile suprafeei conice
de blocaj sunt astfel determinate nct s asigure un ajustaj cu
strngere, asamblarea realizndu-se, de regul, prin nclzirea
reduciei. Din {8} se alege o prjin de antrenare cu seciune
hexagonala cu urmtoarele caracteristici:-element de imbinare
superior mufa;-element de imbinare inferior cep;- dimensiunea
nominal 108 mm (41/4 in);- lungimea prii de antrenare l1 = 11278
mm;- lungimea total l =12192 mm;- mrimea i tipul mbinrii superioare
(muf) [in] 65/8 REG;- mrimea i tipul mbinrii inferioare (cep) [in]
NC 46(4 IF), NC 50 (41/2 IF);- diametrul interior d3 =71,4mm;-
latura ptratului a = 108,0mm;- d1 = 196,8mm;- d2 = 158,7mm;- masa
800 kg.
PFFA(c)DPAI(mm/in)lPA(m) a (mm)mPA(kg)IFU(superior M)
NC 50
133
82.612.192133.41040 REG
1.8 Alegerea tipului instalaiei de foraj Instalaia de foraj
reprezint totalitatea mainilor, utilajelor si instalaiilor necesare
sprii unei sonde. Studiul pe sisteme al instalaiilor de foraj
corespunde principalelor operaii care se efectueaz pentru forarea
unei sonde, precum si principalelor grupe de maini si utilaje care
intra in componenta acestor instalaii. Sistemele de lucru ale unei
instalaii de foraj sunt: Sistemul de manevra SM- cu ajutorul cruia
se realizeaz ridicarea si coborrea sarcinilor; Sistemul de
circulaie - SC - care asigura circulaia fluidului de foraj;
Sistemul de rotire - SR - care realizeaz rotirea garniturii de
prjini in timpul forajului. In cazul instalaiilor de foraj
transportabile apare si sistemul de transport. Pentru asigurarea
condiiilor de funcionare a sistemelor de lucru, instalaia de foraj
mai cuprinde: sistemul de comenzi; instalaia de preparare si curare
a fluidului de foraj; dispozitive de mecanizare si automatizare;
ansamblul de scule; materialul tubular. [1] Alegerea instalaiei 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) n care: FCM este sarcina maxima de lucru, in
kN FCMT sarcina maxima rezultata in timpul tubrii sondei cu cea mai
grea coloana de burlane GCBM, in kN
FCMD=GGFM (1.8.13) GGFM= 1385.05 kN Din tabelul urmtor se alege
forta suplimentara la crlig necesar desprinderii, FCS, in funcie de
adncimea 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 mrimii sarcinii maxime de lucru, FCM, determinate se
alege msura sarcinii maxime utile tipizate. Din tab. 1.1. [1], se
alege o instalaie de foraj F200 - 2DH, instalaie care are urmtorii
parametri principali:- Sarcina maxim la crlig: FCM = 2000 kN;-
Intervalul adncimilor de foraj recomandate: (20004000)m;- Puterea
instalat minim fr grupuri motopompa: 1310 kW (1780 CP);- Efortul
maxim n cablul de manevr: 25 kN;- Diametrul cablului de manevr: 32
mm;- Numrul de role la macara: 5;- Puterea minim la intrare n masa
rotativ: 370 kW (500 CP);- Diametrul seciunii de trecere recomandat
la masa rotativ: 520,7 mm (201/2 in);- Puterea la arborele pompei
recomandat: 515 kW (700 CP);- Numrul de pompe (inclusiv
motopompele): 2;- nlimea liber a mastului (informativ): 38 m;-
nlimea minim a podului sondei: 4 m.
1 .9 Concluzii
Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor
principali ai unei instalaii de foraj precum i alegerea tipului de
instalaie de foraj pe baza parametrilor determinai i anume:
programul de construcie al sondei (care a avut ca scop proiectarea
sondei n ansamblu pe baza datelor iniiale de proiectare i
determinarea caracteristicilor sondei); determinarea profilului
coloanelor de burlane necesare tubrii sondei respective i calculul
greutii coloanelor de burlane folosite; alegerea garniturii de
foraj pentru adncimea maxim (pentru acest lucru a fost necesar sa
ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor
calcule i cu ajutorul tabelelor i stasurilor ntocmite n acest
sens). Alegerea garniturii de foraj s-a fcut plecnd de la
componentele de fund ale instalaiei de foraj ctre suprafaa. In
funcie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa
corespunztoare, n funcie de diametrul sapei de foraj s-au ales
prjinile grele i s-a determinat lungimea ansamblului de prjini
grele. Prjinile de foraj au fost alese tot n funcie de diametrul
sapei de foraj dup care s-a calculat lungimea ansamblului de prjini
de foraj. Pentru a se putea alege instalaia de foraj corespunztoare
a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de
foraj. n final s-a ales instalaia de foraj corespunztoare
parametrilor determinai anterior.
CAPITOLUL 2ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE
FORAJ I PREZENTAREA PARAMETRILOR I CARACTERISTICILOR LOR2.1.
Alegerea capului hidraulicAcest echipament este un nod funcional al
instalaiei de foraj. Funciile acestuia sunt: susine garnitura de
foraj; asigur rotirea garniturii de prjini de foraj i circulaia
fluidului de la furtun la garnitura de prjini (prile fixe i
rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmeni i
etanate).n figura 2.1. este prezentat schema unui cap
hidraulic.
Fig. 2.1. Capul hidraulic
1 - toarta capului hidraulic; 2 - luleaua capului hidraulic; 3 -
eava de splare; 4 - cutia de etanare pentru fluidul de foraj; 5 -
rulmentul axial secundar cu bile; 6, 6' - rulmeni radiali de
centrare i de ghidare cu role cilindrice; 7,7' - etanrile pentru
uleiul de ungere a rulmenilor; 8 - rulmentul principal; 9 - reducia
de legtur a capului hidraulic cu tija ptrata; 10 - fusul capului
hidraulic; 11 - corpul capului hidraulic.
Toarta capului hidraulic este suspendat n crligul instalaiei de
foraj.Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a
furtunului de la ncrctor. Luleaua se fabric din oel aliat turnat,
pentru a rezista aciunii particulelor abrazive din componena
fluidului de foraj.eava de splare are duritate mare pentru c este
supus la interior, la abraziune i, la interior, frecrilor din cutia
de etanare pentru fluidul de foraj. Exist construcii noi de capete
hidraulice care se fac cu eava de splare cu montaj lateral (cu dou
presetupe); n acest caz crete gabaritul pe vertical, dar se schimb
mai comod.Cutia de etanare pentru fluidul de foraj lucreaz 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.Reducia de legtura a capului hidraulic
cu tija ptrat este prevzut cu filet stnga". Filetul este stnga"
datorit faptului c masa rotativ se rotete spre dreapta i ca urmare
elementele aflate sub mas trebuie sa fie prevzute cu filet dreapta,
iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stnga (pentru a nu se
produce deurubri n timpul funcionrii).Fusul capului hidraulic este
piesa aflat n micare de rotaie.Cerinele impuse capului hidraulic
sunt urmtoarele: siguran n funcionare (rezisten corespunztoare);
durabilitate mrit; pierderi hidraulice i uzuri minime.
etaneitate;Caracteristicile principale ale capului hidraulic
sunt:a) fora static maxim preluata de acesta, este sarcina nominal
a capului hidraulic. Simbolizarea capului hidraulic se face cu
grupul de litere CH" sau CHT", pentru capete hidraulice cu eava de
splare montata lateral, urmate de sarcina maxim n tf. Exemple: CHT
650, CHT 500, CHT 400, CH 320, CH 200, CH 125, CHT 50.b) sarcina
maxim n timpul funcionriic) presiunea maximd) viteza unghiulara
maxim sau turaia maxime) cotele d1 i A din figura 2.1.[1 ]Alegerea
capului hidraulic se face n funcie de condiia: FCH FCM .Din tab
11.2. [1], se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar
instalaiei de foraj alese, F200, cu urmtoarele caracteristici
tipizate:1. Sarcina maxim de lucru la crlig: FCH= 2000 kN.2.
Sarcina normala de lucru la crlig: 1250 kN.3. Tipul rulmentului
principal: 29448.4. Dimensiunile rulmentului principal d/D x B:
240/440x 122 mm.5. Sarcina maxim n funcie de rulment cf. Spec. API
8A: 114 Ustonf.6. Presiunea maxim de lucru: 210 bar.7. Turaia
maxim: 300 rot/min.8. Diametrul interior al evii de splare: 76
mm.9. Filetul de legtura al lulelei la furtunul de cauciuc: LP4.10.
Filetul reduciei de legtura cu prjina de antrenare: 65/8 N.11.
Distanta liber pentru introducerea crligului H+50mm: 530 mm.
12.Razele de curbura ale suprafeei de susinere a toartei:a.E2max=
63,5 mmb.F2max= 114,3 -1+3 mm13.Dimensiunile principale:a.nlimea A:
2500 mmb.Limea B: 788 mmc.nlime biglu D: 127-1 mm14.Masa totala:
mCH =1, 58t.
Se calculeaz masa capului hidraulic cu relaia urmtoare: GCH =
mCH g (2.1) GCH = 1,5t 9,81m/s2 = 15.499 kN
2.2. Alegerea ansamblului macara-crligComponena ansamblului
macara-crlig este prezentat n figura 2.3. Simbolizarea acestui
echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC, urmat de
valoarea, n tf, a sarcinii maxime utile de la crlig. Arcul servete
pentru sltarea pasului la deurubare, evitndu-se astfel o manevra
suplimentar. La macaralele mari, n paralel cu arcul, exist un
amortizor hidraulic, pentru evitarea deteriorrii filetelor cepului
i mufei, din cauza vitezelor mari de sltare. Sistemul de blocare la
rotire are 24 de poziii i servete podarului la poziionarea dorit a
crligului. [1]
Fig. 2.3. Ansamblul macara-crlig Ansamblul macara-crlig se alege
n funcie de condiia: FMC FCM. Din tab.9.1. [1], se alege tipul de
macara-crlig 5-32 MC -200, care ndeplinete condiia anterioar i care
are urmtorii parametrii: (din Instalaii i Utilaje ptr. Forarea
Sondelor ; tabelul 2.26 ; pag. 166-167)1. Sarcina maxim la crlig:
FMC = 2000 kN.2. Numrul 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 rulmenilor rolei: 57592.8. Sarcina maxim n funcie de rulmeni:
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 mm12.Masa: mMC = 6,437 tSe
calculeaz greutatea ansamblului macara-crlig, cu formula
urmtoare:GMC = mMC g (2.2.0) GMC =6,437t 9,81 m/s2 = 63,147 kN
(2.2.1)
2.3. Alegerea geamblacului de forajGeamblacul este un ansamblu
care conine scripeii fici ai mecanismului macara-geamblac, aflai la
partea superioar a turlei sau mastului.Exist mai multe tipuri
constructive de geamblacuri:1. Geamblacuri de foraj cu un singur
etaj:a.geamblacul de foraj romnesc:geamblacul de foraj tip A este
geamblacul de construcieromneasc. Avantajul acestui tip constructiv
este acela c este oconstrucie compact 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 total este mare. Punctele de reazem
intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu
180.c.geamblacul de foraj din dou blocuri:geamblacul de foraj tip C
este format din dou blocuri care se potroti i interschimb ntre ele,
asigurnd o manipulare uoar. d. geamblacul de foraj cu mai multe
axe:geamblacul de foraj tip D: axele sunt coplanare ntr-un
planorizontal, rolele sunt fixe pe ax i axul este montat pe
rulmeni. 2. Geamblacuri de foraj cu dou etaje:e.geamblacul de foraj
cu rolele montate n plan vertical: geamblacul de foraj tip E:
fiecare rol este montat pe axul ei. Este posibil schimbarea relativ
uoar a rolelor. Axul este montat pe rulmeni.f.geamblacul de foraj
cu rolele montate n plane diferite: geamblacul de foraj tip F:
aceast variant constructiv este compus din dou etaje, cu rolele
dispuse n plane diferite. Din cauza amplasrii rolelor
perpendicular, nu se reduce spaiul de siguran. Diametrul axului
este mai mic ca n variant constructiv A. Din cauza dispunerii
rolelor n plane diferite apare ca avantajoas nfurarea cablului din
punct de vedere al inflexiunilor acestuia. Componena geamblacului
de foraj este pus n eviden de figura 2.4. Elementele principale ale
acestuia sunt: rolele, axul geamblacului i rulmenii. Axul se
realizeaz din oel Cr-Ni sau Cr-Mo. Fiecrei role a geamblacului
trebuie s i se asigure un regim de ungere, ca urmare, axul este
gurit, iar ungerea rulmenilor se va face cu ungtoare cu bil.
Rulmenii pot fi de diverse tipuri: cu role cilindrice lungi cu sau
fr inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de
cablu); cu role cilindrice scurte; cu role conice pe dou rnduri.
Rulmenii se construiesc cu joc radial mrit, pentru c trebuie
realizat strngerea rolei de cablu pe inelul exterior al
rulmentului.[1]
Fig. 2.4. Componena geamblacului de foraj 1 - role; 2 - rulmeni;
3 - ax; 4 - rama geamblacului; 5 - capacul geamblacului.
La alegerea geamblacului de foraj se ine seama de condiia: FGF
FCMDin tab. 8.1. [1], se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200,
care prezint urmtorii parametrii: (din Instalaii i Utilaje ptr.
Forarea Sondelor ; tabelul 2.20 ; pag. 154-155) 1. Sarcina maxim la
coroana geamblacului: 2500 kN. 2. Sarcina maxim de lucru la crlig:
FGF = 2000 kN 3. Numrul roilor de manevr: m = 6 4. Diametrul
cablului: dc = 32 mm. 5. Diametrul exterior al roilor: 1100 mm.6.
Diametrul de fund al roilor: 1000 mm.7. Tipul rulmenilor roii:
57592.8. Sarcina maxim n funcie de rulment: 416 Ustonf9. Masa: mGF
= 2,050 t
Fig. 2.5. Geamblac de foraj
Se calculeaz greutatea geamblacului de foraj cu relaia urmtoare:
GGF = mGF g (2.3) GGF = 2,050t 9,81 m/s2 = 20,1105 kg
2.4. Alegerea elevatorului cu pene (broatei cu pene)Manevrarea
coloanelor de burlane (la introducere i la extragere) se face cu
ajutorul elevatorilor, de dimensiunea corespunztoare adncimii
maxime de tubare a coloanelor respective. Elevatorii pentru
burlanele cu mufe se fabric, de obicei, de dimensiunea 50 t, 100 t
i 150 t i pot fi prevzute cu chiolbai de dimensiunea 13/4" 21/2".
Greutatea elevatorilor (fr chiolbai) variaz, pentru tipul cel mai
mare, ntre 97,5 kg (pentru dimensiunea 41/2") i 226,7 kg (pentru
dimensiunea 20").Materialul de construcie este oelul cu
mangan-molibden, tratat termic, ndeplinind astfel condiiile unui
elevator rezistent i uor. Pentru burlanele flush" sau pentru
burlanele speciale de tip Extreme Line", Hydril" sau Omega", cum i
pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m, se utilizeaz
elevatorii cu pene" care, pentru anumite fabricate, depesc cu mult
fora de traciune a corpului burlanului. nainte de nceperea lucrului
cu acest tip de elevator, se cere a se inspecta penele de prindere
i restul mecanismului auxiliar.Elevatorul pentru bucat" este
utilizat n mod avantajos la adugarea de burlane la formarea
coloanei sau pentru darea bucilor afar din sond, lucrul cu acest
elevator permind o aliniere rapid a filetelor, la operaia de
tubare. Elevatorul este prevzut cu un suvei, cu cablul corespunztor
i cu clemele respective. Greutatea elevatorului pentru burlanele cu
mufe variaz ntre 19,1 kg pentru dimensiunea 41/2" i 28,1 kg pentru
103/4 ". Lucrul cu elevatorul pentru bucat are loc n modul urmtor:
se prinde o bucat de pe podul de burlane din faa sondei i se ridica
pn la nivelul coloanei fixate n masa rotativ. Dup ndeprtarea
protectorului de filete i curirea final a fileului, se aplic,
conform normelor, unsoarea respectiv de filete, dup care burlanul
este cobort, pentru a intra n mufa burlanului urmtor, unde are loc
o prim nurubare cu cletii cu lan, pn n momentul cnd se consider
indicat strngerea cu cletii mari ai sondei. In acest moment,
elevatorul de bucat este lsat s alunece n jos pe burlanul
respectiv, n timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent
nurubat la gura puului. Elevatorul pentru bucat este desfcut, n
momentul cnd atinge nlimea de circa 1,5 m de la masa rotativ, fiind
din nou lsat sa ajung pe podul de burlane, unde se continua acelai
ciclu cu burlanul urmtor.Acest tip de elevator pentru bucata" este,
de asemenea, foarte util i n efectuarea operaiei de adugarea de
buci de prjini de foraj, utiliznd n acest scop gaura prjinii de
antrenare. [1]Alegerea elevatorului cu pene se face lund n
consideraie condiia: FElp FCMDin tab. 5.31 [6], se alege
elevatorul: 200 x 65/8, cu urmtoarele caracteristici:1. Sarcina
maxim: 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 tn
figura 2.6. este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu
pene pentru burlanele de tubare.
Fig. 2.6. Elevator cu peneSe calculeaz greutatea elevatorului cu
pene, cu urmtoarea relaie:GElP = mElP g (2.4) GElP = 2,1t 9,81 m/s2
= 20,601 kN 2.5. Alegerea elevatorului pentru prjini de
forajElevatoarele pentru prjini de foraj sunt de dou tipuri: cu
scaun drept, pentru manevrarea prjinilor cu racorduri nurubate,
standardizate prin STAS 209-69; cu scaun conic, pentru manevrarea
prjinilor cu racorduri sudate, care au suprafaa de sprijin conica,
cu generatoarea nclinat la un unghi de 18 standardizate prin STAS
7250-65.In figura 2.7. este prezentat forma constructiv a unui
elevator pentru prjini cu scaun conic. [6]
Fig. 2.7. Elevator pentru prjini de foraj, cu scaun conic
Pentru prjinile de foraj cu racorduri speciale sudate, cu
diametrul nominal DPF =41/2*175" , IEI se alege un elevator pentru
prjini cu scaun conic, care are diametrul egal cu diametrul nominal
al prjinilor de foraj, tab. 5.28. [6].GGFM=1385.05 KN
FCM=GCGF (2.5.0)=0.2o=7.85 t/m3f=1.469 t/m3ac=1.5m/s2
FCM=1385.051614KN (2.5.1)FCM=164.59 tf
( Din STEROM S.A OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY Elevator ptr. Prjin
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 calculeaz greutatea elevatorului pentru prjini de foraj
conform relaiei:GEL= mEl g (2.5.2) GEl = 146.8 kg 9,81 m/s2 = 1,44
kN (2.5.3)
2.6. Alegerea chiolbailorChiolbaii asigur suspendarea
elevatorului n cele dou guri laterale ale crligului de foraj (se
utilizeaz o pereche de chiolbai) [1].n figura 2.8. este prezentat
construcia unui chiolba.
Fig. 2.8. Chiolbaia pentru sarcina de 20.. .80 tf/pereche; b -
pentru sarcina de 125 tf/pereche;c - pentru sarcina de 200 i 320
tf/pereche.Se alege o pereche de chiolbai care s ndeplineasc
condiia: Fch FCM .Din tab. 5.32. [6], se alege o pereche de
chiolbai cu urmtoarele 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
net informativ: mch = 177 kg/per .Se calculeaz greutatea
chiolbailor cu relaia urmtoare: GCh= mCh g (2.6.1) GCh = 177 kg
9,81 m/s2 = 1,736 kN (2.6.2)
2.7. Alegerea cablului de manevrCablul de foraj sau de manevra
este o construcie din fire metalice rsucite elicoidal care preia
doar efortul de ntindere avnd flexibilitate ridicata. Cablurile
sunt de mai multe feluri: plate sau rotunde (n foraj se folosesc
doar cabluri rotunde). Cablurile se folosesc n mai multe scopuri:
la manevr: cablul de manevr sau de foraj; la efectuarea operaiilor
de lcrit: cablul de lcrit; la ancorarea turlei sau mastului: cablul
de ancor; pentru rabaterea turlei: cablul de pratie; la efectuarea
operaiilor de carotaj exista cablul de carotaj, n interiorul crora
sunt amplasai conductori electrici.Cablurile pot fi: simple, duble
(folosite la foraj) sau triple. Srmele de cablu se nfoar n toroane
(sau vi de cablu sau cablu simplu) i, la rndul lor, toroanele se
nfoar realiznd cablul dublu. Toronul este realizat din straturi de
srme care pot fi: de acelai diametru 5 la fire; de diametre
diferite n straturi sau construcie compound.Cablul de construcie cu
diametre diferite ale srmelor poate fi n mai multe variante (figura
2.9.): cablul FILLER - cu fire subiri intercalate ntre straturi;
cablul SEALE sau SIL straturi cu diametre diferite; cablul
WARRINGTON- n cadrul aceluiai strat srmele au diametre
diferite.
Fig. 2.9. Diferite construcii de cabluri a - Seale; b - Filler;
c Warrington
Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19, adic 6 toroane
cu 19 fire n fiecare toron, aezate n 3 straturi, ce reprezint:
sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir, stratul
de rezisten format din 9 fire i stratul de flexibilitate format tot
din 9 fire.Geometria unui toron Seale se stabilete n funcie de
diametrul srmelor din stratul exterior sau de rezisten e. Diametrul
srmelor din stratul de flexibilitate este i = 0,57 ei diametrul
inimii este 0 = 1,2 e.Inima cablului poate fi: organica (din cnepa
mbibat n ulei); metalica (aceasta inima pstreaz forma cablului);
din srme rsucite elicoidal.Cablarea reprezint modalitatea de
rsucire att a firelor n toron ct i a toroanelor ntre ele. Exista
cablarea paralel (att firele ct i toroanele sunt rsucite n acelai
sens: spre stnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ).
La cablarea n cruce firele sunt rsucite intr-un sens opus rsucirii
toroanelor (exista cablarea SZ firele sunt rsucite spre stnga, iar
toroanele spre dreapta i cablarea ZS). Cablarea n cruce asigur
stabilitate la tendina de dezrsucire. [ 1 ] Alegerea cablului de
manevr se face respectnd condiia: Srm > CM FM (2.7.0)
n care: Srm este sarcina minim de rupere a cablului, n kN; Cm -
coeficientul de siguran; Fm - traciunea maxim n cablu la toba, la
extragere, n kN.Coeficientul de siguran, CM, poate lua valorile
urmtoare, n funcie de utilizarea cablului: Cm = 2 pentru
introducerea coloanei de tubare i pentru instrumentaie; Cm = 3
pentru extragerea i 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 calculeaz sarcina de la crlig maxim fr a se tine seama de
greutatea cablului de manevr, FM, cu relaia (2.10.):
(2.7.10)
(2.7.11)Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS
1689 - 80, cu urmtoarelecaracteristici: numrul de toroane: nT = 6.
numrul de fire: nf = 19. diametrul cablului: dc = 32 mm. sarcina
minim de rupere a cablului: Srm =531,32 kN. masa unitar a cablului
de manevr: 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 calculeaz greutatea unitar a cablului de manevr, qc, cu
relaia urmtoare:
(2.7.12)
(2.7.13) Greutatea total a ramurilor de cablu dintre macara i
geamblac , Gc , se calculeaz cu relaia care urmeaz :
(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 manevr care
ndeplinete n cadrul instalaiei de foraj urmtoarele funciuni:
extragerea i introducerea" garniturii de foraj, respectiv
introducerea coloanei de tubare, suspendate n crligul mecanismului
macara geamblac, operaii realizate prin intermediul cablului de
foraj nfurat pe toba de manevr a troliului; nfurarea, strngerea ,
slbirea i deurubarea pailor de prjini, precum i adugarea bucilor de
avansare, operaii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului;
transmiterea micrii de rotaie la masa rotativ (la unele
construcii); susinerea garniturii de foraj i reglarea apsrii pe
sapa n timpul procesului de spare; lucrri de punere n producie,
pistonat, lcrit, carotaj prin prjini, operaii care se executa cu
ajutorul tobei de lcrit; ridicarea masturilor rabatabile cu
ajutorul tobei de lcrit;Troliul de foraj se compune, n general
dintr-un asiu n care sunt montai arborii, frnele mecanice, frna
hidraulica, transmisiile cu lan, prghiile 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
dou tobe: de manevr i de lcrit.[l]Din tab. 5.1. [1] i tab. 2.7. [6]
se alege troliul de foraj TF 38 corespunztorinstalaiei de foraj
F200-2DH, cu urmtoarele caracteristici principale: 1. Traciunea
maxim n cablu: 380 kN.2. Puterea maxim la intrare: 1500 kW.3.
Diametrul cablului: dc= 35 mm (l1/4in).4. Numr viteze la toba de
manevr: 4 + 2 R.5. Diametrul tobei de manevr: 800 mm.6. Lungimea
tobei de manevr: 1325 mm.7. Ambreiaj pe partea ncet": AVB 1250
300.8. Lan pe partea ncet": 3x2 in.9. Ambreiaj pe partea repede":
AVB 900 250.10. Lan pe partea repede": 3 x 2 in.11. Diametrul
tambur frn: 1400 mm.12. Lime tambur frn: 269 mm.13. Aria suprafeei
de frnare:223.43 dm2 .14. Frn auxiliar: FE 1400 (FH 40).
2.9. Alegerea pompelor de noroiPompele de noroi folosite n
forajul sondelor de adncime sunt agregate hidraulice de tip pompa
cu piston, cu dublu sau cu simplu efect, cu unul sau mai muli
cilindri (corpuri hidraulice) dispui orizontal, vertical sau n V, i
sunt destinate pomprii fluidelor de foraj n procesul de spare a
sondelor.Cele mai uzuale sunt pompele de noroi cu piston, cu dublu
efect, cu 2 cilindri sau 3 cilindri dispui orizontal, cunoscute sub
denumirile generice de: pompe duplex cu dublu efect;-pompe triplex
cu dublu efect.O rspndire din ce n ce mai larga o au pompele de
noroi cu piston cu simplu efect, cu 3 cilindri dispui orizontal,
cunoscute sub numele generic de:-pompe triplex cu simplu efect.Cele
mai rspndite pompe volumice n industria petrolier sunt pompele cu
pistoane sau cele cu plungere. Ele intr n componena instalaiilor de
foraj ca pompe de noroi, n componena agregatelor de cimentare ca
pompele principale, folosesc la transportul apei i produselor
petroliere, sau asigur diverse servicii auxiliare ca de exemplu
pomparea desemulsionatului n staiile de tratare.Pompele din aceast
categorie sunt de dou tipuri principale. n funcie de construcia
organului de lucru, care prin micarea lui de translaie alternativ
asigur deplasarea lichidului:a.pompe cu pistonb.pompe cu
plunger.[6]Dup numrul de fee active, pompele cu micare alternativ
se mpart n pompe cu simplu efect i pompe ci dublu efect. La pompele
cu dublu efect sunt active ambele fee frontale ale pistonului: faa
anterioar acionnd cu ntreaga valoare a ariei suprafeei sale i faa
posterioar a crei parte activ este micorat cu valoarea ariei
suprafeei seciunii tijei.Construcia pompei poate fi realizat astfel
nct s existe o singur 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
biel-manivel, care transforma micarea de rotaie a arborelui cotit
nmicare de translaie alternativ (pompe cu transmisie, denumite
astfel deoarece dela motor la arborele cotit sunt n general
necesare transmisii reductoare deturaie), n aceast categorie intrnd
i diferite tipuri de pompe cu excentric,b.tij comun a pistonului de
lucru cu pistonul unui motor lent cu micarealternativ, de exemplu
motor cu aburi (pompe cu aciune direct, care se maintlnesc n
parcuri de rezervoare, staii de demulsionare etc.)Pompele de noroi,
utilaje de mare importan n componena instalaiilor de foraj, se
fabric n ara noastr sub form de pompe orizontale (axele cilindrilor
sunt orizontale), cu transmisie, n construcia duplex sau construcie
triplex.Modul lor de simbolizare rezult din urmtorul exemplu:
2PN-800-(8"xl6") nseamn pompa de noroi duplex, necesitnd la
arborele de intrare puterea de 800 CP, avnd diametrul pistonului
maxim i lungimea cursei de 8 in, respectiv de 16 in (1 in = 25,4
mm; 1 CP = 1,36 kN).Indicarea ultimelor dou cifre nu este
obligatorie. In modul de simbolizare nu este necesar sa se reflecte
construcia cu simplu dau dublu efect, deoarece, toate pompele
romneti de noroi duplex sunt cu dublu efect iar cele triplex, cu o
singura excepie, cu simplu efect. Aceasta soluionare constructiv nu
are caracter convenional sau arbitrar, ea derivnd din considerente
tehnico-economice aa cum va rezult la studiul variaiei debitului
pompelor cu piston.Pompele mai mici, folosite la instalaiile de
intervenie, se simbolizeaz prin dimensiunile lor de baza. De
exemplu, I 6x10, nseamn pompa pentru instalaie de intervenie, cu
piston de diametru maxim 6 in i cursa pistonului de 10 in.Pompele
agregatelor de cimentare se realizeaz de obicei, n construcie
triplex, cuplungere.[1]Alegerea tipului de pompa si a numrului 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 nlimea maxim, HM.
Puterea hidraulic maxim apare n prima jumtate a adncimii 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; PN -
randamentul pompei de noroi; PhM - puterea hidraulica maxima.
Se adopta doua pompe de noroi si se calculeaz puterea la
arborele de antrenare a pompei de noroi, PaPN, cu relaia:
(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 pomp 2PN - 1000, necesar
instalaiei de forajF200, cu urmtoarele caracteristici principale:1.
Puterea la arborele de antrenare: 1000 CP.2. Presiunea maxim de
refulare: 300 bar .3. Debitul la presiunea maxim: 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 i de
legtur ale pompei 2PN 1000: 1. Cote de gabarit: A = 5900 mm B =
2050 mm H = 2950 mm
2. Cote de legtur: 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 rotativeMasa rotativ este un reductor cu
construcie i destinaie speciala care transforma micarea de rotaie
din jurul unui ax orizontal n micare de rotaie n jurul unui ax
vertical.Schema constructiv a mesei rotative utilizata la
instalaiile de foraj romneti este prezentat n figura 2.12.
Fig. 2.12. Seciune transversal prin masa rotativ:
1 - rotor; 2 - corp masa rotativ; 3 - rulment principal; 4 -
rulment secundar; 5 - dispozitiv blocare masa; 6 - boluri pentru
blocarea ptrailor; 7 - angrenaj conic; 8 - arbore (prisnel).Corpul
(batiul) mesei rotative este de construcie turnata sau sudata. El
este suportul mesei rotative i al bii de ulei.Angrenajul conic
transforma micarea de rotaie fata de un ax orizontal, n micare de
rotaie n jurul unui ax vertical.Arborele care transforma micarea
mesei, se numete arbore prisnel. Raportul de transmitere al
angrenajului prevzut cu dantura nclinat sau curbilinie este i
=(2,5)3,0...3,7(4,0).DCA=16 inHM=3700mIF=F200 2DHSe alege masa
rotativa du DMR>16;Se alege masa rotativa MRS 205innd cont de
acest parametru pentru instalaia de foraj F200-2DH se alege masa
rotativ MRL - 175 (tab. 11.1. [1]), cu urmtoarele caracteristici
principale:1. Diametrul de trecere: 520.7 mm (201/2 in).2. Sarcina
static: 3200 kN.3. Puterea de antrenare: 370 kW.4. Momentul maxim
static: 80 kNm.5. Turaia maxim: 300 rot/rnin6. Raportul de
transmitere: 3,68:1.7. Dimensiuni principale:A = 619.1 mmB = 100
mmC = 2051.1 mmD = 1117.6 mmE = 800,1 mmF = 979.4 mmG = 279,4 mmH =
1409 mmJ = 816 mmK = 925.4 mmL = 1219 mmM = 193 mm 8. Masa total:
mMR = 3.44 t
CAPITOLUL 3
PARAMETRII I CARACTERISTICILE MOTOARELOR / GRUPURILOR DE
ACIONARE I CALCULUL PUTERII INSTALATE .
3.1 Parametrii i caracteristicile motoarelor / grupurilor de
acionare
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 SCArborele principal: pentru SM : TF+M+G pentru SR
:MR+PA+GnF+S pentru SC:PNArbori caracteristici pentru SM TM pentru
SR PAt GanF pentru SC arbprele cotit PNIF 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 comunPentru actionare de tipul DH se ia caracteristica
principala a proiectarii IF ,se alege modul de actionare
centralizat MAC2 Instalaia de foraj F200-2DH este echipat 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
urmtoarele caracteristici principale : Puterea nominal : Pn= 655 kW
= 890 CP Turaia nominal : nn = 1400 rot/min Alezajul : D = 175mm
Cursa : S = 205 mm GF 820/675 kW la 1400 rot/min Se calculeaz
viteza unghiular nominal a motorului n cu relaia :
n = nn (3.1.0)
n = 1400 = 146,6 (3.1.1)
3.2 . Alegerea modului de acionare
Modul de acionare reprezint felul n care se acioneaz antoarele i
pomp de noroi de la grupurile de acionare (separate sau
centralizat). Instalaii de foraj pot fi acionate cu motoare diesel,
cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) i n unele
cazuri , mai rare , cu turbine cu gaze . Deoarece motoarele de
acionare nu au ntotdeauna caracteristicile funcionale n concordan
cu cerinele impuse de tehnologiile de foraj , a aprut necesitatea
combinrii acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice ,
hidraulice, electrice) rezultnd astfel mai multe sisteme de
acionare . Printre sisteme de acionare , utilizate pentru instalaii
de foraj se pot citi : diesel mecanic , diesel hidraulic , electric
i diesel electric . Sistemele : turbo-electric , turbo-mecanic i
hidrostatic i au gsit aplicaii mai limitate . Pentru a elimina
neajunsurile acionrii diesel-mecanic s-au realizat acionrile
diesel-hidraulice , cu turboambreiaje sau cu convertizoare
hidraulice de cuplu . n prezent majoritatea instalaiilor de foraj
acionate n sistemul diesel hidraulic sunt prevzute cu convertizoare
hidraulice de cuplu . n cazul acionrii diesel-hidraulice cu
turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcin micorndu-se
ocurile . Sistemul de acionare diesel-hidraulic cu convertizoare
hidraulice de cuplu este cel mai rspndit sistem de acionare ,
aplicndu-se att la instalaii de foraj staionare ct i la cele
transportabile . Acionarea diesel-hidraulic cu convertizoare
hidraulice este stabil pentru toate punctele de funcionare din
domeniul de traciune, deoarece pe msura ce cresc momentele
rezistente cresc si momentele de la ieirea din convertizor scznd
turaia de la ieirea din convertizor; se realizeaz astfel puncte de
echilibru care asigur stabilitatea si pe caracteristica de turaie
la sarcin total a motorului diesel.Datorit stabilitii in funcionare
a sistemului de acionare diesel-hidraulic cu convertizoare, nu
exist pericolul scoaterii din funciune a motoarelor diesel, chiar
dac la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depeasc
puterea instalat a motoarelor diesel aflate in funciune.
Stabilitatea se explica prin scderea in mod automat a turaiei la
ieirea 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 fr echipamente
speciale de comanda si reglare, care da sigurana in funcionare si
evita consecinele unor eventuale manevre necorelate cu cerinele
tehnologice din diferite situaii mai deosebite. [10]Pentru
instalaia de foraj F200-2DH se alege un mod de acionare
diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod
de acionare in grup (MAG).In continuare se vor prezenta schemele
structural funcionale ale unor instalaii de foraj cu mod de
acionare centralizat in doua variante: MACI si MAC2.
Fig. 3.1. Schema structural-funcional unei IF cu mod de acionare
centralizat nvarianta 1 (MACI) (cu acionare de tipul DH sau ECH):D
- motor diesel; GF - grup de foraj; CHC - convertizor hidraulic de
cuplu; TI - transmisieintermediar(intermediar central IF); tm
transmisie mecanic;PN pompa de noroi;TF troliu de foraj; TM toba de
manevr M-G maina macara-geamblac;CVAR - cutie de viteza a AR; MR -
masa rotativ(Ex: F125-2DH; F200-2DH-3; F200-3ECH-4).
Fig. 3.2. Schema structural-funcionala a unei IF cu mod de
acionare 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 - maina macara-geamblac;CVAR - cutie de vitez
a AR ; MR masa rotativ.
3.3. Puterea consumatorilor auxiliari de for
Puterea consumatorilor auxiliari de fora reprezint puterea
motoarelor instalate pentru acionarea consumatorilor auxiliari de
fora si anume a sitelor vibratoare, a agitatoarelor de noroi, a
degazeificatoarelor, a demluitoarelor din cadrul instalaiei de
curire, preparare si tratare a fluidului de foraj, a pompelor
centrifuge, de supraalimentare a pompelor triplex de noroi, a
pompelor pentru vehicularea apei pentru rcirea tamburilor de frna
etc.In afara surselor de energie necesare mecanismelor care
realizeaz cele trei funciuni principale ale unei instalaii de
foraj, mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea
instalaiilor de lumina si de fora pentru activiti auxiliare dup cum
urmeaz: 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; instalaie pentru uscarea
aerului; agregate pentru nclzire; maini-unelte; agregat pentru
sudura; instalaii pentru iluminat.Aceti consumatori exista in
raport cu complexitatea instalaiilor de foraj, la instalaiile mici
fiind mai putini, iar la instalaiile mari fiind in
totalitate.Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari,
instalaiile acionate cu motoare diesel dispun de o centrala
electrica compusa din grupuri electrogene, a cror putere variaz in
raport cu mrimea si cu tipul instalaiilor de foraj. La instalaiile
de foraj transportabile, grupul electrogen se poate monta pe o
remorca transportabila.In afara de iluminatul normal, exista si
iluminatul de sigurana pentru a se asigura continuitatea lucrului
in caz de deranjament in instalaia de lumina de 220V. alimentarea
lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul
instalaiei de foraj (la 24V), prin tabloul de sigurana, prevzut cu
dispozitive de conectare automata a iluminatului de sigurana.In
tabelul urmtor sunt artai consumatorii auxiliari de fora ale
instalaiilor de foraj (tabelul 3.1.).Deoarece nu funcioneaz
simultan toi consumatorii auxiliari de fora, 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] , rezult o putere necesar de circa
650kw.
Tabelul 3.1 Nr.Crt. Denumirea consumatorilor
Puterea motorului sau rezisten [kW] Numrul de motoare Puterea
total [kW]
1Site vibratoare 4 3 12
2Agitator habe 7,5 15112,5
3Pompe apa7,5 215
4Pompa apa rcire troliu7,5 17,5
5Pompa instalaie amestec chimicale3 26
6Pompe combustibil3 26
7Pompe ulei1,5 11,5
8Pompe de preparare a fluidului de foraj75 2150
9Pompa baterie denisipare55 155
10Pompa baterie desmluire55 155
11Instalaie degazeificare4 14
12Degazeificator30 130
13Instalaie de preparare centrifuga22 366
14Instalaie transport material pulverulent4 14
15Dispozitiv salvare garnitura22 122
16Dispozitiv strns-slbit11 111
17Dispozitiv manevra prjini grele7,5 17,5
18Dispozitiv mecanizare18,5 118,5
19Pod tubaj reglabil5 15
20Instalaie comanda prevenitoare11 111
21Instalaie de uscare aer15 115
22Instalaie iluminat normal18 118
23Instalaie iluminat sigurana0,6 10,6
Se adopt puterea consumatorilor auxiliari de for , pentru
instalaia F200- 2DH , ca fiind egal cu :
PCs.A.F = 650 kW
n care : PCs.A.F este puterea consumatorilor auxiliari de
for
3.4 Calculul puterii instalate
Puterea instalat pentru instalaia de foraj F200-2DH , se
calculeaz cu relaia urmtoare :
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
n care : PP este puterea instalat principal a instalaiei de
foraj / puterea motoarelor instalate care acioneaz antoarele
principal ( TF , MR , PN ) PCs.A.F - puterea instalat
consumatorilor auxiliari de for . necesare instalaiei de foraj
3.5 . Concluzii
Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenilor cu
alegerea modului i tipului de acionare pentru instalaia de foraj pe
care o proiecteaz , determinarea parametrilor i caracteristicilor
motoarelor/ grupurilor de acionare , calculul puterii
consumatorilor auxiliari cu care este dotat instalaia de foraj pe
care o proiectm , i calculul puterii instalate a instalaiei de
foraj
CAPITOLUL 4
PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ
4.1 Lanul cinematic de nsumare a puterii motoarelor / grupurilor
de acionare i calculul coeficienilor de nsumare i de transmisie a
puterii medii a unui motor / grup de acionare la arborele 1 al
lanului cinematic
Schema lanului cinematic de nsumare a puterii motoarelor /
grupurilor de acionare LCIPGA , sau a transmisiei intermediare TI ,
sau a intermediarei centrale este prezentat n figura urmtoare :
Fig. 4.1 . Schema LCIPGA al instalaiei de foraj F200-2DH
Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj
operaional pentru transmiterea energiei de la motoarele/grupurile
de acionare la celelalte sisteme ale instalaiei de foraj.Ambreiajul
cu burduf ventilat de pe arborele (-1), AVB 600x250, este un cuplaj
operaional pentru sistemul de circulaie acesta executa operaia de
cuplare/decuplare a pompei de noroi 2PN-1258. O parte din energia
de la motoarele/grupurile de acionare o utilizeaz si compresorul cu
doi cilindri 2C 10 , care poate fi pus n funciune cu ajutorul
cuplajului cu burduf CB 300x100 .
GMC=mMC=6.437*9.81=63.14697LMC=2235 mm = 2.355 m distanta dintre
axul macaralei si axul
carliguluiDo=Dt+dcr=0.985tl=o.97IRA=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
20212223262728303134
22.36
1171.7122.7
19.531012.22106.17939.4598.38
16.78760.4179.63
13.39
4.3 Reprezentarea lanului cinematic al sistemului de manevr i
determinarea numrului de trepte de viteza
Schema cinematic a sistemului de manevr al instalaiei de foraj
F200- 2DH este prezentat n figura urmtoare :
Fig .4.3 Schema cinematic a SM al instalaiei de foraj
F200-2DH
Numrul de trepte de vitez pentru sistemul de manevr se calculeaz
cu relaia :
Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (4.3.0)
D. = (4.3.1))
ig.l = =