Буровая установка для бурения нефтяной скважины

Технические характеристики

Метод бурения	Наклонно-направленный кустовой
Общая высота, мм	41 6000
Длина буровой свечи, мм	25 000
Высота основания (отметка пола буровой), не менее, мм	8500
Просвет от уровня земли  до подроторных балок для монтажа  ПВО, мм	7100
Просвет, обеспечиваемый при съезде со скважины куста, мм	3620
Масса установки, кг	706 000
Сила воздействия опор на грунт, кН	0,98
Грузоподъёмность на крюке, т	200
Наибольшая сила воздействия  на долото от массы буровой колонны, кН	1050
Наибольшая сила воздействия  на долото от массы буровой колонны, кН	1800
Наибольшая нагрузка на грунт от обсадной колонны, кН	20
Грузоподъёмность электрической стали, кН	10
Грузоподъёмность ручных талей, кН	0,25
Скорость подъёма крюка  при расхаживании колонны, м/с	1,56
Скорость подъёма крюка  от вспомогательного привода, м/с	0,015
Мощность аварийной  дизель - электростанции, кВт	200
Расчётная мощность на входном валу подъёмного агрегата, кВт	560
Расчетная мощность привода  ротора, кВт	300
Номинальная мощность электродвигателя вспомогательного привода, кВт	37
Буровой ключ	АКБ-3М2
Ротор	Р-560
Клиновой захват ротора	ПКР-560
Диаметр отверстия в  роторном столе, не менее, мм	560
Статический крутящий момент на роторном столе, кН∙м	40
Глубина бурения, м	2900…3500
Наибольшая оснастка талевой системы	5х6
Диаметр каната тали, мм	28
Буровой насос	НТБ-600-II
Давление max на выходе, МПа	25
Подача бурового насоса, л/с	0…45,2
Число основных буровых  насосов	2
Тип вспомогательного тормоза	ТЭП-45
Скорость спуска инструмента, ограниченная тормозом, м/с	0…1,68
Статическая грузоподъёмная сила вертлюга, кН	2000
Частота вращения вертлюга, сˉ¹	3,33
Суммарная площадь подсвечников, м²	6,22
Допустимая скорость ветра для вышки ез растяжек в  рабочем состоянии при нагрузке на крюке/в нерабочем состоянии, м/с	20/25
Стояк манифольда	0140х12 одинарный
Объём ресиверов, м³	6,6
Вместимость блоков хранения в эшелоне, м³	140
Вместимость водяной ёмкости в эшелоне, м³	40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Сооружения и металлические конструкции буровых установок:

3.1 Определение минимального запаса на переподъем крюко-блока буровой 

        установки.

        Определим минимальный запас на переподъем крюко-блока буровой установки    БУ2900/200ЭПК при подъеме бурильной, колонны из труб с номинальной длиной  . Длина крюко-блока ТБК-4-140Бр ; длина штропов ШБН-125 ; допуск на длину бурильных труб ; длина муфты замка ; полезная высота вышки h=45 м.

Запас на переподъем, м:

                                                    

где: - длина свечи из трех труб, равная, м:

                                                   

h₂ - длина подвижной части талевой системы, определяемая, м:

                                                   

 тогда

                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Определение вертикальной, горизонтальной и ветровой нагрузки на    

               буровую вышку

 4.1 Вертикальная нагрузка

       Определим вертикальную нагрузку, действующую на подкронблочную раму вышки BMА-45-200 во время СПО; глубина скважины 2500 м; диаметр бурильных труб d_бт= 127 мм, ℓ_бт = 2200 м, средний вес 1 м трубы q_бт = 260 Н/м; ℓ_убт = 200 м, d_убт = 180 мм, q_убт = 1560 Н/м ; плотность бурового раствора и плотность стали р_с = 7,85 г/см³.

Определяем  по формуле вертикальную нагрузку на подкронблочную раму вышки при движении крюка. Весами штропов и элеватора можно пренебречь, тогда:

-  нагрузка на крюк, Н

                   

- вес подвижной части талевой системы, Н

                                     G_тс = G_кб + ⅔G_тк = 12700 + ⅔ 10880 = 19953,3

где G_кб=12,7 кН — вес крюко-блока ТБК4-140Бр;

                                   

                                   

– длина талевого каната в оснастке 5х6 между талевым блоком и кронблоком;

 расстояние между кронблоком и талевым блоком в нижнем положении крюка; u_тс = 10-кратность полиспаса; q_тк = 34 Н/м – вес талевого каната (для канатов d_к = 28 мм).   

- к. п. д. талевой системы:

- вертикальная нагрузка на подкронблочную раму вышки при движении, Н:

                     

 

 

 

4.2 Определение горизонтальной составляющей силы:

        Определить горизонтальную составляющую силы, действующей на кронблок от натяжения ведущей и неподвижной струн талевого каната, если точки касания струн талевого каната и кронблока находятся на противоположных сторонах от точек крепления: неподвижной — 4 м и ведущей —8 м; высота вышки h = 45 м.

Горизонтальные  составляющие сил:

- при неподвижной талевой системе:

Р_к = 0,84 МН = 840 кН, кратность полиспаса u_тс = 10. Тогда, кН:

                  Р_г’ = 840(8/45 – 4/45) / 10 = 7,56

- при подъеме бурильной колонны по формуле, кН:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 5.  Силовые установки: лебедка, ротор.

5.1. Расчет мощности лебедки:

       Для определения мощности, необходимой для привода лебедки, находим мощность (в кВт) на крюке при подъеме:

                                         N_кп = Р_кv_{к min}=0,84*0,5=0,42кВт

где:  Р_к — нагрузка на крюке от наибольшего веса бурильной колонны, MH;

v_{к min} = 0,3 – 0,5 - минимальная  скорость подъема крюка, м/с.

Мощность (в. кВт) на барабане лебедки:

                N_бл = N_кп / _тс    или    N_бл = Р_кv_ср / 2* _тс =0,84*13,6/2*0,8=7,1 кВт

где: _тс - коэффициент полезного действия талевой системы;

v_cp— средняя скорость навивки ведущей струны на барабан лебедки при подъеме (принимают по второму или третьему ряду навивки на барабан в зависимости от числа рядов).

Номинальная мощность (в кВт), необходимая для привода лебедки:

                    N_л = N_кп / _л * _тс         или        N_л = N_бл / _л =7,1/0,87=8,2 кВт

_л = 0,85 - 0,9 — коэффициент полезного действия лебедки.

 

5.2. Расчеты размеров барабана лебедки и длины каната.

     Исходные данные (Б12.02.02.000-01): диаметр бочки барабана Д_б = 0,56 м; длина барабана L_б = 1,07м; диаметр каната d_к  = 32 мм; оснастка 5х6.

- Диаметр  навивки каната (м) определяем по формуле:

 

                       D_рi = D_б + (2z_i – 1)* d_к * _в=0,56+(8-1)0,032*0,93= 0,768м                                                    

 

где: z_i – число рядов навивки каната на барабане;

_в, = 0,93 коэффициент сжатия каната (м).

 

- Диаметр  намотки по первому ряду каната, м:

                                            

                                             D_р1 = 0,56 + 0,032 = 0,592

 

- Диаметр намотки по  второму и третьему рядам, м:

 

D_р2 = D_р1 + 2d_к*

в = 0,592 + 2*0,032*0,93 = 0,65;

 

                                D_р3 = D_р1 +4d_к* _в = 0,592 + 4*0,032*0,93 = 0,71.

 

- Число витков каната  в одном ряду

m = L_б

/ t ,

где: = 0,92 – 0,95 - коэффициент   неравномерности   навивки   каната;

t = 0,033 м—шаг навивки каната.

Тогда:                       

                                                    m = 1,07 * 0,95 / 0,033 ≈ 31 виток.

 

- Принимая, что в первом ряду находится 10 нерабочих витков каната (m₃ = 10), определяем безопасную длину этого постоянно навитого на барабан каната:

ℓ₃ =

*D_рл*m₃ = 3,14*0,592*10 ≈ 19 м.

- Необходимая  длина наматываемого на барабан  каната, м, для подъема бурильных труб:

L =

* ℓ* u_тс + ℓ₃ .

Здесь = 1,054 – 1,15 – коэффициент, учитывающий пробег крюка при подъеме; ℓ - длина свечи; u_тс = 10 – число рабочих струн оснастки.

 

L₁₀ = 1,05 * 27 * 10 + 19 = 302,5 м.

- Длина одного  ряда каната, м, навиваемого на  барабан:

 

    ℓ_i =

*D_рi*m .

 

- для первого  ряда                               ℓ₁ = 3,14*0,592*31 = 58;

- для второго  ряда                              ℓ₂ = 3,14*0,650*31 = 63;

- для третьего ряда                              ℓ₃ = L - ℓ₁ - ℓ₂ = 302,5 – 58 – 63 = 181,5 м.

- Число витков в третьем ряду:

m₃ = ℓ₃ /

*D_р3 = 181,5 / 3,14* 0,71 = 41 виток.

Из расчета  видно, что при длине барабана 1,07 м и числе витков в одном слое 31 для подъема свечей длиной 27 м для работы с навивкой каната в три слоя может быть применена талевая система с кратностью полиспаса u_тс = 10, т.е. оснастка 5х6 допускает работу со свечами длиной 27 м.

 

5.3. Проверка диаметра тормозных шкивов барабана лебедки.

    

     Диаметр тормозных барабанов зависит от диаметра первого ряда навивки каната на барабан и определяется соотношением:

 

D_ш = (1,8 ÷ 2,5)*D_р1

        Из таблицы приложения 1 находим диаметр тормозного шкива D_ш = 1,18 м, тогда отношение D_ш / D_р1 = 1,18 / 0,592 = 2,0, что допустимо, так как это отношение больше 1,8.

 

5.4. Определение усилия натяжения набегающего и сбегающего концов  

      тормозной ленты и проверка  давлений колодки на барабан. 

     

       Максимальная нагрузка на крюке диаметр барабана лебедки оснастка талевой системы 5x6; диаметр тормозного шкива 1,18 м; ширина тормозной ленты 0,23 м; материал колодок – ретинакс; допустимая удельная нагрузка а

     Натяжение набегающий на барабан ведущей струны каната при торможении: 

 

                                                      

где вес подвижной части талевой системы;  кратность талевой системы; к.п.д. талевой системы; коэффициент динамичности.

 

Момент на барабане:

 

                                                            

( расчетный диаметр барабана с навитым канатом по третьему слою, при котором момент на барабане будет наибольшим)

 

Натяжение (в кН) набегающих концов лент:

 

                                                        

где k=1,2-коэффициент запаса;  окружное тормозное усилие, кН

 

                                                   

коэффициент трения колодок, примем угол обхвата тормозного шкива лентой, рад,   диаметр тормозного шкива.

 

Натяжение сбегающих  концов лент:

 

                                                  

Максимальное давление колодок на тормозной шкив:

 

                                      

 

                                      

 

 

Среднее давление колодок на шкив:

 

                                  

Средняя удельная нагрузка:

 

                                   

Следовательно, что допустимо.

 

5.5. Определение усилия на тормозном рычаге лебедки

 

      Момент на коленчатом валу тормоза:

 

                                                           

(r=0,03 м – радиус рычага коленчатого вала тормоза)

 

                                                  

Необходимое для торможения усилие на тормозной рукоятке рычага:

 

где вес тормозного рычага; расстояние от центра тяжести тормозного рычага до оси вала (рис. 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

длинна рукоятки тормоза; к.п.д., учитывающий

 

трение в опорах, амортизаторе и др.

 

При и а=1,4 м

 

                                                 

при и а=0,8 м