proiect utilaj petrolier -...
Post on 06-Feb-2018
336 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSITATEA PETROL –GAZE DIN PLOIESTI
FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA SI ELECTRICA
Specializare: INGINERIE ECONOMICA IN DOMENIUL MECANIC
Proiect UTILAJ PETROLIER
“INSTALATIA DE FORAJ”
Conducator de proiect: Marius Stan
Student: Jianu Loredana-Corina
Specializarea: I.E.D.M
Grupa: 1230
Anul: III
PLOIEŞTI 2013
TEMA DE PROIECTARE
1. CAPITOLELE PROIECTULUI
1.1 Alegerea tipului instalatiei de foraj si a principalelor utilaje;
1.2 Elaborarea documentatiei la nivel de proiect tehnic pentru troliul de
foraj;
2. DATE INITIALE
2.1 Adancimea sondei H=4200m;
2.2 Sistemul de actionare DH;
2.3 Constructia sondei;
3. CONTINUTUL MEMORIULUI
3.1 Alegerea tipului instalatiei de foraj;
3.2 Determinarea fortelor nominale la carlig;
3.3 Calculul puterii instalate;determinarea numarului de grupuri de
foraj.Schema principala a actionarii sistemelor;
3.4 Determinarea parametrilor principali ai sistemului de manevra si alegerea
principalelor utilaje component;
3.5 Determinarea numarului de trepte de viteza la manevra si materializarea
schemei cinematice a sistemului de manevra;
3.6 Determinarea infasurarii maxime a cablului de manevra;
3.7 Alegerea geamblacului de foraj;
3.8 Alegerea cablului de foraj;
4. PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ
4.1 Determinarea fortelor din capatuol active al cablului in fazele operatiei de
manevra (ridicare,static,coborare);
4.2 Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevra;
4.3 Calculul franei cu benzi si alegerea franei hidraulice;
4.4 Calculul de dimensionare-verificare al arborelui tobei de manevra;
5. MATERIALUL GRAFIC
5.1 Desenul subansamblului arborelui tobei de manevra;
5.2 Desen de executie;
INTRODUCERE
Sintagma “apogeul petrolului” este des întâlnită în zilele noastre. Se referă la momentul în care
producția mondială de petrol va atinge punctul său maxim, urmat de un declin de proporții al
ratei de extracție al aurului negru. După aceea se ajunge în etapa în care resursele vor fi epuizate.
Aceasta este teoria apogeului petrolului, dar oare sa fie ea realistă?
Aceste concept este vehiculat de 20-30 de ani. Manipularea maselor a fot făcută cu succes pentru
că oricine “știe” că petrolul e va termina într-o zi. Însă se pare că lucrurile nu stau chiar așa.
Noi cercetări, ascunse, ținute departe de ochii publicului larg, demonstrează că petrolul este o
resursă inepuizabilă. Acesta este marele secret al companiilor petroliere pe care încearcă să-l
apere prin orice mijloace posibile. Dacă acest adevăr iese la suprafață o dată pentru totdeauna,
prețul petrolului trebuie să scadă, iar companiile petroliere ar suferi mari pierderi economice.
Războaiele care au ca cop controlul resurselor petroliere nu și-ar mai avea rostul și marile
economii, precum cea a SUA, ar înregistra un declin imens.
Instalatia de forare (drilling rig – eng.) - o masinarie folosita pentru a fora sonde in scoarta
terestre. In cazul instalatiilor de forare petroliere, acestea foreaza sonde de petrol sau gaze. La
randul lor acestea pot fi pentru forare pe uscat (onshore), sau forare pe mare (offshore). Cele
offshore pot fi submersibile, cu cric (Jackup rigs), semi-submersibile si nave de forare:
Instalatia de forare poate avea dispozitiv de forare rotativ , percutant, sau rotativ- percutant:
Foraj percutant – dislocarea rocii în talpa sondei se face prin lovire repetată cu o sapă specială,
de forma unei dălţi (trepan). Are două variante: percutant-uscat (cu tije sau cablu) şi percutant-
hidraulic. În primul caz sapa este antrenată cu ajutorul unui cablu sau a unei tije (metal, lemn).
Detritusul este evacuat prin introducerea unei cantităţi mici de apă şi extragerea periodică a
noroiului format, cu o lingură cilindrică. În forajul percutant-hidraulic sapa este antrenată cu
ajutorul prăjinilor (ţevi de oţel), prin care se pompează continuu fluid pentru spălarea tălpii de
detritus.
Foraj rotativ – cel mai utilizat este forajul rotativ-hidraulic, cu evacuarea materialului dislocat
prin circulaţie de fluid. Are două variante: cu rotaţie de la suprafaţă (cu masă rotativă, sau cap
rotativ la sondeze) şi cu motoare submersibile. Procesul de forare este continuu, cu evacuarea
permanentă a detritusului cu ajutorul fluidului de foraj. Dislocarea rocii se realizează cu diferite
tipuri de sape, care execută o mişcare de rotaţie şi pătrundere în teren.
Metoda rotativ-hidraulică se numeşte şi rotary. Sapa este rotită de motoarele instalaţiei prin
intermediul masei rotative şi a prăjinilor de foraj. Pentru pătrunderea sapei în roci apăsarea este
asigurată de garnitura de foraj. Fluidul de foraj este pompat în talpă prin interiorul prăjinilor.
1.CAPITOLELE PROIECTULUI
1.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj si a principalelor utilaje
componente ale sistemului de manevra
In general o instalatie de foraj se compune din urmatoarele subansamble:
- turla, mast sau trepied
- utilajul de manevra: troliu, sistemul geamblac-macara, cablu
- utilajul de rotire sau utilajul de percutie, la instalatiile mecanice
- utilajul de circulatie a fluidului de foraj la instalatiile hidraulice
- instalatiile de forta la instalatiile semimecanice si mecanice
- organe de transmisie, de comanda, de masura si control.
Simbolizarea instalatiei de foraj:
Seria noua: IF 320 3DH, unde:
320 - forta maxima la cârlig în tone forta
3DH – sintemul de actionare
În România simbolizarea este facuta sub forma: F320 3DH.
O instalatie de foraj cuprinde 3 sisteme de lucru principale si mai
multe sisteme de lucru auxiliare.
Sistemele de lucru principale sunt:
· sistemul de manevra (SM);
· sistemul de rotire (SR);
· sistemul de circulatie (SC).
Sistemul de manevra (SM) realizeaza apasarea pe sapa si operatia de
manevra a materialului tubular în sonda.
Sistemul de rotire (SR) realizeaza transmiterea miscarii de rotatie de la
suprafata pâna la sapa.
Sistemul de circulatie (SC) realizeaza debitul de circulatie necesar
evacuarii detritusului din sonda.
Sistemul de manevra reprezinta unul dintre sistemele principale de
lucru ale IF fiind alcatuit din:
· grupul de forta
· transmisia mecanica
· masina de lucru (troliul de foraj)
· mecanismul macara-geamblac-carlig
Mecanismul macara-geamblac-carlig este alcatuit din:
· geamblac
· înfasurarea cablului
· ansamblul macara-carlig.
2.DATE INITIALE
2.1. Adâncimea sondei
Pentru elaborarea proiectului vom avea adâncimea sondei H=4200 m.
Alegerea diametrelor nominale ale sapelor de foraj, filete de legatura
corelate cu diametrele de burlane si prajini se face de la pag. 166 din
Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier.
H=4200 m
Li=2/3*H=2800 m
La=H/10=420 m
2.2 Sistemul de actionare
Sistemul de actionare ales este DH(Diesel Hidraulic)
2.3 Constructia sondei
Alegerea diametrelor nominale ale sapelor de foraj, filete de legătură corelate cu diametrele de
burlane şi prăjini se face de la pag. 166 din Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier.
DCE=7”.Din tabelul 2.1 se aleg sapele si diametrele celorlalte coloane.
Coloana de burlane in care intra sapa:9 5/8
DCE=7” =>Se alege DSapa=9”=228,5mm=>Diametrul coloanei intermediare DCI=10 3/4”=>Diametrul prajinii de foraj :Dpf=5
1/2".
=>DCA=13 3/8”=>D
2S2=17
1/4"=>D
2pf=6
5/8”.
Material tubular API:
N DC DS Dpf FL
CE 1 7 9 5 1/2 4
½
CI 2 10 3/4 14 6
5/8 6
5/8
CA 3 13 3/8 17
1/4 6
5/8 7
5/8
Material tubular:
N DC DS Dpf FL LC
CE 1 6 5/8 7
3/4 4
1/2 4
1/2 [100-300]~
1/3H
CI 2 8 5/8 11 6
5/8 6
5/8 2200 m~
2/3H
CA 3 13 3/8 17
1/4 6
5/8 7
5/8 H
3.Continutul memoriului
3.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj
Instalaţiile de forare, sonde sau sondeze, au componentele de bază comune. Aceste componente
se împart în componente de suprafaţă şi componente de interior. Componentele de suprafaţă,
funcţie de rolul lor sunt:
• Grup de forţă-pentru acţionare, format din motoare, motoare electrice de fund;
• Turla cu substructură;
• Sistemul de manevră-pentru intoducerea şi extragerea garniturii de foraj cu instrumentele de
dislocare (sapa,freza). Este alcătuit din macara, troliu, geamblac, cârlig, cablu de foraj, şi scule
de manevră (elevatoare, pene, cleşti);
• Sistemul de rotaţie-antrenează garnitura într-o mişcare rotativă. Cuprinde masa rotativă şi capul
hidraulic;
• Sistemul de circulaţie-asigură circulaţia fluidului de foraj în sondă. Cuprinde pompa de noroi şi
conductele de aspiraţie şi împingere (manifold, din engl. manifold=conductă de aducţie), furtun,
Componentele de interior cuprind: coloana de tubaj, garnitura de foraj şi instrumentele de
dislocare.
Ciclul de foraj cuprinde succesiunea operaţiilor executate de la montarea unei instalaţii pe o
locaţie şi până la demontarea şi transportul spre o altă locaţie. El poate cuprinde:
Lucrări de suprafaţă – amenajarea terenului, montajul instalaţiei de foraj şi anexelor;
Lucrări pregătitoare – verificarea stării de funcţionare a utilajelor, săparea şi consolidarea găurii
prăjinii pătrate;
Săparea găurii de sondă – sau forajul propriu-zis, cuprinde un ciclu de operaţii repetat la fiecare
introducere a unei sape noi în locul celei uzate şi a garniturii de prăjini până în talpa sondei. Pe
măsura adâncirii sondei, la garnitura de foraj se adaugă o nouă prăjină de foraj (“bucata de
avansare”). O viteză mică de avansare poate indica uzarea sapei. Extragerea garniturii se face în
“paşi” (câte 2-3 prăjini), care se sprijină în turlă, la pod. Toate manevrele se execută cu ajutorul
sistemului de manevră şi a mesei rotative (cap rotativ).
Lucrări de consolidare şi izolare a găurii de sondă – forarea începe cu o sapă cu diametru mare,
se sapă o porţiune, se tubează prima coloană (coloana de ancoraj) şi se cimentează în spatele
coloanei. Se continuă forajul cu o sapă cu diametru mai mic. Funcţie de scopul sondei şi funcţie
de condiţiile geologice (natura rocilor, tectonica regiunii) după coloana de ancoraj se tubează
direct coloana de exploatare, sau 1-2 coloane intermediare şi apoi coloana de exploatare. Tubarea
este operaţiunea de introducere a unor burlane de oţel în gaura de sondă. Burlanele se cimentează
în spate în totalitate, sau parţial, pe o anumită înălţime de la talpă.
Operaţii de investigare – la forarea unei sonde, înainte de operaţiunea de tubare se pot executa
diferite investigaţii geofizice de tipul carotaj electric, carotaj radioactiv, cavernometrie,
măsurători de deviaţie, etc.
Lucrări de punere în producţie – au loc la forajele executate în scopul exploatării unor resurse
(hidrocarburi). Sunt specifice la forajele hidrogeologice, sau lipsesc la forajele de cercetare şi la
unele dintre cele speciale.
Lucrări de demontare şi transport – reprezintă etapa de finalizare a forajului.
Lucrări de instrumentaţie – sunt lucrări speciale executate pentru rezolvarea unor accidente în
gaura de sondă (prinderi la puţ, ruperi de prăjini, etc.). Acestea se execută cu ajutorul unor scule
de instrumentaţie.
Unele etape pot să fie suprimate (consolidare şi izolare, investigare) funcţie de scopul forajului.
Alegerea instalatiei de foraj se face în functie de sarcina maxima la
cârlig din tabelul 1.1: Instalatiile de foraj romanesti: 3DH 200;
3.2. Determinarea fortelor nominale la cârlig
Alegerea diametrului prajinilor grele.
La pag. 254 din Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier alegem prăjini grele de foraj cu
diametre exterioare:
⁄ , avand greutatea pe unitate de lungime:
GS=50kg x 9.81 490,5 N GS=0,5 kN
qpg=149.7 =1.473kN
qpg=1468.55N/m
lpg= 174.41m
Gpg= qpg lpg Gpg=149.7 x 180 x 9.81=265 kN
unde: DS-diametrul sapei
GS-greutatea sapei
qpg-greutatea specifica a prajinilor grele
lpg-lungimea tronsonului de prajini grele
Gpg-greutatea prajinilor grele
Calculul lungimii ansamblului al garniturii de foraj
Pentru prajini grele de foraj se alege de la pag. 244 din Carnetul Tehnic de Utilaj
Petrolier
; ;
G=Gpa+Gpf+Gpg+Gs
Gpa
Gpf=qpf x lpf lpa=10 m
qpf=35.7 x 9,81=0.350kN/m
lpf=H-lpa-lpg-hs=4200-180-10=4030 m
Gpf=350 x 4030=1410.5 k N
Gs=0.5 kN
GM=Gpa+Gpf+Gpg+Gs= 10+1410.5+265+0.5=1686kN
unde: G-greutatea celei mei grele garnituri de foraj
Gpa-greutatea prajinii de antrenare
Gpf-greutatea prajinilor de foraj
qpf-greutatea liniara a prajinilor de foraj
lpf-lungimea prajinilor de foraj
Gs-greutatea sapei
H-adancimea maxima a sondei
lpa-lungimea prajinilor de antrenare
lpf-lungimea prajinilor de foraj
Forta la carligul garniturii.
Forta la carlig garniturii este forta maxima care apare cu probabilitatea cea mai mare in
timpul operatiei de manevra a garniturii de foraj.Ea este data de cea mai grea garnitura de foraj
care de multe ori este cea mai lunga garnitura de foraj.
Formula de calcul a fortei nominale:
F cn=Fgf +Fds
Fcgf=o
fk
g
aG
1( ) =1941 kN
Fgf = Fcgf + Fo =1941+106.75= 2047.75 kN
Fo = G(1+ a/g) = 106.75
a=0.1 m/s2
Fcn=Fgf + Fds = 2047.75 + 550 = 2597.75 kN
Constructia sondei
Diagrama 7’’
N Intervale [m] Grosimi de perete [mm] Greutatea specifica [N/m]
1 400 11.51 34.2263
2 500 10.38 43.1549
3 1400.5 9.19 38.6906
4 999.5 10.36 43.1549
5 900 11.51 47.6192
GBCE = (Σqi*Li)=9,81 x(400 x 34.2263) + (500 x 43.1549) + (1400.5 x 38.6906) + (999.5 x
43.1549) + (900 x 47.6192) = 1722.08 kN
Din diagrama de tubare VII pentru coloana de ⁄ s-a obţinut:
N Intervale [m] Grosimi de perete [mm] Greutatea specifica [kg/m]
1 100 13.84 90.32
2 1100 12.57 82.59
3 350 12.57 82.59
4 450 12.57 82.59
5 700 13.84 90.33
6 900.5 15.11 97.77
7 590.5 15.11 97.77
GBCI=(Σqi*Li)= 9.81 x (100 x 90.32) + (1100 x 82.59) + (350 x 82.59) + (450 x 82.59) + (700 x
90.33) + ( 900.5 x 97.77) + (590.5 x 97.77) = 3678.35 kN
Calculul fortei maxime:
FCT=(Σqi*Li)(1+a/g)
FCTCE=1739.3 kN
FCTCI =3715.13 kN
Rezulta FCT,M =Max(FCTCE ; FCTCI )=3715.13 kN
FCM=Max(Fcn ; FCT,M )=3715.13 kN
Modul de acţionare reprezintă modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la
motoare la procesul tehnologic. În practică se întâlnesc trei moduri principale de acţionare:
- modul de acţionare în grup (G1 şi G2);
- modul de acţionare individual;
- modul de acţionare mixt.
Modul de acţionare individual (MAI) prezintă avantajul echipării fiecărui utilaj cu motorul
potrivit, iar numărul transmisiilor este redus. Puterea instalată totală este mai mare decât în
celelalte cazuri. Se aplică de obicei la instalaţiile electrice în current continuu şi la cele acţionate
hidrostatic.
Modul de acţionare mixt (MAM) apare la instalaţiile în cadrul cărora se folosesc aceleaşi
motoare la acţionarea troliului de foraj şi la acţionarea mesei rotative, pompele fiind acţionate
individual.
Modul de acţionare în grup G1 este caracterizat prin faptul că sistemele de lucru principale şi
auxiliare sunt alimentate de la un grup comun de motoare, având aceeaşi sursă de energie.
Sistemele de lucru principale sunt:
- SM – sistemul de manevră;
- SR – sistemul de rotaţie;
- SC – sistemul de circulaţie.
3.3. Calculul puterii instalate; determinarea numărului de grupuri de foraj. Schema
principală a acţionarii sistemelor.
Notaţii:
GF- garnitură de foraj
SĂ- sistem de acţionare
SL- sistem de lucru
SM- sistem de manevră
SR- sistem de rotire
SC- sistem de circulaţie
MA- mod de acţionare.
Modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la motoare la procesul tehnologic se
numeşte mod de acţionare.
În practică se stabilesc trei moduri principale diferite de acţionare:
- modul de acţionare în grup
- modul de acţionare mixt
- modul de acţionare individual
Pentru instalaţia noastră vom alege modul de acţionare INDIVIDUAL.
Pi=(Psm+Psr+Psc)*c
= 874.15
FM=FCM=3715.13 kN
Vm=0.2 m/s
η SM =0.85
Cs=1,1
Se alege motorul CATERPILLAR 3412 DITA avand puterea,Pmot=800 kW
Pmot=800 kW
Psr = 500CP=373.15kW
Psc=[0.76...0.82] x Psm = 0.82 x 874.15 = 716.80 kW
Psc= 716.80 kW
Pi = (874.15 + 373.15 + 716.80) x 1.1 = 2160.51
Determinarea numărului necesar de motoare se face în functie de puterea instalată. La alegerea
numărului de motoare se va avea în vedere că numărul acestora să fie minim.
Numărul necesar de motoare va fi partea întreagă a:
Nmot =
+ 1 =3.7 = 4 motoare
unde;
Pi- puterea instalata ;
Psm-puterea consumata de sistemul de manevra ;
Psr- puterea sistemului de rotatie ;
Psc-puterea sistemului de circulatie ;
Pa-puterea auxiliara ;
Cs-coeficientul de siguranta;
Nmot - numarul de motoare;
Pi - puterea instalate ;
Pmot - puterea motorului;
Lista de motoare disponibile:
MB 800 Bb (390 kW)
MB 890 Bb (640 kW)
ALCO 1180 (1180 kW)
ALCO 1840 (1840 kW)
Se alege motorul ALCO 1840 cu puterea la motor de 1840 kW.
Nmot=4 motoare
MECANISM CU ACŢIONARE INDIVIDUALĂ
3.5 Determinarea numărului de trepte de viteză la manevra şi materializarea schemei
cinematice a sistemului de manevră.
Numărul de trepte de viteza se calculează cu relaţia:
unde: r =
=
5
Nm = 3.70 = 4 viteze
RECALCULARE
FM :=3715
Fm := 106
X1 := 0.22
X2 := 0.678
X0 := 0.5
N = 3.70
N = 3.89
adoptam
F2 = 1317.84
M 0.85
m 0.7
x2 x N 1( )
x1 x N
M
m
FM
Fm
1
x0
solve x 0.016894452337606136276
adoptam
x 0.01
N
logFM
Fm
M
m
x2 x
x0
logx2 x
x1 x
N 4
r1
x2
x1
r1 2.987
rx2 x
x1 x
r 2.819
F1 FM
F2
F1
r
F3 := 467.48
F4 = 165.83
F5 = 58.82
F3
F2
r
F4
F3
r
F5
F4
r
v1 0.2
v2 v1 r
v2 0.564
v3 v2 r
v3 1.589
v4 v3 r
v4 4.478
v5 v4 r
v5 12.622
f x( )x2 x
N 1( )
x1 x N
g x( )M
m
FM
Fm
1
x0
Dupa recalculare rezulta Nm=4 viteze.
Schema cinematică a unei instalaţii de foraj( şi a orice alt tip de instalaţie) reprezintă modalitatea
grafică, prin care sunt reprezentate transmisiile arborilor şi elementele care concura la realizarea
funcţiei cinematice.
Factorul de transmitere „m”- reprezintă numărul transmisiilor dintre doi arbori care pot fi
succesivi sau nesuccesivi, în acelaşi plan sau în plane diferite.
Grupa de transmitere „w”- se formează cu trensmisiile dintre doi arbori succesivi.
Numărul total de viteze „N”- poate fi relizate cu transmisia mecanică la elementul de
execuţie.
Numărul total de arbori „t”- t=w+1
Simbolurile transmisiilor cinematice:
- motor
sau
- cuplaj
- arbore
- transmisia prin curele
(I)
(II)
- transmisia prin lant
(I)
(II)
- transmisia prin angrenaj
(I) (II)
sau
(II)
(I)
M
Raportul de transmisie „i” este raportul dintre viteză unghiulară la arborele condus şi viteză
unghiulară la arborele conducător:
z- numărul de dinţi ai roţii de lanţ.
Raportul parţial de transmitere- raportul de transmitere al unei transmisii:
Relaţia structurala- arata legătura dintre grupele de transmitere
Schema cinematică a sistemului de manevră este următoarea:
N=1 X 2 X 2
3.6 Determinarea înfăşurării maxime a cablului de manevră
Înfasurarea cablului reprezinta modul în care se trece cablul peste rolele
mecanismului macara- geamblac.
Înfasurarea pote fi:
-înfasurare totala (cablul trece peste toate rolele geamblacului respectiv
ale macaralei)
-înfasurare partiala
Forţa din capătul activ al cablului se calculează cu relaţia:
(la ridicare)
m= f( se alege din tabela 1.1.
{
3.7. Alegerea geamblacului de foraj
Geamblacul , montat în vârful mastului sau turlei constituie partea fixă a mecanismului
macara - geamblac şi este format dintr-un număr de roţi pentru cablu, care se rotesc liber pe
rulmenţi, aceştia fiind montaţi la rândul lor pe una sau mai multe axe sprijinite pe suporţi. Prima
dintre roţile geamblacului realizează trecerea capătului activ al cablului de la toba de manevră
peste faţă mastului sau turlei, iar ultima roata a geamblacului asigura trecerea capătului mort al
cablului la toba cap mort.
Amplasarea roţilor este în aşa fel făcută încât să fie evitat contactul dintre cablu şi alte
elemente ale mastului sau turlei, precum şi schimbările de direcţie ale cablului care să producă
sărirea cablului de pe roţi.
Constructie
Tipul cel mai întâlnit de geamblac este tipul cu ax unic, cu rotile în linie
care este sprijinit pe doi suporti situati la capete. Suportii se pot sprijini fie
direct pe un element de coroana mastului sau turlei sau pe un cadru propriu
care se sprijina la rândul lui pe elementul de coroana.
Se întâlnesc si constructii de geamblacuri având una din roti înaintasa
prin care se realizeaza trecerea cablului în interiorul mastului sau turlei.
Rotile gemblacului sunt destinate înfasurarii cablului de manevra,
respectiv cablului de lacarit. Rotile pentru cablul de manevra de la geamblac
sunt identice cu rotile de la macara.
Mecanismul macara- cârlig este alcatuit din macara- cârlig, înfasurarea
cablului si geambacul de foraj.
Ansamblul macara- cârlig reprezinta modul în care este atasat cârligul
prin intermediul unui sistem de amortizare al socurilor si vibratiilor.
Macaraua este partea mobila a mecanismului macara- geamblac,
formata dintr-un numar de roti identice în general ca diametru, tip si
constructie dar cu una mai putin. Macaraua executa o miscare de ridicare si
coborâre pe verticala în interiorul mastului sau turlei si trebuie sa prezinte
colturi sau proeminente care sa faciliteze agatarea în timpul miscarii sale.
Cârligul este elementul sistemului de manevra care, competand
macaraua si formând adeseori împreuna cu acesta un singur bloc macarcârlig
îndeplineste urmatoarele functii:
-sustine în timpul operatiilor de extragere- introducere, garnitura de
foraj prin intermediul chiolbasilor si al elevatorului de prajini;
-sustine în timpul tubajului coloana de tubaj prin intermediul de foraj
care au prevazut acest sistem;
-ridica diferite greutati si asigura manipularea prajinii de avansare;
-ridica în timpul montajului si demontajului diferite utilaje si piese
grele;
-participa la operatia de ridicare si coborâre a masturilor rabatabile, la
instalatiile .
1-toba de manevra
2-capatul activ al cablului
3-rola alergatoare
4-geamblac
5-o râla de la geambac
6-una din ramurile înfasurarii cablului
7-macara
8-cârlig
- sistemul de amortizare
- capatul mort al cablului
10 – toba fixa (sau toba moarta)
Mecanismul macara- cârlig prezinta simetrie geometrica dar nu prezinta
simetrie dinamica si cinematica.
Elevatorul se mai numeste si broasca cu pene.Se foloseste pentru
introducerea coloanei de burlane.
Chiolbasii sau bratele de elevator sunt scule care fac legatura între cârlig
si elevator, ele existând si functionând întotdeauna perechi. Pentru realizarea
legaturii, chiolbasii au forma de za alungita pentru sarcini mici (tip usor),
sau în forma de bara prevazuta la capete cu ochiuri
pentru sarcini medii si pentru sarcini mari (tip greu).Pentru introducerea
usoara, în special pe umerii elevatoarelor, capetele sunt curbate în plan
perpendicular.
Acestia sustin elevatorul, fie de prajini de foraj, fie elevatorul cu pene
pentru coloana de burlane, fixându-se la rândul lor prin ochiurile superioare
pe umerii cârligului. Ei se livreaza, se pastreaza si se utilizeaza în pereche.
Exista 3 tipuri în functie de sarcina de lucru:
- usor , în forma de za, pentru sarcini pâna la 870 tf;
- mediu , în forma de bara cu 2 ochiuri la cele 2 capete, pentru
sarcina de 125 tf;
- greu . pentru sarcini >200 tf.
Când cablul de foraj prezinta semne de uzura este necesara înlocuirea lui.
Pentru o operatie mai usoara de înlocuire se procedeaza astfel: pe toba
moarta se afla înmagazinata o cantitate de cablu care nu a lucrat, deci este
neuzat. Se va debloca, deci toba moarta si va trage de manevra o cantitate de
cablu corespunzatoare lungimii celui care functioneaza.
3.8. Alegerea cablului de foraj
Cablul este un ansamblu format din fire din oţel de rezistenţă ridicată şi de dimensiuni cu
tolerante restrânse, înfăşurate cu precizie într-o anumită construcţie în aşa fel încât să funcţioneze
într-o concordanţă perfectă.
Cablul serveste la suspendarea macaralei de geamblac si manevrarea ei catre granic.
La forajul percutant cablul serveste si pentru transmiterea miscarii de percutie si pentru rotirea
garniturii pe talpa. Cablul din otel este un ansamblu de sarme (fire) si de toroane (vite) grupate
prin infasurare in jurul unei inimi, intr-unul sau mai multe strate concentrice.
Calitatea esentiala a firului cablului este flexibilitatea sa, adica proprietatea de a se incovoia dupa
o raza mica de curbura, fara a suferi deformatiuni permanente, pastrandu-si proprietatea de a
rezista la tractiune. Cu cat firul este mai subtire, cu atat este mai flexibil.
Pentru ca un cablu sa reziste la o tractiune mai mare se folosesc manuchiuri de fire rasucite intre
ele numite vite sau toroane. Firele pot fi de acelasi diametru sau de diametre diferite.Un strat in
mos curent este format din sarme de acelasi diametru. La foraj se utilizeaza cabluri compuse.
Acestea sunt alcatuite din infasurarea mai multor toroane.
Cablarea este operatiunea de impreunare a sarmelor in toroane prin infasurarea lor in forma de
spire elicoidale precum si operatia de infasurare a toraonelor pe inima cablului. Atat infasurarea
sarmelor in toroane cat si a toroanelro in cablu poate fi facuta spre stanga sau spre dreapta, sensul
infasurarii notandu-se cu literele Z si S. Denumirile de infasurare Z (dreapta) si respectiv S
(stanga) corespund cu cele ale sensului de infasurare.
- Cablarea paralela este aceea la care infasurarea toroanelor in jurul inimii se face in acelasi sens
cu infsurarea sarmelor din stratul exterior al toroanelor. Cablarea paralela poate fi dreapta Z/Z
sau stanga S/S
- Cablarea in cruce este cablarea la care infasurarea toroanelor in jurul inimii se face in sens
contrar infasurarii sarmelor din stratul exterior al toroanelor. Cablarea in cruce poate fi dreapta
S/Z sau stanga Z/S.
- Cablarea mixta este cablarea la care toroanele cu infasurare dreapta alterneaza cu toroanele cu
infasurare stanga notandu-se SZ/Z sau SZ/S.
Cablul care se utilizeaza la percutie este necesar sa fie foarte flexibil pentru a rezista la
numeroase inflexiuni ce se produc la balansier si pentru a permite ca garnitura sa se roteasca intr-
o anumita masura la fiecare cursa. Din aceasta cauza cablul la forajul percutant are o importanta
deosebita. In functie de alegerea tipului de confectionare a cablului depinde
randamentul forajului. In cazul cablurilor cu cablare paralela este drept ca se obtin momente de
torsiune mai ridicate decat in cazul celor cu cablare in cruce. Totusi, cablurile cu cablare paralela
nu se folosesc din cauza tendintei formarii de bucle in cazul unei tensiuni insuficiente. Pentru a
evita tendinta de desurubare a garniturii in timpul forajului se foloseste exclusiv cablul cu
cablare in cruce stanga Z/S.
Fcn := 2597
M=5.09
adoptam m=5
m = nr de role
Ser=max(3*Fcn ;2* FCn)
1.03
Ser 2 Fn
mFcn
100
m= 5.09
adoptam m= 5
1.03
Fn1 ( )
2m
1 2m
Fcn
F cn 2597
S er 571.34
F n 285.67
F n 1 ( ) 2 m
1 2 m
F cn
1 ( ) 2 m
1 2 m
0.11
m F cn
100
Fn = 304.44
Ser = 913.34
Deci Ser=3*Fcn=913.34 dc=91
În functie de acesta s-a ales tipul cablului ca fiind SEALE 4 19.
Profilul canalului de cablu trebuie să corespundă următoarelor cerinţe :
- să permită înfăşurarea cablului pe roata, de la intrare până la ieşire, cu minimum de
frecări, chiar dacă el nu se afla în planul median al roţii (din cauza unghiului de deviere respectiv
în cazul balansării macaralei);
- să reducă la minimum turtirea cablului pe fundul canalului datorită unui profil apropiat
de conturul cablului;
- să fie neted, concentric şi cu planul median normal faţă de axă de rotaţie a roţii.
Ser 3 Fn
4. Proiectarea troliului de foraj
4.1. Determinarea forţelor din capătul active al cablului în fazele operaţiei de manevră(la
ridicare, static, coborâre)
Se consideră forţa din capătul active al cablului la extremitatea opusă a tablei în raport cu treaptă
de lanţ aferanta treptei de încercare.
- coecifient care ţine seama de rigiditatea cablului.
- la ridicare k= , k- constanta rolei
- la coborâre k=0.15
4.2. Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevră
Troliul de foraj reprezintă principalul utilaj al sistemului de manevră. Caracteristica
principal a trolului d foraj o reprezintă efortul maxim în capătul activ al capului.
Pentru troliul de foraj mai sunt importante şi alte caracteristici:
- numărul de tobe;
- numărul de arbori;
- numărul şi tipul transmisiilor;
- caracteristicile tobei de manevră.
Funcţiile troliului de foraj:
- introducerea şi extragerea garniturii de foraj;
- adăugarea paşilor;
- introducerea coloanei de tubare;
- introducerea diferitelor scule pentru instrumentaţie în sonda;
- înşurubări şi deşurubări de filete;
- realizarea apăsării pe sapă;
- punerea în producţie;
- manevrarea diferitelor greutati la podul de lucru al sondei;
- la instalaţiile cu turla rabatabilă, rabaterea se face cu troliul de foraj
- diametrul tobei de manevra, se recomanda sa aiba o valoare cuprinsa intre 28-30 ori diamerul
cablului.
Dt=30*91=2730
D0=Dt+dc=2730+91=2821
D1=D0+2 a=2822.6
D2=D0+4a=2824.2
A=α *dc=0.8 * 91=72.8
- lungimea tobei de manevra
lt=3003
- lungimea totala a cablului care se infasoara pe toba
=2*m*(lp+ls)=2*5*(27+1.5)=342
=285 mm
n= /(dc+1/2*dc)=22
B B Lt
Dt
Df
4.3. Calculul franei cu benzi si alegerea franei hidraulice.
Frâna hidraulică reprezintă tipul de frână auxiliară cel mai utilizat la troliile de foraj. Părţile
componente ale frânei sunt:
- statorul frânei hidraulice;
- rotorul frânei hidraulice;
- rezervor cu apă;
- manifold de reglaj;
- pompă centrifugă, care ajută la umplerea rezervorului ce asistă la funcţionarea frânei
hidraulice.
Efectul de frecare se obţine datorită mişcării unui rotor paletat în lichidul care umple
cavitatea formată de statorii prevăzuţi, de asemenea, cu palete.
Apa este introdusă în frână prin orificii, trece prin camerele de alimentare, iar din aceasta în
camerele frânei.
Energia mecanică preluată de frâna se transformă în căldură. Rotorul în mişcare are un efect
de pompare care face ca apa încălzită să fie evacuată.
Troliile de foraj trebuie să fie dotate cu frâne care să îndeplinească următoarele funcţii:
- frânarea, oprirea şi menţinerea suspendată a cârligului încarcat cu garnitura de foraj sau
cu coloana de tubaj;
- absorbţia prin frânare totală sau parţială a energiei cinematice dezvoltate la introducerea
garniturii de foraj sau a coloanei de tubaj în gura de sondă.
- suspendarea unei părţi din greutatea garniturii de foraj în timpul forajului, în vederea
reglării, prin aceasta, a apăsării pe sapă şi a avansului acesteia;
- blocarea tobei de manevră în cursul probei de suprasarcină a turlei.
Sistemul de frânare al instalaţiilor de foraj şi intervenţie trebuie să asigure blocarea sarcinii
în timpul operaţiei de introducere a garniturii de foraj şi controlul vitezei de coborâre.
Frâna mecanică a troliului de foraj trebuie să prezinte o asigurare absolută în funcţionare, să
fie eficace, robustă, uşor de manevrat, cu durabilitate rezonabilă a pieselor supuse uzurii şi să fie
uşor de întreţinut.
Frâna mecanică cu bandă permite pe de o parte frânarea cu o forţă relative redusă, aplicată
manual la manetă şi este autodecuplantă când toba începe să se rotească în sens invers.
Pornind de la cele două funcţii de definire ale sistemului de frânare, toate sistemele de foraj
şi intervenţie sunt echipate cu două tipuri diferite de frână:
- frâna de serviciu este o frână mecanică cu posibilitatea de a realiza blocarea sarcinii şi
cerinţelor acestei frâne; răspunde cel mai bine frâna cu bandă;
- frâna auxiliară realizează controlul vitezei de coborâre a garniturii de foraj în sondă.
Drept frâne auxiliare sunt folosite frâne hidraulice sau electromagnetice.
Frâna cu bandă este formată din toba de manevră, tambur de frână, traversă egalizatoare,
servomotor, supapă de comandă.
Frâna cu bandă poate menţine valoarea momentului de frânare la orice viteză unghiulară.
Poate realize moment de frânare la viteză nulă.
Vitezele de coborare al garniturii de foraj in sonde netubate:
Vitezele de coboare ale carligului in sonde tubate:
Din categoria frânelor de serviciu fac parte:
- frana cu bandă;
- frana cu saboţi;
- frana cu discuri;
Frana auxiliară realizează controlarea vitezei de coborâre, fără a putea realiza blocarea
sarcinii, având rolul de a descărca o parte din valoarea momentului de frânare pe care trebuie să-l
realizeze frâna de seviciu.
În această categorie din punct de vedere constructiv instalaţiile de foraj sunt echipate cu 2
tipuri de frâne:
- frana hidraulică ( ele nu dezvolta moment de frânare la operaţia de ridicare, fiind cuplate
prin intermediul unui cuplaj de sens unic);
- frâne electromagnetice.
Construcţia franei cu bandă:
1- maneta de frână
2- benzi de frână
3- sistem de egalizare a tensiunilor în cele două benzi de frână
4- sistem de suspensie
5- sistem de împingere.
Calculul funcţional al franei cu bandă:
a. Determinarea momentului de frânare realizat de frână cu bandă
- unghiul de contact dintre banda de frana si tamburul franei
= 260 … 320 grade
t-tractiunea minima
În fabricaţia curentă se utilizează două cupluri de material de fricţiune:
otel- ferodou (µ 0.27⋯0.5)
otel- retinax (µ 035⋯0.65)
otel-ferodou ⋯
otel retimax ⋯
b.Determinarea lăţimii benzii de frână.
η=0.25
=340297,5
Pc= 0.0004 N/mm2
δ=Pc*Rt/σa=0.0022 mm
δ-grosimea benzii de frana
B=1.913 m
Construcţia franei hidraulice. Principiul de funcţionare.
Frana hidraulică reprezintă de fapt din punct de vedere constructive o pompă centrifugă care
are rolul de a lucra în regim de frână.
Aşa cum rezultă şi din caracteristica funcţională are rolul de a controla viteza de coborâre în
timpul procesului de introducere în sonda a garniturii de foraj. Ea poate bloca sarcina de la cârlig
dar poate încetini coborârea acesteia. Viteza de coborâre depinde de specificul operaţiei de
coborâre. Cu alte cuvinte, dacă coborârea se face în sonde netubate viteza de coborâre este mai
mică, iar frana trebuie să realizeze moment mai mari de frânare. În cazul în care operaţia de
coborâre se desfăşoară în sonde tubate viteza de coborâre este mai mare. Se impune deci
posibilitatea de a realiza reglarea franei.
Momentul de frânare depinde de gradul de umplere. Dacă frana este plină cu lichid (apă) ea
realizează momentul de frânare maxim. Pentru a putea regla valoarea momentului de frânare este
necesar ca să putem regla gradul de umplere cu lichid al franei. Acest lucru îl putem realize cu
ajutorul rezervorului de reglaj şi al manifoldului. În acest fel prin modificarea gradului de
umplere realizăm controlul momentului total de franare realizat cu instalaţia de foraj.
Se alege frana hidraulică de forma: FH 40
Constructia franei electromagnetice.
1-stator
2-rotor
3-infasurare statorica
4-canale de răcire
5-magneti permanenţi
6-lamele magnetice
7-pulberi magnetice.
FR1=(β*F*Dn/2)/RRL1=756.028
RRL1=400
Mt=FR1*RRL1
Mt=756.028*400=302411.2 kN*m.
1
7
3
4
3
4
2
6 5
4.4. Calculul de dimensionare-verificare al arborelui tobei de manevra.
F=285.67kN
GT=10 kN
GA= GB = 3 kN
Fv=F x cos α = F x cos (30)=247.39 kN
FH=F x sin α = F x sin (30)=142.83 kN
Calcul reactiunii pe verticala:
(∑ )
∑
∑
(∑ )
Calculul diagramei momentului incovoietor
Calculul diagramei momentului incovoietor
Dimensionarea arborelui
Am ales materialul 41MoCr11 cu ⁄
⁄
Calculul diametrelor:
Pentru sectiunea 2:
√ (
)
√ (
)
√ ( ) √
√
√
Pentru sectiunea 3:
√ (
)
√ (
)
√ ( ) √
√
√
Pentru sectiunea 6:
√ (
)
√ (
)
7
√ ( ) √
√
√
Pentru sectiunea 7:
√ (
)
√ (
)
√ ( ) √
√
√
Bibliografie:
1.Bublic,A.,Cristea,V., s.a Utilaj petrolier pentru foraj si
extractie,Bucuresti,Ed. Tehnica,1968
2. Hirsch, I., Calculul si constructia utilajului petrolier, Bucuresti, Ed.
Didactica si Pedagogica, 1964
3.Pantazi,D., Constructia si tubarea sondelor,Bucuresti, Ed.
Tehnica,1972
4.Vlad, I., Masini si utilaj petrolier pentru foraj extractie, I.P.G. Ploiesti
5.Wikipedia
top related