Расчет вертлюга

Назначение и применение вертлюга в бурении. Основные требования к механизму. Классификация вертлюгов, конструкция, основные параметры. Расчет бурильной колонны, оценка максимальной нагрузки на крюке по методике ВНИИБТ. Специфика эксплуатации вертлюга.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 25.11.2011
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

-

[1]

1,3

39

Требуемый предел текучести материала бурильных труб

- в верхнем сечении

373

- в сечении изгиба

333

40

Группа прочности материала труб

-

-

[1, стр.81]

Д

41

Допускаемая растягивающая нагрузка в верхнем сечении соответствующая

859

II. Расчет бурильной колонны при роторном бурении (в процессе бурения)

Допущения: силами трения можно пренебречь, так как в процессе бурения колонна вращается с большей скоростью в сравнение с поступательным движением

1

Частота вращения долота

по заданию

120

2

Внутренний диметр промежуточной колонны

табл. 1

253,1

3

Тип долота

-

-

по заданию

Ш

4

Удельный момент горных пород

[3, табл. 8.2]

14

5

Общая длина утяжеленных бурильных труб

85

6

Требуемое число труб

-

8

7

Фактическая длина утяжеленных бурильных труб

96

8

Крутящий момент на долоте

1120

9

Угловая скорость на долоте

12,56

10

Мощность холостого вращения

7,6

11

Момент сил сопротивления вращению колонны на вертикальном участке

605

12

Сила тяжести утяжеленных бурильных труб

146,8

13

Суммарная поперечная сила на участке стабилизации

277

14

Растягивающая сила в начале участка стабилизации

163

15

Поперечная сила на участке искривления

-196

16

Коэффициент трения при вращательном движении колонны

- на участке стабилизации (металла о горную породу)

-

0,2

- на участке набора кривизны (металла по металлу)

-

0,1

17

Момент потерь на трении на наклонных участках

- на участке стабилизации

1744

- на участке набора кривизны

2465

18

Момент потерь при вращении из-за искривленности оси (момент внутренних потерь)

2236

19

Момент сил сопротивления вращению бурильной колонны на наклонных участках

6,5

20

Крутящий момент

- в верхнем сечении колонны

8,225

- в сечении изгиба

7,620

21

Мощность на роторе

103,3

22

КПД процесса передачи вращения

0,14

23

Продольная сила

- в верхнем сечении колонны

336,4

- в сечении изгиба

196,7

24

Касательные напряжения

- в верхнем сечении колонны

99,8

- в сечении изгиба

92,5

25

Нормальные напряжения

- в верхнем сечении колонны

148,8

- в сечении изгиба

118,0

26

Эквивалентные напряжения

- в верхнем сечении колонны

249

-в сечении изгиба

219

Опасное сечение - верхнее сечение

27

Коэффициент запаса статической прочности

-

[1]

1,4

28

Требуемый предел текучести материала труб

- в верхнем сечении колонны

348,6

- в сечении изгиба

306,6

ВЫНОСЛИВОСТЬ (Расчет при роторном бурении)

1

Период цикла (время одного оборота)

0,5

2

Средняя механическая скорость

принимаем

10

3

Длина участка искривления

209

4

Время нахождения труб на участке искривления (при бурении)

5,81

5

Число циклов переменных напряжений

-

11,61

6

Среднее напряжение цикла

332,7

7

Амплитуда переменных напряжений

36,7

8

Минимальное напряжение цикла

124,8

9

Максимальное напряжение цикла

198,2

10

Коэффициент асимметрии цикла

-

0,62

11

Предел прочности материала труб

[1, стр. 81]

650

12

Предел выносливости гладкого образца при симметричном цикле на воздухе

292,5

13

Тип среды бурового раствора

-

-

принимаем

Коррозионная

14

Эффективный коэффициент концентрации напряжения (резьба)

-

[1, прил., рис. 2 П.]

D/d=245/168=1,46

2,5

15

Коэффициент влияния шероховатости поверхности и рабочей среды

-

[1, рис. III.6]

3,2

16

Коэффициент влияния абсолютных размеров

-

[1, рис. III.5]

0,65

17

Способ поверхностного упрочнения

-

-

принимаем

поверхностная закалка

18

Коэффициент поверхностного упрочнения

-

[1, табл. III.2]

1,3

19

Коэффициент снижения предела выносливости

-

5,3

20

Предел выносливости детали

55,18

21

Коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла

-

[1, табл. III.6]

0,05

22

Коэффициент запаса усталостной прочности

-

1,4

23

Допускаемый коэффициент запаса

-

[1, табл. 2.П]

1,5 - 1,7

Таблица 2.3 Расчет максимальной нагрузки на крюке по методике ВНИИБТ

Наименование параметра

Способ определения

Значение

1

2

3

4

1

Глубина скважины (по вертикали)

по заданию

L=2100

2

Диаметр эксплуатационной колонны

по заданию

Dэ=178

3

Диаметр бурильных труб

D=89

4

Вес в воздухе погонного метра БТ

табл.3

q=174.6Н/м

5

Масса погонного метра ОТ (гладкая часть)

[2]

M=41,4кг/м

6

Масса муфты ОТ

[2]

MM=10.1кг

7

Приведенный вес в воздухе ОТ

414 Н/м

8

Нагрузка от веса БК

526,16кН

9

Нагрузка от веса ТК

1043кН

10

Коэффициенты запаса допускаемой нагрузки на крюке:

-по бурильной колонне;

-по обсадной колонне

кб

Ко

1,67

1,15

11

Допускаемая (максимальная) нагрузка на крюке:

- по бурильной колонне;

878,69кН

- по обсадной колонне

1199,5кН

12

Максимальная нагрузка на крюке

1250кН=125т

13

Выбор класса буровой установки

4

14

Марка буровой установки (Уралмаш)

БУ2500/1600 ДГУ-М

15

Марка вертлюга

УВ-250МА

16

Допускаемая нагрузка

[4, табл. XIV.1]

2500 кН

Таблица 2.4 Расчет основной опоры вертлюга

Нименование параметра

Ед. изм.

Обознач.

Способ определения

Числ.знач.

1

2

3

4

5

6

889752Х1

TIMKEN 100TTHD045

1

Тип подшипника

-

-

[8,с.4]

Упорный с коническими роликами

2

Базовое число оборотов подшипника

об.

N0

[7,с.102]

106

3

Внутренний диаметр

мм

d

[5, с.408]

[6,с.335]

260

254

4

Наружный диаметр

мм

D

-//-

540

539,75

5

Ширина

мм

Н

-//-

132

117,475

6

Динамическая грузоподъемность

кН

C

-//-

4150

5690

7

Статическая грузоподъемность

кН

Co

-//-

7900

12000

8

Частота вращения ствола

об/мин

n

[1,с.121]

100

9

Радиальное усилие

кН

R

[5, с.408]

0

10

Масса ствола вертлюга

кг

m

табл.1.7

420

11

Максимальное продольное усилие в бурильной колонне

кН

N(0)

табл.2.2

648

12

Осевая нагрузка

кН

Fa

Fa =N(0)+mg

652,1

13

Коэффициент режима работы подшипника

-

КБ

[7,с.102]

1,7

14

Температурный коэффициент

-

КТ

-//-

1

15

Приведенная нагрузка

кН

Pприв

1108,57

16

Коэффициент эквивалентности нагрузки

-

kэ

принимаем

0,8

17

Эквивалентная нагрузка

кН

Рэкв

887

18

Показатель степени кривой усталости подшипника

-

mn

[7,с.32]

10/3

19

Базовый ресурс

млн.об.

L10

171,3

490,5

20

Вероятность безотказной работы подшипника

-

Р(t)

[7,с.102]

0,97

21

Коэффициент надежности

-

а1

0,44

22

Коэффициент, учитывающий качество материала и условия эксплуатации

-

а23

[7,с.33]

0,9

23

Скорректированный ресурс опоры

млн.

об

Lna

67,8

194,2

24

Скорректированный ресурс опоры в часах

ч

Lh

11300

32367

25

Средняя скорость механического бурения

м/ч

Vмех

принимаем

15

26

Длина ствола скважины

м

Lэ

табл.2.1

2454

27

Время механического бурения скважины

ч

h1

163,6

28

Возможное количество скважин, пробуренных с использованием данной опоры

-

zc

69

198

29

Время одного оборота подшипника

с

t1

t1

0,6

30

Число оборотов подшипника

-

N

67,8

194,2

Итог: ресурс новой опоры в 2,86 раза больше ресурса ранее используемого подшипника.

2.5 Расчет ствола вертлюга

Таблица 2.4

Наименование параметра

Ед. изм.

Обоз-нач.

Способ определения

Числ. значение

1

2

3

4

5

6

1.

Материал

Ї

Ї

[6, стр.410]

38ХГН

2.

Предел текучести

МПа

ут

[8, стр.48]

700

3.

Предел прочности

МПа

ув

Ї // Ї

900

4.

Предел выносливости

МПа

у-1

у-1 = 0,43*ув

387

5.

Предел выносливости растяжения

МПа

у-1р

у-1р = 0,36*ув

324

6.

Плотность бурового раствора

кг/м3

с

таблица 4

1100

7.

Плотность материала труб

кг/м3

ст

7800

8.

Вес одного метра труб

q

Н/м

таблица 5

602

9.

Длина труб одинакового веса (ОТ)

м

LБТ

Ї // Ї

1522,5

10.

Нагрузка на долото

кН

Gт

Ї // Ї

80

11.

Площадь отверстия ствола вертлюга

м2

f

f = р*d2 / 4

0,00442

12.

Расчётное давление жидкости

МПа

рр

принимаем

25

13.

Вес УБТ

кН

GУБТ

таблица 3

110,16

14.

Динамическая нагрузка на ствол вертлюга

кН

Рв.д

Рв.д = (1+с/ст)(qLБТ+ GУБТ)-Рдр*f

1240

15.

Наименьший наружный радиус ствола

м

R

[6, стр.412]

0,104

16.

Внутренний радиус

м

r

Ї // Ї

0,0375

17.

Напряжения на внутренней поверхности

МПа

уt

уt = рр*(1+( r/R)2) / (1-( r/R)2)

32,5

18.

Отношение предела текучести при растяжении к пределу прочности при сжатии

Ї

х

х = ут.р / ут.с

0,84

19.

Напряжения от давления жидкости

МПа

уr

уr = рр

25

20.

Расчётная растягивающая нагрузка

кН

Р

таблица 3

859

21.

Растягивающие напряжения

МПа

ур

ур = Р / (R2 - r2)

91,3

22.

Эквивалентные напряжения

МПа

уэ

уэ = урt+ х*уr

144,8

23.

Коэффициент запаса статической прочности

Ї

S

S =ут / уэ

4,83

24.

Допускаемый коэффициент запаса

Ї

[S]

[6, стр.437]

2,5

25.

Предел выносливости при работе в агрессивной среде

МПа

у-1агр

у-1агр = 0,28*ув

252

26.

Мах напряжения цикла

МПа

умах

умах = уэ

144,8

27.

Мin напряжения цикла

МПа

умin

умin = 0,7*умах

101,36

28.

Средние напряжения цикла

МПа

ум

ум = (умах + умin) / 2

123,1

29.

Средняя амплитуда цикла

МПа

уа

уа = (умах - умin) / 2

21,7

30.

Коэффициент влияния всех факторов

Ї

КД

принимаем

3

31.

Коэффициент асимметрии цикла

Ї

шу

Ї // Ї

0,1

32.

Коэффициент запаса выносливости

Ї

n

n =

3,25

33.

Допускаемый коэффициент запаса

Ї

[n]

[1, стр.428]

1,7

Вывод: Запас прочности ствола вертлюга удовлетворяет условиям прочности (n>[n]: 3,25>1,7).

Таблица 2.5 Расчет штропа

Наименование параметра

Ед. изм.

Обознач.

Способ определения

Числ. значение

1

2

3

4

5

6

1.

Материал

Ї

Ї

[6, стр.410]

Сталь 35

2.

Предел прочности

МПа

ув

[8, стр.48]

470

3.

Допускаемые касательные напряжения

МПа

Справоч. велич

20

Сечение I (растяжение)

4.

Диаметр штропа

мм

d1

37

Сечение II (условный изгиб)

5.

Интенсивность давления

МПа

qII

34,6

6.

Радиус

мм

R1

134,6

Сечение III (напряжения среза, условный изгиб)

7.

Диаметр пальца штропа

мм

dп

129

8.

Интенсивность давления

МПа

qIII

33,7

9.

Диаметр проушины

мм

D

149

Сечение IV (растяжение)

10.

Напряжения в проушине штропа

МПа

IV

217

Вывод: штроп выдерживает нагрузку во всех расчетных сечениях.

3. Особенности эксплуатации

3.1 Подготовка к работе

Перед началом эксплуатации, вертлюга необходимо выполнить следующее:

1)проверить затяжку всех болтовых соединений, при необходимости болты и гайки докрепить и снова законтрить проволокой;

2)проверить надежность затяжки резьбовых соединений быстросъемного уплотнения;

3)проверить состояние замковой резьбы переводника путем наружного осмотра, в случае обнаружения забоев резьбы или трещин заменить Переводник;

4)закрепить переводник на стволе при помощи машинных ключей;

5)залить масло в масляную ванну в соответствии с указаниями для чего: проверить надежность затяжки пробки, отвернуть пробку, залить масло до тех пор, пока уровень ее поднимется до краев отверстия;

6)осмотреть и при необходимости прочистить "дыхательное" отверстие на пробке;

7)проверить состояние уплотнения масляной ванны, ecли имеется утечка масла из ванны, необходимо сменить севанитовые уплотнения;

8)заполнить полости уплотнений густой смазкой в соответствии с картой смазки;

9)установить вертлюг.

3.2 Проверка технического состояния

Проверка технического состояния вертлюга должна производиться перед каждой сменой, при этом проверяется:

1.Осевой люфт ствола (при необходимости производится регулировка люфта в соответствии с указаниями раздела «Техническое обслуживание»).

2.Надежность затяжки всех болтовых и резьбовых соединений.

3.Состояние замковой резьбы переводника.

4.Уровень масла в масляной ванне.

5.Состояние "дыхательного" отверстия на пробке.

6.Состояние масла в масляной ванне (загрязненное масло заменить).

7.Состояние быстросъемного уплотнения и уплотнения масляной ванны.

3.3 Техническое обслуживание

1. Вертлюг является одним из ответственных узлов вращательной группы оборудования, надлежащее техническое обслуживание вертлюга является обязательным условием его высоких эксплуатационных показателей.

2. Перед началом эксплуатации вертлюга, нового или полученного с ремонтно-механического завода, необходимо убедиться в том, что ствол вертлюга плавно проворачивается от усилия не более 300 кН. Плавное, без заеданий вращение ствола является залогом продолжительного срока службы основных и вспомогательных опор вертлюга. Вертлюг, у которого ствол проворачивается при значительных усилиях и заеданиях, должен быть заменен.

3. Неправильно отрегулированный осевой люфт ствола вертлюга может стать причиной преждевременного выхода из строя основного и вспомогательного упорных подшипников. Для того, чтобы правильно отрегулировать люфт, необходимо при нижнем положения ствола (вертлюг в подвешенном состоянии) замерить зазор между торцами корпуса вертлюга и крышки. Затем под крышку устанавливается набор прокладок суммарной толщиной h , равной:

h=S+0,5 мм

где

S - замеренный зазор между торцами крышки и корпуса в миллиметрах.

4. Нельзя допускать течи промывочной жидкости через уплотняемые зоны. При обнаружении течи следует заменить уплотнение. Снятый узел уплотнения необходимо привести в состояние готовности к использованию, заменив изношенные детали.

При замене манжет необходимо проверить состояние трубы, если будет обнаружен значительный износ поверхности или промыв тела трубы - ее надо заменить.

3.4 Замена уплотнения

1.На трубе установить хомут, совместить его нижний торец о контрольной риской . Закрепить хомут на трубе при помощи стяжного болта и гаек; при этом сухарь установленный на стяжном болте, должен проворачиваться от легкого усилия. Установить сухарь в нейтральное положение.

2.Установить в корпусах рабочие манжеты и металлические кольца.

3.Надеть на корпус гайку.

4.Корпус в сборе с гайкой установить на трубе снизу, переместив вверх до упора в хомут.

5.Затем, корпус в сборе с гайкой установить на трубе сверху, переместив их также до упора в хомут.

6.Установить верхнюю торцовую манжету. Проверить, чтобы верхняя кромка манжеты была выше торца трубы.

7.При сборке уплотнения на трущиеся поверхности нанести смазку в соответствии с указаниями. Все полости уплотнения заполнять также смазкой.

8.При установке уплотнения необходимо обеспечить соосность его основных деталей. Неправильная установка этого ответственного узла может привести к быстрому выходу из строя резинотканевых манжет.

Соосность деталей уплотнения будет обеспечена, если при его установке первым будет закреплен нижний уплотнительный узел, а затем верхний уплотнительный узел.

9.Необходимо следить за состоянием переводника и ствола. Если будет обнаружено, что резьбовое соединение переводника или ствола пропускает промывочную жидкость, вертлюг надо заменить.

10.При обнаружении большого износа стенок отвода - отвод следует заменить новым.

3.5 Смазка

1.Своевременная смазка подшипников и шарнирных соединений - важнейшая часть ухода за вертлюгом. Полная утечка масла из ванны корпуса может привести к выходу из строя основного упорного подшипника. Персонал должен тщательно следить за тем» чтобы не было чрезмерного; повышения температура подшипников,

2.Смазка всех точек вертлюга, а также заливка и смена масла в ванне производятся в полном соответствии с указаниями, приведенными в карте смазки.

3.6 Ремонт

Каждый ремонт, выполнявшийся на ремонтном заводе или в мастерской, должен отмечаться в прилагаемом к вертлюгу паспорте.

При ремонте в мастерских или на ремонтном заводе должны быть выполнены следующие требования:

1. При смене роликоподшипников необходимо проверить диаметры посадочных отверстий в расточках корпуса вертлюга, крышки, диаметр посадочных шеек на стволе вертлюга, при этом диаметры должны соответствовать размерам с учетом допусков, указанных в чертежах. При посадке подшипники нагревать в масляной ванне до температуры 80-100°

2. При смене основного упорного роликоподшипника необходимо проверить опорные поверхности на грибовидном фланце ствола и корпуса вертлюга. Неровности» задиры не допускаются, а если они имеют место, то эти поверхности должны шабриться.

3. Масляная ванна должна быть тщательно промыта. Все каналы смазки и винтовые масленки необходимо счистить от грязи, промыть керосином, продуть воздухом и заполнить свежей смазкой.

4. При сборке вертлюга необходимо обратить особое внимание на регулировку упорных подшипников. Регулировка должна производиться прокладками таким образом, чтобы ствол легко вращался от руки при неустановленных уплотнениях.

5. После регулировки подшипников произвести сборку верхнего и нижнего уплотнений. Все полости уплотнений должны быть заполнены густой смазкой.

6. Должна быть проверена резьба на стволе вертлюга и переводнике калибрами. Детали с испорченной резьбой к эксплуатации не допускаются.

7. В масляную ванну должно быть залито масло в соответствии с указанием.

8. Особое внимание должно быть обращено на герметичность нижнего уплотнения масляной ванны.

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены основные конструкции вертлюгов, обзор их основных параметров, особенностей эксплуатации. Для бурения скважины глубиной 2100 м был выбран в качестве прототипа вертлюг УВ-250. Была осуществлена модернизация: основную опору - подшипник 889752Х1 -заменили на подшипник TIMKEN 100TTHD045, в результате ресурс основной опоры увеличился в 2,86 раза.

Список используемой литературы

1. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. 1988г.

2. Сароян А.Е. Справочное руководство. Изд.2 М., «Недра» 1976г.

3. Ильский А.Л. Расчеты и конструирование бурового оборудования. М., «Недра» 1985г

4. В.И. Дарищев, В.Н. Ивановский. Методические указания для дипломного проектирования, М., 2002

5. Подшипники. Рабочие и эксплуатационные характеристики подшипников, устанавливаемых в подшипниковых узлах машин, механизмов и приборов. Общий каталог. Москва, 2001

6. Интерактивный каталог подшипников TIMKEN.

7. С.И. Ефимченко. Расчеты ресурса несущих элементов буровых установок. Москва, 2001

8. Вертлюги УВ-250, УВ-320. Каталог запасных частей к нефтяному оборудованию. Москва,1989

Размещено на Allbest


Подобные документы

  • Схематическое устройство вертлюгов для бурения глубоких скважин. Технические характеристики промежуточного звена между талевой системой и бурильным инструментом. Расчет ствола, штропа и подшипника вертлюга. Условие эксплуатации и состояние смазки детали.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.03.2012

  • Назначение, основные параметры, устройство роторов. Роторное бурение. Условия работы ротора влияют и изменения нагрузки на долото. Отечественные буровые установки. Упругие колебания. Вращение бурильной колонны. Преодоление сопротивления. Схема ротора.

    доклад [401,8 K], добавлен 09.10.2008

  • Основные параметры и классификация насосов. Основные причины, ограничивающие использование грунтовых вод. Схема проверки производительности скважины с учетом максимальной откачки (пиковой нагрузки). Защита при эксплуатации погружных электронасосов.

    курсовая работа [420,7 K], добавлен 07.12.2016

  • Сущностные характеристики редуктора: назначение, конструкция, применение и классификация. Проектировочный расчет конической передачи и выбор подшипников тихоходного вала. Геометрические параметры зубчатой муфты. Основные особенности сборки редуктора.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 05.01.2012

  • Понятие и общая характеристика, назначение и условия работы бурильной колонны, ее внутренняя структура и основные элементы, направления и условия практического применения. Динамические нагрузки на бурильную колонну, определяющие долговечность двигателя.

    реферат [368,6 K], добавлен 25.11.2014

  • Определение геометрических размеров колонны, выбор материала, оценка прочностных характеристик и анализ полученных результатов. Специфика конструкций, изготовленных из металлических деталей, соединенных сваркой. Преимущества сварных конструкций.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.05.2023

  • Подбор оптимального варианта насоса для подачи орошения колонны К-1 из емкости Е-1. Теплофизические параметры перекачиваемой жидкости. Схема насосной установки. Расчет напора насоса, построение "рабочей точки". Конструкция и принцип действия насоса.

    реферат [92,1 K], добавлен 18.03.2012

  • Расчет на прочность конструктивных элементов колонны и геометрических характеристик опасных сечений. Определение коэффициента скоростного напора ветра и равнодействующей силы ветрового напора на отдельных участках колонны. Расчет приведенной нагрузки.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.11.2022

  • Понятие и применение фрикционной передачи, ее конструкция, основные преимущества и недостатки, расчетная схема. Определение максимальной величины механического изнашивания на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи.

    курсовая работа [528,4 K], добавлен 17.11.2010

  • Назначение, основные данные, требования и характеристика бурового насоса. Устройство и принцип действия установки, правила монтажа и эксплуатации. Расчет буровых насосов и их элементов. Определение запаса прочности гидравлической части установки.

    курсовая работа [6,7 M], добавлен 26.01.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.