Proiect UP Jianu Loredana Corina

5/24/2018 Proiect UP Jianu Loredana Corina

1/43

UNIVERSITATEA PETROLGAZE DIN PLOIESTIFACULTATEA DE INGINERIE MECANICA SI ELECTRICASpecializare: INGINERIE ECONOMICA IN DOMENIUL MECANIC

Proiect UTILAJ PETROLIER

INSTALATIA DE FORAJ

Conducator de proiect: Marius StanStudent: Jianu Loredana-Corina

Specializarea: I.E.D.MGrupa: 1230

Anul: III

PLOIETI 2013


2/43

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 deforaj.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 materializareaschemei 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 FORAJ4.1 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;


3/43

5. MATERIALUL GRAFIC

5.1 Desenul subansamblului arborelui tobei de manevra;5.2 Desen de executie;


4/43

INTRODUCERE

Sintagma apogeul petrolului este des ntlnit n zilele noastre. Se refer la momentul n careproducia mondial de petrol vaatinge punctul su maxim, urmat de un declin de proporii alratei de extrac

ie al aurului negru. Dup aceea se ajunge n etapa n care resursele vor fi epuizate.

Aceasta este teoria apogeului petrolului, dar oare sa fie ea realist?

Aceste concept este vehiculat de 20-30 de ani. Manipularea maselor a fot fcut cu succes pentruc oricine tie c petrolul e va termina ntr-o zi. ns se pare c lucrurile nu stau chiar aa.Noi cercetri, ascunse, inute departe de ochii publicului larg, demonstreaz c petrolul este oresurs inepuizabil. Acesta este marele secret al companiilor petroliere pe care ncearc s -lapere prin orice mijloace posibile. Dac acest adevr iese la suprafa o dat pentru totdeauna,


5/43

preul petrolului trebuie s scad, iar companiile petroliere ar suferi mari pierderi economice.Rzboaiele care au ca cop controlul resurselor petroliere nu i-ar mai avea rostul i marileeconomii, precum cea a SUA, ar nregistra un declin imens.

Instalatia de forare (drilling rigeng.) - o masinarie folosita pentru a fora sonde in scoarta

terestre. In cazul instalatiilor de forare petroliere, acestea foreaza sonde de petrol sau gaze. Larandul lor acestea pot fi pentru forare pe uscat (onshore), sau forare pe mare (offshore). Celeoffshore 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 percutantdislocarea rocii n talpa sondei se face prin lovire repetat cuo sap special,de forma unei dli (trepan). Are dou variante: percutant-uscat (cu tije sau cablu) i percutant-hidraulic. n primul caz sapa este antrenat cu ajutorul unui cablu sau a unei tije (metal, lemn).Detritusul este evacuat prin introducerea unei cantiti mici de ap i extragerea periodic anoroiului format, cu o lingur cilindric. n forajul percutant-hidraulic sapa este antrenat cuajutorul prjinilor (evi de oel), prin care se pompeaz continuu fluid pentru splarea tlpii de

detritus.Foraj rotativcel mai utilizat este forajul rotativ-hidraulic, cu evacuarea materialului dislocatprin circulaie de fluid. Are dou variante: cu rotaie de la suprafa (cu mas rotativ, sau caprotativ la sondeze) i cu motoare submersibile. Procesul de forare este continuu, cu evacuareapermanent a detritusului cu ajutorul fluidului de foraj. Dislocarea rocii se realizeaz cu diferitetipuri de sape, care execut o micare de rotaie i ptrundere n teren.Metoda rotativ-hidraulic se numete irotary. Sapa este rotit de motoarele instalaiei prinintermediul masei rotative i a prjinilor de foraj. Pentru ptrunderea sapei n roci apsarea esteasigurat de garnitura de foraj. Fluidul de foraj este pompat n talp prin interiorul prjinilor.


6/43

1.CAPITOLELE PROIECTULUI

1.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj si a principalelor utilaje

componente ale sistemului de manevra


7/43

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 crlig n tone forta3DHsintemul de actionare

n Romnia simbolizarea este facuta sub forma: F320 3DH.

O instalatie de foraj cuprinde 3 sisteme de lucru principale si maimulte 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 demanevra a materialului tubular n sonda.

Sistemul de rotire (SR) realizeaza transmiterea miscarii de rotatie de lasuprafata pna la sapa.

Sistemul de circulatie (SC)realizeaza debitul de circulatie necesarevacuarii detritusului din sonda.

Sistemul de manevra reprezinta unul dintre sistemele principale delucru 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:


8/43

geamblac nfasurarea cablului ansamblul macara-carlig.


9/43

2.DATE INITIALE

2.1. Adncimea sondei

Pentru elaborarea proiectului vom avea adncimea sondei H=4200 m.

Alegerea diametrelor nominale ale sapelor de foraj, filete de legaturacorelate cu diametrele de burlane si prajini se face de la pag. 166 dinCarnetul Tehnic de Utilaj Petrolier.

H=4200 mLi=2/3*H=2800 mLa=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 legtur corelate cu diametrele deburlane i prjini 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 5/8DCE=7 =>Se alege DSapa=9=228,5mm=>Diametrul coloanei intermediare DCI=103/4=>Diametrul prajinii de foraj :Dpf=5 1/2".=>DCA=13

3/8=>D2

S2=171/4"=>D

2pf=6

5/8.

Material tubular API:N DC DS Dpf FL

CE 1 7 9 5 /2 4CI 2 10 /4 14 6 /8 6 /8CA 3 13 /8 17 /4 6 /8 7 /8

Material tubular:N DC DS Dpf FL LC

CE 1 6 /8 7 /4 4 /2 4 /2 [100-300]~ /3HCI 2 8 /8 11 6 /8 6 /8 2200 m~ /3HCA 3 13 /8 17 /4 6 /8 7 /8 H


10/43

3.Continutul memoriului

3.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj


11/43

Instalaiile de forare, sonde sau sondeze, au componentele de baz comune. Aceste componentese mpart n componente de suprafa i componente de interior. Componentele de suprafa,funcie de rolul lor sunt: Grup de for-pentru acionare, format din motoare, motoare electrice de fund; Turla cu substructur;

Sistemul de manevr-pentru intoducerea i extragerea garniturii de foraj cu instrumentele dedislocare (sapa,freza).Este alctuit din macara, troliu, geamblac, crlig, cablu de foraj, i sculede manevr (elevatoare, pene, cleti); Sistemul de rotaie-antreneaz garnitura ntr-o micare rotativ. Cuprinde masa rotativ i capulhidraulic; Sistemul de circulaie-asigur circulaia fluidului de foraj n sond. Cuprinde pompa de noroi iconductele de aspiraie i mpingere (manifold, din engl. manifold=conduct de aducie), furtun,Componentele de interior cuprind: coloana de tubaj, garnitura de foraj i instrumentele dedislocare.

Ciclul de foraj cuprinde succesiunea operaiilor executate de la montarea unei instalaii pe olocaie i pn la demontarea i transportul spre o alt locaie. El poate cuprinde:

Lucrri de suprafa amenajarea terenului, montajul instalaiei de foraj i anexelor;Lucrri pregtitoare verificarea strii de funcionare a utilajelor, sparea i consolidarea guriiprjinii ptrate;Sparea gurii de sond sau forajul propriu-zis, cuprinde un ciclu de operaii repetat la fiecareintroducere a unei sape noi n locul celei uzate i a garniturii de prjini pn n talpa sondei. Pemsura adncirii sondei, la garnitura de foraj se adaug o nou prjin de foraj (bucata deavansare). O vitez mic de avansare poate indica uzarea sapei. Extragerea garniturii se face npai (cte 2-3 prjini), care se sprijin n turl, la pod. Toate manevrele se execut cu ajutorulsistemului de manevr i a mesei rotative (cap rotativ).Lucrri de consolidare i izolare a gurii de sond forarea ncepe cu o sap cu diametru mare,se sap o poriune, se tubeaz prima coloan (coloana de ancoraj) i se cimenteaz n spatele

coloanei. Se continu forajul cu o sap cu diametru mai mic. Funcie de scopul sondei i funciede condiiile geologice (natura rocilor, tectonica regiunii) dup coloana de ancoraj se tubeazdirect coloana de exploatare, sau 1-2 coloane intermediare i apoi coloana de exploatare. Tubareaeste operaiunea de introducere a unor burlane de oel n gaura de sond. Burlanele se cimenteazn spate n totalitate, sau parial, pe o anumit nlime de la talp.Operaii de investigare la forarea unei sonde, nainte de operaiunea de tubare se pot executadiferite investigaii geofizice de tipul carotaj electric, carotaj radioactiv, cavernometrie,msurtori de deviaie, etc.Lucrri de punere n producie au loc la forajele executate n scopul exploatrii unor resurse(hidrocarburi). Sunt specifice la forajele hidrogeologice, sau lipsesc la forajele de cercetare i launele dintre cele speciale.

Lucrri de demontare i transport reprezint etapa de finalizare a forajului.Lucrri de instrumentaie sunt lucrri speciale executate pentru rezolvarea unor accidente ngaura de sond(prinderi la pu, ruperi de prjini, etc.). Acestea se execut cu ajutorul unor sculede instrumentaie.Unele etape pot s fie suprimate (consolidare i izolare, investigare) funcie de scopul forajului.

Alegerea instalatiei de foraj se face n functie de sarcina maxima lacrlig din tabelul 1.1: Instalatiile de foraj romanesti: 3DH 200;


12/43

3.2. Determinarea fortelor nominale la crlig

Alegerea diametrului prajinilor grele.La pag. 254 din Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier alegem prjini grele de foraj cudiametre exterioare:

, avand greutatea pe unitate de lungime:GS=50kg x 9.81

490,5 N GS=0,5 kNqpg=149.7 =1.473kNqpg=1468.55N/m

lpg= 174.41mGpg=qpg lpg Gpg=149.7 x 180 x 9.81=265 kN

unde: DS-diametrul sapeiGS-greutatea sapeiqpg-greutatea specifica a prajinilor grelelpg-lungimea tronsonului de prajini greleGpg-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

GpaGpf=qpfx lpflpa=10 mqpf=35.7 x 9,81=0.350kN/mlpf=H-lpa-lpg-hs=4200-180-10=4030 mGpf=350 x 4030=1410.5 k NGs=0.5 kNGM=Gpa+Gpf+Gpg+Gs= 10+1410.5+265+0.5=1686kN


13/43

unde: G-greutatea celei mei grele garnituri de foraj

Gpa-greutatea prajinii de antrenareGpf-greutatea prajinilor de forajqpf-greutatea liniara a prajinilor de foraj

lpf-lungimea prajinilor de forajGs-greutatea sapeiH-adancimea maxima a sondeilpa-lungimea prajinilor de antrenarelpf-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 forajcare 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 kNFo = 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 43.15493 1400.5 9.19 38.69064 999.5 10.36 43.1549

5 900 11.51 47.6192


14/43

GBCE= (qi*Li)=9,81 x(400 x 34.2263) + (500 x 43.1549) + (1400.5 x 38.6906) + (999.5 x43.1549) + (900 x 47.6192) = 1722.08 kN

Din diagrama de tubare VII pentru coloana de

s-a obinut:

N Intervale [m] Grosimi de perete [mm] Greutatea specifica [kg/m]1 100 13.84 90.322 1100 12.57 82.593 350 12.57 82.594 450 12.57 82.595 700 13.84 90.336 900.5 15.11 97.777 590.5 15.11 97.77

GBCI=(qi*Li)= 9.81 x (100 x 90.32) + (1100 x 82.59) + (350 x 82.59) + (450 x 82.59) + (700 x90.33) + ( 900.5 x 97.77) + (590.5 x 97.77) = 3678.35 kN

Calculul fortei maxime:

FCT=(qi*Li)(1+a/g)

FCTCE=1739.3 kN

FCTCI =3715.13 kNRezulta FCT,M =Max(FCTCE ; FCTCI )=3715.13 kN

FCM=Max(Fcn ; FCT,M )=3715.13 kN

Modul de acionare reprezint modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de lamotoare la procesul tehnologic. n practic se ntlnesc trei moduri principale de acionare:

- modul de acionare n grup (G1i G2);- modul de acionare individual;

- modul de acionare mixt.

Modul de acionare individual (MAI) prezint avantajul echiprii fiecrui utilaj cu motorulpotrivit, iar numrul transmisiilor este redus. Puterea instalat total este mai mare dect ncelelalte cazuri. Se aplic de obicei la instalaiile electrice n current continuu i la cele acionatehidrostatic.


15/43

Modul de acionare mixt (MAM) apare la instalaiile n cadrul crora se folosesc aceleaimotoare la acionarea troliului de foraj i la acionarea mesei rotative, pompele fiind acionateindividual.

Modul de acionare n grup G1este caracterizat prin faptul c sistemele de lucru principale iauxiliare sunt alimentate de la un grup comun de motoare, avnd aceeai surs de energie.

Sistemele de lucru principale sunt:- SMsistemul de manevr;- SRsistemul de rotaie;- SCsistemul de circulaie.

3.3. Calculul puterii instalate; determinarea numrului de grupuri de foraj. Schemaprincipal a acionarii sistemelor.

Notaii:GF- garnitur de forajS- sistem de acionareSL- sistem de lucruSM- sistem de manevrSR- sistem de rotireSC- sistem de circulaieMA- mod de acionare.

Modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la motoare la procesul tehnologic senumete mod de acionare.

n practic se stabilesc trei moduri principale diferite de acionare:

- modul de acionare n grup- modul de acionare mixt- modul de acionare individual

Pentru instalaia noastr vom alege modul de acionare INDIVIDUAL.

Pi=(Psm+Psr+Psc)*c

= 874.15FM=FCM=3715.13 kN

Vm=0.2 m/s

SM =0.85


16/43

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 numrului necesar de motoare se face n functie de puterea instalat. La alegereanumrului de motoare se va avea n vedere c numrul acestora s fie minim.Numrul necesar de motoare va fi partea ntreag a:

Nmot =

+ 1 =3.7 = 4 motoareunde;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


17/43

MECANISM CU ACIONARE INDIVIDUAL

3.5 Determinarea numrului de trepte de vitez la manevra i materializarea schemeicinematice a sistemului de manevr.

Numrul de trepte de viteza se calculeaz cu relaia:

unde: r ==

5Nm = 3.70 = 4 viteze


18/43

RECALCULARE

FM :=3715

Fm := 106

X1 := 0.22

X2:= 0.678

X0:= 0.5

N = 3.70

N = 3.89adoptam

F2= 1317.84

M

0.8

m

0.

x2 x N 1( )

x1 x N

M

m

FM

Fm

1

x0

solve x 0.01689445233760613

adoptam

x 0. 0

N

logFM

Fm

M

m

x2 x

x0

logx2 x

x1 x

N 4

r1

x2

x1

r1 2.987

r x2 xx1 x

r 2.819F1 FM

F2

F1

r


19/43

F3:= 467.48

F4 = 165.83

F5= 58.82

F3

F2

r

F4

F3

r

F5

F4

r

v1

0.

v2 v1r

v2 0.564

v3 v2r

v3 1.589

v4 v3rv4 4.478

v5 v4r

v5 12.622

f x( )x2 x

N 1( )

x1 x N

g x( )M

m

FM

Fm

1

x0


20/43

Dupa recalculare rezulta Nm=4 viteze.

Schema cinematica unei instalaii de foraj(i a orice alt tip de instalaie) reprezint modalitateagrafic, prin care sunt reprezentate transmisiile arborilor i elementele care concura la realizareafunciei cinematice.

Factorul de transmitere m- reprezint numrul transmisiilor dintre doi arbori care pot fisuccesivi sau nesuccesivi, n acelai plan sau n plane diferite.

Grupa de transmitere w- se formeaz cu trensmisiile dintre doi arbori succesivi.


21/43

Numrul total de viteze N-poate fi relizate cu transmisia mecanic laelementul deexecuie.

Numrul total de arbori t- t=w+1Simbolurile 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


22/43

Raportul de transmisie ieste raportul dintre vitez unghiular la arborele condus i vitezunghiular la arborele conductor:

z- numrul de dini ai roii de lan.Raportul parial de transmitere- raportul de transmitere al unei transmisii:

Relaia structurala- arata legtura dintre grupele de transmitereSchema cinematic a sistemului de manevr este urmtoarea:

N=1 X 2 X 2


23/43

3.6 Determinarea nfurrii maxime a cablului de manevr

nfasurarea cablului reprezinta modul n care se trece cablul peste rolele

mecanismului macara- geamblac.nfasurarea pote fi:-nfasurare totala (cablul trece peste toate rolele geamblacului respectivale macaralei)

-nfasurare partiala


24/43

Fora din captul activ al cablului se calculeaz cu relaia:

(la ridicare)

m= f( se alege din tabela 1.1. { 3.7. Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul , montat n vrful mastului sau turlei constituie partea fix a mecanismuluimacara - geamblac i este format dintr-un numr de roi pentru cablu, care se rotesc liber perulmeni, acetia fiind montai la rndul lor pe una sau mai multe axe sprijinite pe supori. Primadintre roile geamblacului realizeaz trecerea captului activ al cablului de la toba de manevrpeste fa mastului sau turlei, iar ultima roata a geamblacului asigura trecerea captului mort alcablului la toba cap mort.

Amplasarea roilor este n aa fel fcut nct s fie evitat contactul dintre cablu i alteelemente ale mastului sau turlei, precum i schimbrile de direcie ale cablului care s producsrirea cablului de pe roi.

Constructie

Tipul cel mai ntlnit de geamblac este tipul cu ax unic, cu rotile n liniecare este sprijinit pe doi suporti situati la capete. Suportii se pot sprijini fiedirect pe un element de coroana mastului sau turlei sau pe un cadru propriu

care se sprijina la rndul lui pe elementul de coroana.

Se ntlnesc si constructii de geamblacuri avnd una din roti naintasaprin care se realizeaza trecerea cablului n interiorul mastului sau turlei.

Rotile gemblacului sunt destinate nfasurarii cablului de manevra,respectiv cablului de lacarit. Rotile pentru cablul de manevra de la geamblacsunt identice cu rotile de la macara.


25/43

Mecanismul macara- crlig este alcatuit din macara- crlig, nfasurareacablului si geambacul de foraj.Ansamblul macara- crlig reprezinta modul n care este atasat crligul

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 n general ca diametru, tip siconstructie dar cu una mai putin. Macaraua executa o miscare de ridicare sicoborre pe verticala n interiorul mastului sau turlei si trebuie sa prezintecolturi sau proeminente care sa faciliteze agatarea n timpul miscarii sale.

Crligul este elementul sistemului de manevra care, competandmacaraua si formnd adeseori mpreuna cu acesta un singur bloc macarcrlig

ndeplineste urmatoarele functii:-sustine n timpul operatiilor de extragere- introducere, garnitura deforaj prin intermediul chiolbasilor si al elevatorului de prajini;-sustine n timpul tubajului coloana de tubaj prin intermediul de forajcare au prevazut acest sistem;-ridica diferite greutati si asigura manipularea prajinii de avansare;-ridica n timpul montajului si demontajului diferite utilaje si piesegrele;-participa la operatia de ridicare si coborre a masturilor rabatabile, lainstalatiile .


26/43

1-toba de manevra2-capatul activ al cablului3-rola alergatoare4-geamblac5-o rla de la geambac6-una din ramurile nfasurarii cablului7-macara

8-crlig- sistemul de amortizare- capatul mort al cablului10toba fixa (sau toba moarta)

Mecanismul macara- crlig prezinta simetrie geometrica dar nu prezintasimetrie dinamica si cinematica.Elevatorul se mai numeste si broasca cu pene.Se foloseste pentruintroducerea coloanei de burlane.Chiolbasii sau bratele de elevator sunt scule care fac legatura ntre crligsi elevator, ele existnd si functionnd ntotdeauna perechi. Pentru realizarea

legaturii, chiolbasii au forma de za alungita pentru sarcini mici (tip usor),sau n forma de bara prevazuta la capete cu ochiuripentru sarcini medii si pentru sarcini mari (tip greu).Pentru introducereausoara, n special pe umerii elevatoarelor, capetele sunt curbate n planperpendicular.Acestia sustin elevatorul, fie de prajini de foraj, fie elevatorul cu pene

pentru coloana de burlane, fixndu-se la rndul lor prin ochiurile superioarepe umerii crligului. Ei se livreaza, se pastreaza si se utilizeaza n pereche.


27/43

Exista 3 tipuri n functie de sarcina de lucru:

- usor , n forma de za, pentru sarcini pna la 870 tf;- mediu , n forma de bara cu 2 ochiuri la cele 2 capete, pentru

sarcina de 125 tf;- greu . pentru sarcini >200 tf.Cnd cablul de foraj prezinta semne de uzura este necesara nlocuirea lui.Pentru o operatie mai usoara de nlocuire se procedeaza astfel: pe tobamoarta se afla nmagazinata o cantitate de cablu care nu a lucrat, deci esteneuzat. Se va debloca, deci toba moarta si va trage de manevra o cantitate decablu corespunzatoare lungimii celui care functioneaza.


28/43

3.8. Alegerea cablului de foraj

Cablul este un ansamblu format din fire din oel de rezisten ridicat i de dimensiuni cutolerante restrnse, nfurate cu precizie ntr-o anumit construcie n aa fel nct s funcionezentr-o concordan perfect.

Cablulserveste la suspendarea macaralei de geamblac si manevrarea ei catre granic.Laforajulpercutant 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) grupateprin 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 dupao raza mica de curbura, fara a suferi deformatiuni permanente, pastrandu-si proprietatea de arezista 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 intreele numite vite sau toroane. Firele pot fi de acelasi diametru sau de diametre diferite.Un strat inmos 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 despire elicoidale precum si operatia de infasurare a toraonelor pe inima cablului. Atat infasurareasarmelor in toroane cat si a toroanelro in cablu poate fi facuta spre stanga sau spre dreapta, sensulinfasurarii 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 senscu infsurarea sarmelor din stratul exterior al toroanelor. Cablarea paralela poate fi dreapta Z/Zsau stanga S/S
http://www.foraje-puturi-apa.ro/http://www.foraje-puturi-apa.ro/


29/43

- Cablarea in cruce este cablarea la care infasurarea toroanelor in jurul inimii se face in senscontrar infasurarii sarmelor din stratul exterior al toroanelor. Cablarea in cruce poate fi dreaptaS/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 lanumeroase 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 importantadeosebita. In functie de alegerea tipului de confectionare a cablului depinderandamentulforajului.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 paralelanu se folosesc din cauza tendintei formarii de bucle in cazul unei tensiuni insuficiente. Pentru aevita tendinta de desurubare a garniturii in timpul forajuluise foloseste exclusiv cablul cucablare in cruce stanga Z/S.

Fcn := 2597

M=5.09adoptam m=5

m = nr de role

Ser=max(3*Fcn ;2* FCn)

1.0

Ser 2 Fn

m

Fcn

100

m= 5.09adoptam m= 5

1. 0

Fn1 ( )

2m

1 2m

Fcn

Fcn 2597

Ser 571.34

Fn 285.67

Fn1 ( ) 2m

1 2mF

cn

1 ( )2m

1 2m

0.11

mFcn100
http://www.foraje-puturi-apa.ro/http://www.foraje-puturi-apa.ro/


30/43

Fn = 304.44

Ser= 913.34

Deci Ser=3*Fcn=913.34dc=91

n functie de acesta s-a ales tipul cablului ca fiind SEALE 4 19.Profilul canalului de cablu trebuie s corespund urmtoarelor cerine :

- s permit nfurarea cablului pe roata, de la intrare pn la ieire, cu minimum defrecri, chiar dac el nu se afla n planul median al roii (din cauza unghiului de deviere respectivn cazul balansrii macaralei);

- s reduc la minimum turtirea cablului pe fundul canalului datorit unui profil apropiatde conturul cablului;

- s fie neted, concentric i cu planul median normal fa de ax de rotaie a roii.

Ser 3 Fn


31/43

4. Proiectarea troliului de foraj

4.1. Determinarea forelor din captul active al cablului n fazele operaiei de manevr(laridicare, static, coborre)

Se consider fora din captul active al cablului la extremitatea opus a tablei n raport cu treaptde lan aferanta treptei de ncercare.

- coecifient care ine seama de rigiditatea cablului.- la ridicare k=, k- constanta rolei- la coborre k=0.15

4.2. Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevr

Troliul de foraj reprezint principalul utilaj al sistemului de manevr. Caracteristicaprincipal a trolului d foraj o reprezint efortul maxim n captul activ al capului.

Pentru troliul de foraj mai sunt importante i alte caracteristici:- numrul de tobe;- numrul de arbori;- numrul i tipul transmisiilor;- caracteristicile tobei de manevr.Funciile troliului de foraj:- introducerea i extragerea garniturii de foraj;- adugarea pailor;- introducerea coloanei de tubare;- introducerea diferitelor scule pentru instrumentaie n sonda;- nurubri i deurubri de filete;- realizarea apsrii pe sap;- punerea n producie;- manevrarea diferitelor greutati la podul de lucru al sondei;


32/43

- la instalaiile cu turla rabatabil, 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= *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 BLt

DtDf


33/43

4.3. Calculul franei cu benzi si alegerea franei hidraulice.

Frna hidraulic reprezint tipul de frn auxiliar cel mai utilizat la troliile de foraj. Prile

componente ale frnei sunt:- statorul frnei hidraulice;- rotorul frnei hidraulice;- rezervor cu ap;- manifold de reglaj;- pomp centrifug, care ajut la umplerea rezervorului ce asist la funcionarea frnei

hidraulice.

Efectul de frecare se obine datorit micrii unui rotor paletat n lichidul care umplecavitatea format de statorii prevzui, de asemenea, cu palete.

Apa este introdus n frn prin orificii, trece prin camerele de alimentare, iar din aceasta ncamerele frnei.

Energia mecanic preluat de frna se transform n cldur. Rotorul n micare are un efectde pompare care face ca apa nclzit s fie evacuat.

Troliile de foraj trebuie s fie dotate cu frne care s ndeplineasc urmtoarele funcii:- frnarea, oprirea i meninerea suspendat a crligului ncarcat cu garnitura de foraj sau

cu coloana de tubaj;- absorbia prin frnare total sau parial a energiei cinematice dezvoltate la introducerea

garniturii de foraj sau a coloanei de tubaj n gura de sond. - suspendarea unei pri din greutatea garniturii de foraj n timpul forajului, n vederea

reglrii, prin aceasta, a apsrii pe sap i a avansului acesteia;- blocarea tobei de manevr n cursul probei de suprasarcin a turlei.

Sistemul de frnare al instalaiilor de foraj i intervenie trebuie s asigure blocarea sarciniin timpul operaiei de introducere a garniturii de foraj i controlul vitezei de coborre.

Frna mecanic a troliului de foraj trebuie s prezinte o asigurare absolut n funcionare, sfie eficace, robust, uor de manevrat, cu durabilitate rezonabil a pieselor supuse uzurii i s fieuor de ntreinut.

Frna mecanic cu band permite pe de o parte frnarea cu o for relative redus, aplicatmanual la manet i este autodecuplant cnd toba ncepe s se roteasc n sens invers.

Pornind de la cele dou funcii de definire ale sistemului de frnare, toate sistemele de foraji intervenie sunt echipate cu dou tipuri diferite de frn:

- frna de serviciu este o frn mecanic cu posibilitatea de a realiza blocarea sarcinii icerinelor acestei frne; rspunde cel mai bine frna cu band;

- frna auxiliar realizeaz controlul vitezei de coborre a garniturii de foraj n sond.Drept frne auxiliare sunt folosite frne hidraulice sau electromagnetice.

Frna cu band este format din toba de manevr, tambur de frn, travers egalizatoare,servomotor, supap de comand.


34/43

Frna cu band poate menine valoarea momentului de frnare la orice vitez unghiular.Poate realize moment de frnare la vitez nul.Vitezele de coborare al garniturii de foraj in sonde netubate:

Vitezele de coboare ale carligului in sonde tubate:

Din categoria frnelor de serviciu fac parte:- frana cu band;- frana cu saboi;- frana cu discuri;Frana auxiliar realizeaz controlarea vitezei de coborre, fr a putea realiza blocarea

sarcinii, avnd rolul de a descrca o parte din valoarea momentului de frnare pe care trebuie s-l

realizeze frna de seviciu.n aceast categorie din punct de vedere constructiv instalaiile de foraj sunt echipate cu 2tipuri de frne:

- frana hidraulic ( ele nu dezvolta moment de frnare la operaia de ridicare, fiind cuplateprin intermediul unui cuplaj de sens unic);

- frne electromagnetice.


35/43

Construcia franei cu band:

1- maneta de frn2-benzi de frn3- sistem de egalizare a tensiunilor n cele dou benzi de frn4- sistem de suspensie5- sistem de mpingere.

Calculul funcional al franei cu band:

a. Determinarea momentului de frnare realizat de frn cu band

- unghiul de contact dintre banda de frana si tamburul franei

= 260 320 grade t-tractiunea miniman fabricaia curent se utilizeaz dou cupluri de material de friciune:otel- ferodou ( 0.270.5)otel- retinax ( 0350.65)otel-ferodou otel retimax b.Determinarea limii benzii de frn.

=0.25


36/43

=340297,5Pc= 0.0004 N/mm2

=Pc*Rt/a=0.0022 mm

-grosimea benzii de frana

B=1.913 m

Construcia franei hidraulice. Principiul de funcionare.Frana hidraulic reprezint de fapt din punct de vedere constructive o pomp centrifug care

are rolul de a lucra n regim de frn.Aa cum rezult i din caracteristica funcional are rolul de a controla viteza de coborre n

timpul procesului de introducere n sonda a garniturii de foraj. Ea poate bloca sarcina de la crlig

dar poate ncetini coborrea acesteia. Viteza de coborre depinde de specificul operaiei decoborre. Cu alte cuvinte, dac coborrea se face n sonde netubate viteza de coborre este maimic, iar frana trebuie s realizeze moment mai mari de frnare. n cazul n care operaia decoborre se desfoar n sonde tubate viteza de coborre este mai mare. Se impune deciposibilitatea de a realiza reglarea franei.

Momentul de frnare depinde de gradul de umplere. Dac frana esteplin cu lichid (ap) earealizeaz momentul de frnare maxim. Pentru a putea regla valoarea momentului de frnare estenecesar ca s putem regla gradul de umplere cu lichid al franei. Acest lucru l putem realize cuajutorul rezervorului de reglaj i al manifoldului. n acest fel prin modificarea gradului deumplere realizm controlul momentului total de franare realizat cu instalaia de foraj.


37/43

Se alege frana hidraulic de forma: FH 40

Constructia franei electromagnetice.

1-stator2-rotor3-infasurare statorica4-canale de rcire5-magneti permaneni6-lamele magnetice

7-pulberi magnetice.

FR1=(*F*Dn/2)/RRL1=756.028

RRL1=400Mt=FR1*RRL1Mt=756.028*400=302411.2 kN*m.

1

7

3

4

3

4

2

6 5


38/43

4.4. Calculul de dimensionare-verificare al arborelui tobei de manevra.


39/43

F=285.67kNGT=10 kNGA= GB = 3 kNFv=F x cos = F x cos (30)=247.39 kNFH=F x sin = F x sin (30)=142.83 kN

Calcul reactiunii pe verticala:

Calculul diagramei momentului incovoietor


40/43

Calculul diagramei momentului incovoietor

Dimensionarea arborelui

Am ales materialul 41MoCr11 cu

Calculul diametrelor:

Pentru sectiunea 2:

()


41/43

Pentru sectiunea 3:

()

Pentru sectiunea 6:

7 ()


42/43

Pentru sectiunea 7:

()


43/43

Bibliografie:

1.Bublic,A.,Cristea,V., s.a Utilaj petrolier pentru foraj siextractie,Bucuresti,Ed. Tehnica,1968

2. Hirsch, I., Calculul si constructia utilajului petrolier, Bucuresti, Ed.Didactica si Pedagogica, 19643.Pantazi,D., Constructia si tubarea sondelor,Bucuresti, Ed.Tehnica,19724.Vlad, I., Masini si utilaj petrolier pentru foraj extractie, I.P.G. Ploiesti5.Wikipedia

Documents

Proiect UP Jianu Loredana Corina