Курсовая работа (т): Автоматизированный ключ буровой

Автоматизированный ключ буровой

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Сибирский федеральный университет"

Институт нефти и газа

Кафедра: Бурение нефтяных и газовых скважин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Автоматизированный ключ буровой

Красноярск 2014

Содержание

Введение

. Общие сведения

.1 Классификация автоматизированных буровых ключей

.2 Анализ конструкций буровых автоматизированных ключей

.2.1 Анализ конструкции ключа АКБ-ЗМ 2

.2.2 Анализ конструкции ключа ПБК-3

.3 Техническая характеристика

. Расчет обсадных колонн

.1 Расчет эксплуатационной колонны

.2 Расчет первой промежуточной колонны

. Выбор бурового оборудования

. Патентно-информационный обзор

.1 Авторское свидетельство № 2268983

.2 Авторское свидетельство № 2164464

.3 Авторское свидетельство № 2328587

.4 Авторское свидетельство № 2224083

. Техническое решение

. Расчет оборудования

Заключение

Список использованных источников

Введение

Для любой страны роль внешней торговли трудно переоценить. По определению Дж. Сакса, "экономический успех любой страны мира зиждется на внешней торговле. Еще ни одной стране не удалось создать здоровую экономику, изолировавшись от мировой экономической системы". Традиционной и наиболее развитой формой международных экономических отношений является внешняя торговля. На долю торговли приходится около 80 процентов всего объемам международных экономических отношений. В условиях рыночных отношений центр экономической деятельности перемещается к основному звену всей экономики - предприятию. Именно на этом уровне создается нужная обществу продукция, оказываются необходимые услуги. На предприятии сосредоточены наиболее квалифицированные кадры. Здесь решаются вопросы экономного расходования ресурсов, применения высокопроизводительной техники, технологии. Исходя из этого на сегодняшний день самым востребованными товарами на мировом рынке являются энергетические ресурсы. В особенности нефть, газ, уголь и уран.

В России, где основным источником формирования бюджета и поступления валютных резервов является нефтегазовый комплекс, вопрос о поддержании объемов производства и их росте наиболее актуален. Уменьшение объемов добычи связано с истощением запасов месторождений, износом основных производственных фондов. Решение данной проблемы возможно только путем введения в разработку новых месторождений, а также путем разработки более глубоких горизонтов. Для этого необходимо значительно увеличить объем буровых работ и работ по капитальному ремонту скважин в основном путем повышения технико-экономических показателей бурения за счет роста производительности труда и улучшения технологической базы. Рост производительности труда зависит от технологии бурения (ремонта) и квалификации работников, а улучшение технологической базы возможно путем внедрения новых разработок и увеличения научно-исследовательской работы в данной отрасли. Необходимость быстрейшего развития экономики нашей страны ставит перед работниками нефтяной промышленности задачу - повысить эффективность и улучшить качество бурения. Эта задача включает в себя как количественный рост, так и качественный: совершенствование техники и технологии бурения скважин, повышение производительности буровых работ и снижение их себестоимости.

В настоящее время к строительству скважины предъявляются значительно более жесткие экологические и экономические требования. Строительство скважины и ее эксплуатация должны оказывать минимальное влияние на экосистему. Разработка месторождения должна преследовать цель не максимально быструю его выработку, а наибольшую его нефтегазоотдачу с причинением минимального ущерба окружающей среде.

1. Общие сведения

.1 Классификация автоматизированных буровых ключей

Ключ буровой автоматический стационарный предназначен для механизации процессов свинчивания и развинчивания бурильных и обсадных труб при спуско-подъемных операциях. Применяется при бурении нефтяных и газовых скважин.

В настоящее время на буровых установках применяются ключи различных типов, предназначенные для свинчивания бурильных и обсадных труб, при этом операции по докреплению или раскреплению резьбовых соединений выполняются либо вручную с использованием комплектов машинных ключей и пневмораскрепителей, либо ключами, оснащенными многоступенчатыми приводами настройки скоростей вращения и крутящих моментов.

Наиболее распространенными ключами для свинчивания или развинчивания бурильных труб является автоматический буровой ключ типа АКБ с открытым зевом, оснащенный пневматическими приводами вращения верхней трубы и стопорения нижней трубы.

К недостаткам этих ключей следует отнести:

ограниченную возможность применения труб по диаметрам;

ограниченную возможность по величине передачи трубам крутящего момента при свинчивании или развинчивании.

Известны ключи высокой степени механизации, имеющие встроенные захватные органы, выполненные в виде двух соосно расположенных механизмов, установленных на консольных опорных площадках и соединенных посредством направляющих вертикального перемещения с поворотными относительно общих осей кронштейнами и снабженных узлом позиционирования устройства. В этих ключах для стопорения нижней трубы и вращения верхней трубы используются раздельные приводы, выполненные в виде многоступенчатого редуктора с гидромотором для вращения верхней трубы и в виде гидроцилиндров шарнирно соединенных с наружными и внутренними корпусами для стопорения нижней трубы.

.2 Анализ конструкций буровых автоматизированных ключей

В настоящее время пневматическими буровыми ключами оснащают все выпускаемые буровые установки. К таким ключам относятся стационарные ключи АКБ-ЗМ 2 и подвесные ключи типа ПБК. Они предназначены для раскрепления, развинчивания и свинчивания бурильных и обсадных труб диаметром 108-216 мм. Приводятся ключи в действие воздухом под давлением 0,7- 1 МПа.

.2.1 Анализ конструкции ключа АКБ-ЗМ 2

Ключ АКБ-ЗМ 2 устанавливают в буровой между лебедкой и ротором со стороны приводного вала на вышечно-лебедочном блоке, к которому он прикрепляется болтами.

Он состоит из следующих основных частей: блока ключа, каретки с пневматическими цилиндрами, стойки, пульта управления.

Блок ключа - основной механизм, непосредственно свинчивающий и развинчивающий трубы. Он вместе с кареткой смонтирован на неподвижной стойке, установленной у ротора, и представляет собой корпус, на котором установлены трубозажимное устройство, понизительный редуктор и пневматический двигатель с маховиком. Внизу блока имеются направляющие полозья, на которых он перемещается при помощи двух пневматических цилиндров двойного действия: надвигается на трубу, установленную в роторе, или отодвигается от нее после ее развинчивания.

После установки поднятой колонны бурильных труб на клинья блок ключа с помощью пневматических цилиндров перемещается в сторону оси скважины и заходит на замковое соединение свинченных труб. Вырез в передней части трубозажимного устройства и корпуса ключа облегчает заход блока ключа на замок. Верхнее и нижнее приспособления трубозажимного устройства зажимают одновременно верхнюю и нижнюю части замка. При этом верхнее приспособление, зажав ниппельную часть замка, передает вращение труб от пневмодвигателя ключа, а нижнее, находящееся на муфте, воспринимает реактивный момент и удерживает нижнюю трубу от поворота.

После того как блок ключа установлен над ротором, а челюсти зажимных приспособлений зажаты на замке включают пневматический двигатель, который соединяется с ведущим валом понизительного редуктора. Валы этого редуктора расположены вертикально. На ведущем валу смонтирован маховик с муфтой ограничения крутящего момента. Маховик способствует увеличению инерционного крутящего момента, необходимого при раскреплении труб. Во избежание поломок отдельных деталей ключа от возникающих больших крутящих моментов вследствие остановки вращающихся масс маховик двигателя имеет предохранительную муфту. Ключ перемещается с помощью пневматических устройств. Пневмодвигатель развивает мощность 9,6 кВт при 600 об/мин и давлении сжатого воздуха на входе 0,5 МПа. Удельный расход воздуха 1,1 м³/мин, масса двигателя 100 кг. При эксплуатации пневмодвигателя за счет расширения сжатого воздуха температура его понижается, поэтому в холодное время года перед пуском в работу двигатель следует прогреть паром и периодически прогревать в процессе работы, используя встроенную в него систему обогрева масляной ванны. Необходимо также следить за уровнем масла в картере с помощью щупа. Рекомендуется менять масло в картере и промывать последний один раз в месяц. При работе ключом необходимо соблюдать правила техники безопасности, предписанные инструкцией, так как ключ - травмоопасный механизм. Пульт управления состоит из корпуса, четырех кранов и крана, соединяющегося с коллектором, трех рукояток и шланга с накидными гайками или угольниками. Четыре крана объединяются попарно с помощью скоб и рукояток. Эти краны могут включаться вместе или раздельно при перемещении рукояток. С помощью одной из них можно управлять краном, связанным с цилиндром подвода и отвода ключа или краном цилиндра зажима нижних челюстей. Другой же рукояткой можно управлять краном пневмодвигателя ключа и краном, связанным с устройством зажима верхней челюсти. При работе ключа сжатый воздух от компрессорной установки через ресивер по металлическому трубопроводу, резиновому рукаву и крану поступает в коллектор, от которого отходят четыре резиновых рукава. По ним сжатый воздух поступает к четырем кранам и далее к соответствующим цилиндрам телю. Один из кранов - резервный. По окончании СПО его следует закрывать, при этом полость коллектора сообщается с атмосферой. Это делается с той целью, чтобы избежать внезапного (помимо воли бурильщика) включения в работу ключа.

.2.2 Анализ конструкции ключа ПБК-3

Ключ ПБК-3 состоит из сварного корпуса прямоугольной формы, затвора с двумя гладкими ведущими роликами, установленными на концах рычагов. Привод каждого из них осуществляется отдельным пневматическим двигателем, что значительно упрощает конструкцию редуктора и делает работу ключа более надежной. В этом ключе рычаги для захвата труб поворачиваются с помощью горизонтальных цилиндров.

На противоположном конце корпуса установлен горизонтальный пневматический цилиндр, шарнирно соединенный с редуктором и помещенный в корпус ключа. В цилиндре расположены два поршня, передающие движение общему штоку. Под действием сжатого воздуха шток сдвоенного цилиндра перемещает редуктор внутри корпуса ключа и зажимает трубу, на которую предварительно был заведен ключ, между гладкими и ведущими роликами, обеспечивая передачу крутящего момента от пневматического двигателя.

Ключ в буровой подвешивается на канате. Высота подвески регулируется пневматическим цилиндром с пульта управления, установленного внутри буровой. По шлангам сжатый воздух поступает из общего воздухосборника в пневматический двигатель и пневматические цилиндры через краны, установленные на том же пульте.

.3 Техническая характеристика

Таблица 1.1 - Параметры буровых автоматизированных ключей

2. Расчет обсадных колонн

.1 Расчет эксплуатационной колонны

- Диаметр эксплуатационной колонны

- Плотность цементного раствора

Плотность бурового раствора ;

Интервал с АВПД = 3850 - 4000 м;

Пластовое давление в период ввода скважины в эксплуатацию

 = 80 МПа;

Пластовое давление при окончании эксплуатации  = 5 МПа;

Колонна должна быть зацементирована до устья.

Найдем избыточные наружные давления на заключительной стадии эксплуатации скважины.

Поскольку колонна зацементирована по всей длинне, избыточное наружное давление у устья .

На глубине Zc = 4000 м:

(1)

где h - высота верхнего цементируемого участка в обсадной колонне, м;

0,25 коэффициент нагрузки;

 9,81 ускорение свободного падения, м²/с;

;

 МПа.

На глубине Z=3850 м:

 (2)

=48,79 МПа.

Для определения избыточных внутренних давлений в период проверки герметичности колонны опрессовкой вычислим наибольшее давление у устья скважины в начальный период эксплуатации.

, (3)

где 850 средняя плотность пластовой нефти, кг/м³;

давление, МПа;