Министерство науки и ВЫСШЕГО образования Российской Федерации
ФГБОУ ВО «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе» (МГРИ)
Кафедра современных технологий бурения скважин
Курсовая работа
по дисциплине «Проектирование бурового оборудования»
на тему: «Винтовой забойный двигатель»
Выполнил студент группы РТБ-19:
Ускунов Р.Р.
Проверил: старший преподаватель
Медведева Д. К.
Москва
2024 г.
Оглавление
Введение
Твердые частицы выбуренной породы, поступающей в буровой раствор, оказывают вредное влияние на его основные технологические параметры, а следовательно, на технико-экономические показатели бурения. Очистке бурового раствора от шлама уделяют особое внимание. Так, уменьшение содержания твердой фазы в буровом растворе на 1% улучшает показатели работы долот на 7- 10%. В условиях высоких забойных температур избыток твердой фазы приводит к снижению термостойкости бурового раствора, резкому росту процессов пептизации и коагуляции. Низкое качество очистки бурового раствора - основная причина аварий и осложнений, связанных с поглощениями, прихватами, осыпями и обвалами стенок скважины. Эффективная очистка - важнейший фактор, способствующий снижению затрат материалов на регулирование свойств бурового раствора, а также повышению технико-экономических показателей бурения.
Для очистки бурового раствора от шлама используется комплекс различных механических устройств: вибрационные сита, гидроциклонные шламоотделители (песко- и илоотделители), сепараторы, центрифуги. В наиболее неблагоприятных условиях, когда буровой раствор интенсивно обогащается тонкодисперсным шламом, его перед очисткой обрабатывают реагентами - флокулянтами, которые позволяют повысить эффективность работы очистных устройств. При выборе оборудования для очистки бурового раствора необходимо учитывать конкретные условия. К оборудованию предъявляются следующие требования:
1. Каждый аппарат должен пропускать количество раствора, превышающее максимальную производительность промывки скважины (исключая центрифугу).
2. В составе циркуляционной системы аппараты должны устанавливаться в строгой последовательности. При этом схема прохождения бурового раствора должна соответствовать следующей технологической цепочке: скважина - газовый сепаратор - блок грубой очистки (вибросита) - блок тонкой очистки (песко- и илоотделители, сепаратор) - блок регулирования содержания и состава твердой фазы (центрифуга).
1. Техническое задание
|
плотность обрабатываемой жидкости, кг/м3 |
динамическая вязкость жидкости, кг/м•с |
удельное сопротивление фильтрации осадка, м/кг |
удельное сопротивление фильтра, м-1 |
масса твердого осадка в роторе, поступающего за сутки, кг/сут |
|
|
1060 |
0,001 |
0,82?1010 |
105 |
1,6 |
2. Устройство и принцип работы
Система очистки буровых растворов на базе центрифуги предназначена для глубокой очистки утяжелённых и неутяжелённых растворов от выбуренной породы при бурении нефтяных, газовых и других скважин. Применяется в составе циркуляционных систем буровых установок [6]. Эффективные системы очистки буровых растворов, включающие современные вибросита и центрифуги, за счет изменения режимов работы, позволяют поддерживать определенную глубину очистки бурового раствора и содержания общей, а также активной твердой фазы в нем, тем самым регулируют технологические свойства бурового раствора и оказывают первостепенное влияние на скорость бурения и экономические показатели бурения скважин. Вместе с тем, потребительские свойства центрифуги также определяются такими понятиями как безотказность, износостойкость, простота в работе и обслуживании. Центрифуга предназначена для очистки буровых растворов от выбуренной породы. При поступлении бурового раствора в центрифугу (рисунок 1 ) под действием центробежных сил происходит разделение его на сгущенную твердую фазу (шлам) и очищенный раствор. Разделение бурового раствора в центрифуге происходит непрерывно, при этом очищенный раствор возвращается в циркуляционную систему, а шлам выводится в шламосборник. Внутри ротора соосно расположен шнек 4, предназначенный для транспортирования осадка твердой фазы к выгрузочным окнам ротора. Шнек 31 вращается в ту же сторону, что и ротор, но с меньшей скоростью. Разность в скорости вращения необходима для принудительного перемещения осадка внутренней поверхности ротора. Вращение шнеку сообщается ротором через планетарный редуктор 5. Через полые цапфы ротора и шнека проходит питающая труба 6, по которой буровой раствор подводится во внутреннюю полость барабана шнека и далее через отверстия в обечайке шнека в ротор. Твердая фаза осаждается на стенке ротора и транспортируется к выгрузочным окнам, расположенным у меньшего диаметра ротора, а фугат движется к большому диаметру ротора и через сливные окна сбрасывается в приемный отсек кожуха центрифуги. Радиус слива регулируется поворотом кольца на цапфе ротора, частично закрывающим сливные отверстия. Для отключения электродвигателя при перегрузке редуктора в центрифуге предусмотрен механизм блокировки редуктора
Рисунок 1.2.3.1 - Центрифуга: 1 - горизонтальный ротор; 2 - шнек; 3 - шламоприемник; 4 - приемник раствора; 5 - цапфа ротора; 6 - цапфа ротора; 7 - коренной подшипник; 8 - коренной подшипник; 9 - подшипник вращения шнека; 10 - подшипник вращения шнека; 11 - приводной шкив; 12 - планетарный редуктор
3. Виды центрифуг
3.1 Центрифуга для очистки буровых растворов серии GNLW Solids Russia
|
Модель |
GNLW363D |
GNLW363D-VFD |
GNLW453D-VFD |
GNLW553C-VFD |
|
|
Диа. барабана |
250mm(11inch) |
360mm(14inch) |
450mm(18inch) |
550mm(22inch) |
|
|
Длина барабана |
1271mm(50inch) |
1271mm(50inch) |
1540mm(61inch) |
1800mm(71inch) |
|
|
Макс. произ-ность |
200GPM(45m3/h) |
200GPM(45m3/h) |
352GPM(80m3/h) |
484GPM(110M3/h) |
|
|
Раб. произ-ность |
132GPM(30m3/h) |
132GPM(30m3/h) |
264GPM(60m3/h) |
400GPM(90m3/h) |
|
|
Макс. скорость |
3900RPM |
3900RPM |
3200RPM |
3000PRM |
|
|
Рабочая скорость |
3200RPM |
0~3200RPM |
0~2800RPM |
0~2500RPM |
|
|
Макс. G-сила |
3063 |
3063 |
2578 |
2719 |
|
|
Рабачая G-сила |
2062 |
0~2062 |
0~1973 |
0~1888 |
|
|
Размеры уделяемых |
2~5µm |
2~5мm |
2~5µm |
2~5мm |
|
|
Дифф. скорость |
40 |
0~40 |
0~35 |
0~45 |
|
|
Кру. момент редуктора |
3500N.M |
3500N.M |
7500N.M |
12000N.M |
|
|
Отношение редуктора |
57:1 |
57:1 |
35:1 |
35:1 |
|
|
Основ. мотор |
37KW(50HP) |
37KW(50HP) |
55KW(75HP) |
90KW(120HP) |
|
|
Вспом.мотор |
11KW(15HP) |
11KW(15HP) |
22KW(30HP) |
37KW(50HP) |
|
|
Подающий насос |
7.5KW(10HP) |
7.5KW(10HP) |
15KW(20HP) |
22KW(30HP) |
|
|
Взрыв.исполнение |
ExdIIBt4 / IEC EX/ ATEX |
||||
|
Шкаф управления |
Exd |
PLC+с положительном давлением |
|||
|
Вес |
3500KG |
3400KG |
4580KG |
5840KG |
|
|
Габариты |
3190x1638x1306mm |
3190x1638x1306mm |
3700x1798x1398 |
4200x1978x1462 |
· Барабан сделан из дуплексной нержавеющей стали 2205 методом центробежного литья
· Защита в шнеке: с установлением карбидных вольфрамовых пластинкиз для длительного срока службы и простоты при смене.
· На распредительном выходе шнека и выпускном выходе барабана защищены путем карбидного вольфрамового кольца.
· Легко регулировать высоту на выходе жидкости для гибкого применения
· Барабан в сборе затянутся поясом для защиты подшипника в движении
· Взрывозащищенные ПУ VFD в пложительном давлении, и с PLC управлением.
· Оригинальные SKF подшипники для длительного срока и надежной работы.
3.2 Декантерная центрифуга HAUS DDE 2342
|
Диаметр ротора , мм |
258 |
|
|
Номин. Частота вращения об/мин |
5200 |
|
|
Макс. Частота вращения, об/мин |
5400 |
|
|
Макс. Фактор разделения G |
3800 |
|
|
Отношение L/D |
4,4 |
|
|
Макс. Дифференц. Скорость об/мин |
22 |
|
|
Номин. Момент на редукторе, кНм |
1,25 |
|
|
Объем промывочной жидкости при Р=4 бар, м3/ч |
2,5 |
3.3 Декантерная центрифуга ОГШ 202К-03
|
Диаметр ротора, мм |
250 |
|
|
Отношение длины к диаметру |
4,3 |
|
|
Максимальная скорость ротора, об/мин |
4800 |
|
|
Тип редуктора |
Циклоидный |
|
|
Частота вращения ротора, об/мин |
500 |
|
|
Размеры внешние, мм |
1600х1100х850 |
|
|
Вес |
760 |
|
|
Материал ротора и шнека |
Нержавеющая сталь |
|
|
Материалы станины |
Чугун |
|
|
Твердосплавное укрепление винтов шнека, внутренней камеры шнека |
Напыление карбидом вольфрама |
1. 4. Расчет центрифуги
Параметры центрифуги рассчитываются исходя из следующих зависимостей:
очистка буровой раствор центрифуга
где щ = 1500 об/мин = 152 рад/с - угловая скорость вращения;
ж 1060 - плотность обрабатываемой жидкости, кг/м3 ;
0,001 - динамическая вязкость жидкости, кг/м•с;
0,82 1010 - удельное сопротивление фильтрации осадка, м/кг;
mm = 1,6 - масса твердого осадка в роторе, поступающего за сутки, кг/сут;
Rф =105- удельное сопротивление фильтра, м-1 ;
r2 - радиус ротора, 0,25 м;
r1 - радиус поверхности жидкости, 0,15 м.
Время обработки:
= 0,15 м3/сут - суточный расход осадка.
Площадь фильтра:
где r2 - радиус ротора, 0,25 м;
b - высота ротора, м.
Среднее логарифмическое значение площади осадка:
где b - высота ротора, м;
r2 - радиус ротора, 0,25 м;
r1 - радиус поверхности жидкости, 0,15 м.
Среднее арифметическое значение площади осадка:
Высота ротора:
В соответствии с приведенными зависимостями определяем:
- радиус поверхности осадка в роторе 0,24м;
- частота вращения двигателя n 1500 об/мин;
- исходная влажность осадка Wисх 99 %;
- остаточная влажность осадка Wост 60 %.
В данной работе мы рассчитали параметры и рассмотрели несколько отечественных и зарубежных производителей центрифуг, которые подходят под наше техническое задание. После расчетов и рассмотрения данных предложений, мы выбрали продукцию Декантерная центрифуга HAUS DDE 2342, потому что она комерчески выгодна и подходит по параметрам, рассчитанными нами по ходу работы.