2. Расчет параметров и разработка конструкций изделия

2.2.1. Расчёт сил, действующих на элементы спуско - подъёмного комплекса

Заданием на курсовой проект определена двухколонная конструкция скважины. Выбирают диаметры труб отталкиваясь от конечного диаметра, необходимого для эффективной эксплуатации месторождения. Согласно условию мы используем эксплуатационную трубу диаметром 114 мм. Диаметр труб для кондуктора выбирается из условия нормальной работы в нем бурового оборудования. Кондуктор служит для перекрытия верхних неустойчивых пород и предотвращения попадания их в скважину. Пользуясь литературой [1; стр.523 табл.8.20] выбираем подходящие трубы для кондуктора, эксплуатационной колонны, бурильной колонны, состоящей из простых и утяжеленных труб. Конструкция скважины показана на рис.1. Данные о трубах, необходимые для расчетов сведены в табл.1.

Рисунок 2- конструкция скважины

Таблица 1- Данные о трубах и колоннах.

Функциональное назначение колонн и труб	Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Погонный вес, Н/м	Удельный вес стали, Н/	Длина колонны,м
Кондуктор	219	9	158	78720	600
эксплуатационная	114	8	300	78720	1250
Бурильная	73	6,5	104,5	78720	1200
Утяжеленная бурильная	89	9,5	190,5	78720	50

По формуле взятой из [2, с. 30] определим статические нагрузки на элементы СПК от действия силы тяжести спускаемых колонн трубы.

Вес кондуктора:

где = 600 м,

Вес эксплуатационной колонны:

,

Вес бурильной трубы:

,

Бурильная колонна состоит из бурильных труб и утяжеленного низа, поэтому ее вес составит:

В процессе бурения скважины СПК выполняет следующие функции: спуск и подъем бурильных колонн для смены изношенного долота, когда нагрузка на систему не превышают веса колонны в промывочной жидкости; дополнительные технологические и аварийные работы, когда нагрузки на систему превышают вес бурильной колонны в жидкости. Первая операция СПО является наиболее продолжительной, циклической с переменными динамическими нагрузками, определяющими требуемую долговечность элементов СПК. Вторая категория операций вызывает более высокие кратковременные нагрузки в элементах СПК, носящие переменный характер, и определяет его требуемую статистическую прочность. Так как закономерность действия этих нагрузок нельзя установить, то за максимальную нагрузку принимают усилие, которое должно превышать вес бурильной колонны в 1,6 раз или обсадной колонны в 1,2 раза [3, с. 188].

В нашем случае наибольший вес имеет эксплуатационная колонна, умножив его на 1,6 получим:

,

, что меньше, чем . Поэтому за максимальную будем принимать в дальнейших расчетах нагрузку от веса эксплуатационной колонны .

В действительности действующие нагрузки следует рассматривать как сумму статических и динамических. Величины расчетных нагрузок находят путем корректировки наибольших статических нагрузок с помощью коэффициента динамичности .

Результаты исследований А.Л. Ильского показывают, что коэффициент динамичности – переменная величина и зависит от ускорения (замедления) бурильной колонны при СПО. Хотя коэффициент динамичности находится в пределах 1,05 – 2, при расчетах на статическую прочность элементов СПК надо ориентироваться на меньшие его значения. Учитывая, что при спусках тяжелых колонн скорости могут оказаться несколько большими, чем при подъемах, в расчетах следует принимать коэффициент динамичности [2, с. 30].

Тогда максимальная нагрузка на элеватор СПК от веса бурильной колонны и динамических нагрузок при ее разгоне (торможении) вычисляется по формуле [2, с. 30]

Нагрузки на элеватор СПК будут равны сумме нагрузок от бурильной колонны и от веса подвешенных на них элементов СПК.

Очевидно, что вес элементов СПК можно определить непосредственно их взвешиванием. На стадии проектирования для приблизительных расчетов их вес принимают пропорционально равным весу уже существующих элементов СПК, сравнивая нагрузку, на которую они рассчитаны с расчетной (P).

Пользуясь техническими характеристиками элементов СПК, выпускаемых на Уралмашзаводе [4] примем:

Нагрузка на элеватор будет равняться нагрузке от веса бурильной колонны и динамических нагрузок при ее разгоне (торможении) (P).

Пользуясь [3, с. 218-219, табл. VIII.1] выбираем рекомендуемый диаметр каната для условной глубины бурения 600-1250 грузового назначения, из проволоки марки I, оцинкованной по группе ЖС, правой крестовой свивке, нераскручивающийся, с временным сопротивлением разрыву, 800 МПа по ГОСТ 16 293-82. Его характеристики:

Необходимое число оснащенных шкивов талевого блока учитывая условие прочности талевого каната, вычисляется по формуле [5, стр. 166], при =3

Полученное . Окончательно принимаем число шкивов талевого блока равным 4. Соответственно число шкивов кронболка на один больше: 5. Условное обозначение оснастки талевой системы 4×5. Кратность талевой системы (число рабочих струн) n = 8. Число струн талевой системы

Вес талевого каната действующий на кронблок при нижнем положении элеватора находится как произведение его длины ( ) на вес погонного метра ( ). Величина ( ) в свою очередь, находится приблизительно как произведение числа струн ( ), на полезную длину вышки (расстояние от пола вышки до подкронблочных балок), ( ).

При длине свечи используют вышки, у которых полезная высота составляет

, [4, с. 234].

Тогда вес талевого каната действующий на кронблок при нижнем положении элеватора будет равен:

Нагрузка на кронблок будет равно:

, вычисляется по формуле [2, с. 247]:

Где .

Натяжение ходового конца каната во время подъема колонны , вычисляется по формуле [2, с. 273].

Натяжение в неподвижной ветви каната вычисляется по формуле [2, с. 273]

Нагрузка действующая на вышку:

.

Нагрузка на вышку определяет ее конструкцию и материалы, из которых она будет изготовлена. Выбор вышки также следует производить по длине свечи и условному диапазону бурения. Примером вышки, соответствующей заданным условиям бурения может быть буровая установка МБУ-125, предназначенная для бурения ротором и забойными двигателями эксплуатационных и разведочных скважин.

.

Таблица 2-Технические характеристики мобильной буровой установки МБУ-125

Тип вышки	Мобильная
Конструкция вышки	мачтовая
Высота вышки до нижней плоскости подкронблочных балок, м	37
Полезная высота вышки, м (Н пол)	31,9
Длина свечи	18
Грузоподъемность, кН	1226
Высота пола основания, м	4,5
Расстояние от оси устанавливаемого кронблока до оси лебедки Нк, м	32,5

Натяжения в струнах талевой системы , вычисляются по формуле [5, с. 185]: