5.4 Расчет количества свечей,

ПОДНИМАЕМЫХ НА КАЖДОЙ СКОРОСТИ

Задача 136. Рассчитать количество свечей, которое можно поднимать лебедкой на каждой скорости. Данные для расчета: глубина скважины Н = 3000 м; длина утяжеленных труб l_у = 150 м; вес 1 м утяжеленных труб q_у = 98 кг; вес 1 м бурильных труб q_о = 35 кг; вес турбобура q_т = 2000 кг; грузоподъемная сила крюка на каждой скорости

= 125, = 80, = 43 и = 20 тс; длина свечи l_св = 25 м; длина турбобура l_Т = 10 м.

Решение. Определяем вес бурильной колонны в воздухе

где l₀ — длина бурильных труб.

Подставляя значения компонентов в приведенную выше формулу, получаем

Подъем бурильной колонны необходимо начинать с первой скорости.

Определим количество свечей, которое можно поднимать на каждой скорости по формуле

где вместо подставляем Q_б.к, т. е.

Принимаем z_I = 41 свече. Количество свечей, поднимаемых на второй, третьей и четвертой скорости, составит:

Количество всех свечей бурильной колонны

Сложим z_I, z_II, z_III т.е. количество свечей, которое можно поднимать на I, II и III скорости,

Следовательно, на первой скорости поднимается z_I = 41 свеча; на второй z_II = 43 свечи; на третьей z_III = 26 свечей. На четвертой скорости будет поднято

Кроме того, на IV скорости будет поднято 6 свечей утяжеленных бурильных труб и турбобур, что составит

или это составило бы примерно 19 свечей бурильных труб.

5.5 Основные расчеты лебедки

Для определения мощности, необходимой для привода лебедки, находим мощность (в кВт) на крюке при подъеме [см. формулу (III.16)]

(IV.З)

где Р_к—нагрузка на крюке от наибольшего веса бурильной колонны, МН; υ_{к min}=0,30,5 — минимальная скорость подъема крюка, м/с.

Мощность (в кВт) на барабане лебедки

где η_тс—коэффициент полезного действия талевой системы [см. формулу (Ш.8)]; υ_ср — средняя скорость навивки ведущей струны на барабан лебедки при подъеме (принимают по второму или третьему ряду навивки на барабан в зависимости от числа рядов).

Номинальная мощность (в кВт), необходимая для привода лебедки,

(IV.4)

(η_л = 0,850,9 — коэффициент полезного действия лебедки).

Расчеты размеров барабана лебедки и длины каната

Пример IV.2. Сделать поверочный расчет размеров барабана лебедки ЛБУ-1100 и числа рядов навивки каната.

Исходные данные: диаметр бочки барабана Д_б=0,75 м; длина барабана L_б=1,35 м; диаметр каната d_к=32 мм; оснастка 5x6.

Диаметр навивки каната (в м) определяем по формуле (III.15)

D_рi = D_б + (2z _i - 1) d_к α_л (IV.5)

где z _i — число рядов навивки каната на барабане; α = 0,93 — коэффициент сжатия каната.

Диаметр намотки по первому ряду каната (в м)

Диаметр намотки по второму и третьему рядам (в м)

Число витков каната в одном ряду

(IV.6)

где β = 0,920,95 - коэффициент неравномерности навивки каната; t=0,033м - шаг навивки каната.

Тогда

Принимая, что в первой ряду находится 10 нерабочих витков каната

(т_з = 10), определяем безопасную длину этого постоянно навитого на барабан каната:

Необходимая длина наматываемого на барабан каната (в м) для подъема бурильных труб

(IV.7)

Здесь ε =1,051,15 — коэффициент, учитывающий пробег крюка при подъеме; l=27 м — длина свечи; u_тc = 10 — число рабочих струн оснастки.

Длина одного ряда каната (в м), навиваемого на барабан:

(IV.8)

Для первого ряда

для второго ряда

для третьего ряда

Число витков в третьем ряду

Из расчета видно, что при длине барабана 1,35 м и числе витков в одном слое 39 для подъема свечей длиной 27 м для работы с навивкой каната в три слоя может быть применена талевая система с кратностью полиспаста u_тc =10, т.е. оснастка 5х6 допускает работу со свечами длиной 27 м.

Пример IV.3 Проверить диаметр тормозных шкивов барабана лебедки ЛБУ-1100.

Диаметр тормозных шкивов зависит от диаметра первого ряда навивки каната на барабан и определяется соотношением:

(IV.9)

Из табл. IV.1 находим диаметр тормозного шкива D_ш=1,45 м, тогда отношение D_ш/D_p1 — 1,45/0,782= 1,854, что допустимо, так как это отношение больше 1,8.

Пример IV.4. Определить скорости подъема крюка, зная частоту вращения подъемного вала n_i (из примера IV.1) и рсчетный диаметр барабана D_p.

Примем D_р= D_p2=0,84 м (из примера IV.2).

Скорость подъема крюка

(IV.10)

где u_тc = 8 — число рабочих струн при оснастке 4х5; 60 —для перевода частоты вращения вала в 1 мин в частоту вращения в 1 с.

Двух- и трехвальные лебедки в настоящее время почти не изготовляются, но на нефтепромыслах они еще применяются.

В табл. IV.1 приведена техническая характеристика буровых лебедок, серийно выпускаемых отечественной промышленностью.

Скорости крюка (в м/с):

«Тихие» «Быстрые»

Скорость навивки каната на барабан при оснастке 4х5 в 8 раз выше скорости подъема крюка и составит соответственно: 2; 3,04; 4,88; 7,36; 11,28; 17,92 м/с. При оснастке 5x6 скорости навивки каната на барабан будут в 0,8 раза меньше, т.е. 1,6; 2,43; 3,9; 5,88; 9,02 и 14,34 м/с.

Таблица IV.1

Техническая характеристика буровых лебедок

Показатели	ВЗБТ		ПО «Уралмаш»
	ЛБ-400	ЛБ-750	ЛБУ-1200к	ЛБУ-1100	ЛБУ-1700	ЛБУ-3000
Номинальная мощность, кВт	400	550	700	1000	1530	2200
Глубина бурения, м	1600	2500	3200	5000	6500	00
Диаметр каната, мм	25	28	28	32	35	8
Размеры барабана, м:
диаметр	0,6	0,7	0,65	0,75	0,835	0,935
длина	0,866	1,2	0,840	1,35	1,445	1,54
Число рядов намотки каната	3	3	4	4	4	4
Длина каната, наматываемого на барабан, м	200	320	320	320	320	460
Число скоростей намотки каната	4	4*	6	6*	6*	2
Частота вращения, об/мин:
максимальная	420	410	360	430	400	435
минимальная	85	40	50	50	65	70
Скорость намотки каната, м/с
максимальная	15,0	13,6	16,4	20,2	18,6	21,6
минимальная	3,0	1,36	2,1	2,3	3,0	3,5
Максимальное натяжение каната, кН	125	200	217	290	340	475
Диаметр тормозного шкива, м	1,00	1,18	1,18	1,45	1,45	1,6
Ширина колодки, м	0,23	0,25	0,25	0,25	0,25	0,28
Габариты, м:
длина	—	5,37	7,23	7,78	8,32	8,74
ширина	—	2,78	3,53	4,77	4,29	3,34
высота	—	2,89	2,78	2,43	2,71	2,56
Масса, т	10,0	13,18	18,9	26,20	48,70	46,20

* Число скоростей при приводе от ДВС.

Пример IV.5. Определить нагрузки на крюке при различных скоростях подъема (υ_кi берутся из примера IV.4). Вес подвижной части талевой системы G_тс = 100 кН, оснастка 4х5.

Мощность на подъемном валу лебедки ЛБУ-1100

где N_max = 1000 кВт — максимальная мощность привода лебедки (из табл. IV.1).

Подъемная сила (в кН) на крюке при различных скоростях его подъема

(IV.11)

где η_тс — к.п.д. талевой системы; η_л = 0,9 — к.п.д. лебедки.

При u_тc = 8 из выражения (Ш.8) η_тс =1—0,02 u_тc

Вес колонны (в кН), который может быть поднят на различных скоростях:

Пример IV.6. Для установки БУ5000 с лебедкой ЛБУ-1100 при оснастке талевой системы 4х5 определить число свечей длиной l=25 м из труб диаметром 114 мм, которые могут быть подняты на третьей скорости.

Исходные данные: мощность на подъемном валу лебедки 800 кВт; частота вращения вала лебедки 111 об/мин (см. пример IV.1); диаметр барабана лебедки 0,75 м; вес подвижной части талевой системы G_тс =100 кН; вес 200 м утяжеленных бурильных труб G_убт=380 кН.

Скорость подъема крюка на третьей скорости

(IV.12)

где D_p=0,84м —средний диаметр барабана при двух рядах навивки каната; u_тc —8 —кратность полиспаста талевой системы.

Тогда

Максимальный вес труб, поднимаемых из скважины на третьей скорости, P_к3=892 кН (из примера IV.5).

Ч исло свечей из 114-мм труб, которое можно поднять на третьей скорости:

=

где q_бт=300 Н/м—вес 1 м труб; ρ_р=1,5 и ρ_с=7,8 —плотности соответственно бурового раствора и стали.

Следовательно, на третьей скорости можно поднимать 84 свечи и УБТ, находящиеся над долотом.