МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ІВАНО-ФРАНКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ НАФТИ І ГАЗУ

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

з курсу "МАШИHИ І ОБЛАДHАHHЯ ДЛЯ БУРІHHЯ

HАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИH"

для студентів-бакалаврів спеціальності 7.090217

"Обладнання нафтових і газових промислів"

(Частина ІI, 8-ий семестр, лабораторнi роботи № 8-16)

Розглянуто на засіданні

кафедри нафтового обладнання протокол № _ від “__”____2001 p.

Всі цитати, цифровий і фактичний

матеріал, перевірені. Зауваження

рецензента враховано.

Міронов Ю. В.

Романишин Л. I.

“__”____________2001 р.

м. Івано-Франківськ

2001 р.

Збiрник методичних вказівок до лабораторних робiт (частина ІI, 8-ий семестр) складено за робочою програмою курсу "Машини і обладнання для буріння свердловин" для бакалаврiв з базовою вищою освiтою за напрямком 60902 "Iнженерна механiка" професiйного спрямування 7.090217 "Обладнання нафтових і газових промислів", затвердженої деканом механiчного факультету IФДТУНГ 28.05.1998 р. Методичнi вказівки призначені для самостійної роботи і проведення лабораторних робіт при вивченні дисципліни студентами стаціонарної і заочної форм навчання.

Автори: доценти, канд. техн. наук Ю. В. Міронов

Л. І. Романишин

У методичних вказівках до лабораторних робіт  8, 11-14 використані матеріали, опрацьовані за участю Копея Б.В., Костриби І.В., Ляха М.М.

Відповідальний за випуск: зав. кафедри нафтового обладнання

професор, канд. техн. наук Ю. С. Сичов

Схвалено на засіданні навчально-методичного об'єднання спеціальності 7.090217 "Обладнання нафтових і газових промислів"

(протокол №____від “___”______________ 2001 р.)

Голова метод об'єднання спеціальності Ю.С. Сичов

Нормоконтролер О.Г. Гургула

Коректор Н.Ф.Будуйкевич

Висновки члена експертно-рецензійної комісії університету:

Практикум рекомендується до друку

“___”____________2001 р. І.В. Костриба

Дане видання - власність ІФДТУНГ. Забороняється тиражувати та розповсюджувати без відома авторів.

З М І С Т

	с.
1 Лабораторна робота № 8 “Вивчення конструкцій, вимірювання і розрахунок параметрів обладнання для очистки промивальних рідин від твердої фази”.
2 Лабораторна робота № 9 “Вивчення конструктивних схем і конструкцій бурових насосів, визначення їх основних параметрів, виявлення ознак спрацювання їх деталей і оцінка технічного стану”.
3 Лабораторна робота № 10 “Вивчення конструктивних схем і конструкцій бурових вертлюгів. Вимірювання і розрахунок параметрів основної опори.’’
4 Лабораторна робота № 11 “Вивчення конструкцій, вимірювання параметрів режиму роботи та побудова моментно-частотної характеристики турбомуфти”.
5 Лабораторна робота № 12 “Вивчення конструкцій, вимірювання і розрахунок параметрів, визначення ступеню спрацювання багаторядних втулково-роликових ланцюгів”.
6 Лабораторна робота № 13 “Вивчення конструкцій, вимірювання і розрахунок параметрів клинопасових передач”.
7 Лабораторна робота № 14 “Вивчення конструкцій, визначення параметрiв та статичнi випробування фрикцiйної пневматичної муфти”.
8 Лабораторна робота № 15 “Вивчення конструкцій, вимірювання і розрахунок параметрів бурових вишок.”

Лабораторна робота №8

ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЙ, ВИМІРЮВАННЯ І РОЗРАХУНОК

ПАРАМЕТРІВ ОБЛАДНАННЯ

ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОМИВАЛЬНИХ РІДИН ВІД ТВЕРДОЇ ФАЗИ

8.1 МЕТА РОБОТИ

8.1.1 Вивчення класифікації, номенклатури і застосування обладнання для механічної сепарації вибуреної і внесеної твердої фази (ТФ) з промивальних рідин (бурових розчинів).

8.1.2 Вивчення принципу дії і конструкцій обладнання для механічної сепарації вибуреної і внесеної ТФ з промивальних рідин.

8.1.3 Вивчення комплексу умов використання, конструктивних і експлуатаційних показників вказаного обладнання.

8.1.4 Поглиблення і розширення теоретичних відомостей, одержаних при вивченнi відповідного розділу лекційного курсу.

8.2 ЗАВДАННЯ РОБОТИ

8.2.1 Складання ескізів, описів принципу дії і принципових схем обладнання за ілюcтративними матеріалами та натурними взірцями.

8.2.2 Вимірювання геометричних розмірів, встановлення конструктивних характеристик натурних взірців, визначення за ними експлуатаційних показників і застосування обладнання.

8.2.3 Оцінка технічного рівня вивченого обладнання за одиничними показниками матеріаломісткості і енергоспоживання.

8.3 НЕОБХІДНІ МАТЕРІАЛИ ТА ІНСТРУМЕНТ

8.3.1 Рекламні довідкові паспортні роздавальні матеріали і технічна документація на обладнання, що вивчається.

8.3.2 Натурні взірці ситових полотнищ вібраційних сит з різними геометричними і конструктивними показниками.

8.3.3 Натурні взірці одиночних конусів-гідроциклонів різного діаметра і конструктивного виконання.

8.3.4 Лінійка вимірювальна металева ЛИМ 500 ГОСТ 427-75.

8.3.5 Штангенциркуль ШЦ-ІІ-0-300-0,1 ГОСТ 166-89.

8.3.6 Мікрометр МК-25-1 ГОСТ 6507-90.

8.3.7 Лінза плоско-опукла або двояко опукла 4, 6 або 10.

8.3.8 Калькулятор ( ЕКОМ ).

8.4 КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ:

Надлишок ТФ (як вибуреної при проходці свердловин, так і цілеспрямовано внесеної при виготовленні) в промивальній рідині:

– погіршує показники бурових робіт взагалі і відпрацювання бурових доліт зокрема;

– призводить до ускладнень у відкритому стовбурі свердловини;

– ускладнює виклик припливу з пласта при освоєнні і випробуванні;

– зменшує ресурс бурильної колони, вибійних гідравлічних двигунів і наземного обладнання циркуляційної системи;

– збільшує витрати на промивання свердловини.

АНІ (Американським нафтовим інститутом) запропоновано наступну класифікацію частинок ТФ в залежності від їх розміру D_тф: D_тф 1020мкм - шлам; 1020 D_тф > 74мкм - пісок; 74  D_тф > 2мкм – мул; D_тф  2мкм - колоїдні частинки. Вентворт і Буркарт класифікують ТФ за такими ж принципами, але з дещо відмінними величинами D_тф (таблиця А.1). Розмір частинок ТФ визначає вибір ефективного технологічного процесу їх сепарації - видалення з промивальної рідини. Для відокремлення ТФ від промивальних рідин застосовуються різні технологічні процеси: відстоювання, механічна і хімічна обробки, їх комбінації. Нині розроблено, виробляється і вживається вельми розмаїте обладнання для механічної очистки промивальних рідин від ТФ, яке виконує свою функцію призначення за принципом фільтрування (просіювання крізь ситове полотнище) або штучно-гравітаційної сепарації в полі дії відцентрових сил. Основними параметрами такого обладнання є:

• продуктивність - пропускна здатність Q, м³ /с;

• сепараційна спроможність - найменший розмір частинок ТФ, що сепаруються не менше, ніж на 90% від початкового вмісту, D_{тф мін}, 10^{– 6}м;

• залишковий вміст ТФ в обробленій промивальній рідині, % від початкової концентрації;

• втрати промивальної рідини із відсепарованою ТФ, % від обробленого вихідного об’єму;

• питоме енергоспоживання Е_пит, кВт·год./ м³

8.5 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

8.5.1 Детально і уважно розглянути зображене на виданій викладачем ілюстрації вібраційне сито.

8.5.2 За результатами огляду (п.8.5.1) скласти детальний опис конструкції зображеного вібросита, користуючись класифікаційною таблицею А.1 та консультуючись при потребі з викладачем.

8.5.3 Описати переваги і недоліки, притаманні кожному з конструктивних рішень, втілених в конструкції, яка вивчається за п.8.5.1 і 8.5.2.

8.5.4 Ознайомитися з комплексом паспортних технічних характеристик вібросита даної моделі, наведеним в роздавальних матеріалах або рекомендованих джерелах інформації (розд.8.8). Виписати в робочий зошит основні характеристики.

8.5.5 Обчислити питоме енергоспоживання Е_пит на обробку 1м³ промивальної рідини віброситом зображеної на одержаній ілюстрації моделі за номінальною потужністю встановленого приводного двигуна N_ном (кВт) і продуктивністю Q_ном (пропускною здатністю) (м³/с) вібросита за формулою:

E_пит = N_ном / (3600Q_ном) (8.1)

8.5.6 Визначити питому матеріаломісткість m_п вібросита розгляданої моделі за його масою М і продуктивністю Q_ном, кгс/м³:

m_п = М / Q_ном (8.2)

8.5.7 Обмінятися даними E_пит і m_п із студентами групи (підгрупи), з якою проводиться лабораторна робота. Скласти зведену таблицю чисельних значень названих показників для вібросит усіх розглянутих моделей, обчислити середньоарифметичні значення і середньоквадратичні відхилення. Виявити моделі з мінімальним енергоспоживанням і мінімальною матеріаломісткістю, вказати їх марки (шифри, умовні позначення) і виробників. Оцінити технічний рівень вібросита, що вивчається, за названими показниками.

8.5.8 Уважно оглянути виданий для вивчення натурний взірець (фрагмент) ситового полотнища вібросита.

8.5.9 За результатами огляду (п.8.5.8) скласти детальний опис взірця, користуючись класифікаційною таблицею А.3 та консультуючись при потребі з викладачем.

8.5.10 На взірці в його площині виміряти розміри d_o і d_y перерізів основних (поздовжніх) і утокових (поперечних) дротин, з яких виготовлено сітку (можливий варіант d_o = d_y).

8.5.11 Розмітити на сторонах рамки взірця відрізки визначеної довжини

L_o і L_y (50 або 100мм).

8.5.12 Порахувати число z_о і z_y дротин основи і утоку, що розміщуються в межах відрізків L_o i L_y, позначених за п.8.5.11.

8.5.13 Обчислити кроки t_o i t_y переплетіння дротин основи і утоку за формулами, мм:

t_o = L_o / z_o, (8.3)

t_y = L_y / z_y. (8.4)

8.5.14 Визначити розміри сторін чарунки сітки, мм:

a = t_o – d_o, (8.5)

b = t_y – d_y. (8.6)

8.5.15 Знайти площу отвору S (в просвіті) чарунки сітки, мм²:

S = a·b = (t_o – d_o)·( t_y – d_y). (8.7)

8.5.16 Обчислити коефіцієнт густини сітки k та пов’язаний з ним коефіцієнт m:

k = S / (t_o·t_y), (8.8)

m = 1– k. (8.9)

Показником k визначається за рядом інших рівних умов продуктивність (пропускна здатність) сітки, від показника m залежать її міцність, зносостійкість та деформативність.

8.5.17 Віднести досліджувану сітку за віднайденим чисельним значенням k до однієї з наступних груп: k < 0,25 - малої; 0,25 k < 0,50 - нормальної; 0,50 k < 0,70 - великої; k  0,70- особливо великої густини.

8.5.18 Обчислити число отворів n, розміщених на одиниці поверхні сітки, см²:

n = 100 / (t_o·t_y). (8.10)

8.5.19 Користуючись таблицею А.1 визначити найменший розмір D_{тф мін} частинок ТФ, для сепарації яких досліджувана сітка є найвідповіднішою.

8.5.20 Виписати з таблиці А.1 умовне позначення сітки, пояснити його зміст.

8.5.21 Визначити за допомогою рисунку А.1 питому пропускну здатність 1м² досліджуваної сітки при різній густині промивальної рідини.

8.5.22 Уважно і детально оглянути натурний взірець одиничного конуса-гідроциклона, встановити призначення кожного з конструктивних елементів, за результатами огляду скласти його опис, користуючись класифікаційною таблицею А.4 та консультуючись при потребі з викладачем.

8.5.23 Виміряти на досліджуваному взірці:

8.5.23.1 - внутрішній діаметр D_к циліндричної частини корпусу;

8.5.23.2 - внутрішній діаметр d_ж патрубка живлення;

8.5.23.3 - при наявності насадки в патрубку живлення – її діаметр d_нж (круглий отвір) або сторони a і b (прямокутний отвір ) на вході в корпус;

8.5.23.4 - діаметр d_р розвантажувальної (піскової) насадки на виході з корпусу або межі d_{р мін} < d_р < d_{р макс}, в яких можливе його регулювання.

8.5.23.5 - внутрішній діаметр d_з зливального патрубка;

8.5.23.6 - висоти h_ц і h_к циліндричної і конічної частин корпусу відповідно по внутрішній його поверхні;

8.5.23.7 - глибину h_з занурення зливального патрубка під кришку циліндричної частини корпусу;

8.5.23.8 - відстань R між осями корпусу і потоку, який виходить з насадки живлення (тільки при тангенційному вводі).

8.5.24 Виконати ескіз досліджуваного гідроциклона, позначити на ньому названі розміри, напрямки масопотоків, скласти експлікацію.

8.5.25 За величиною D_к віднести гідроциклон до однієї з груп, користуючись додатком А.

8.5.26 Якщо насадка живлення гідроциклона має прямокутний вихідний отвір, обчислити її еквівалентний діаметр за формулою:

d_нж = (4ab/)^0,5. (8.10)

8.5.27 Знайти кут  при вершині конуса нижньої частини корпуса (в радіанах):

= 2arctg [(D_к – d_з / 2h_к)]. (8.11)

8.5.28 Обчислити найменший розмір D_тф частинок, які ефективно (не менше, ніж на 90% від їх початкового вмісту) сепаруються з промивальної рідини за формулами (8.12) i (8.13), знайти той самий показник за графіком (рисунок А.2), порівняти одержані вказаним шляхом чисельні значення:

D_тф = D_к / k_n, (8.12)

D_тф = k·d_з·(D_к·Т)^0,5 / [g·d·(10p_вх)^0,5·(0,1_)^0,5], (8.13)

де k_n = (1620 - 2360) - коефіцієнт пропорційності;

Т- об’ємна концентрація ТФ у промивальній рідині, %;

р_вк - тиск у патрубку живлення гідроциклона, МПа; р_вк = 0,2-0,5 МПа;

_- різниця густин відокремлюваної ТФ і промивальної рідини, кг/м³:

k - дослідний коефіцієнт, k = 0,9.

8.5.29 Обчислити продуктивність досліджуваного гідроциклона за формулою (8.14):

Q=8,3·10^–4·k_D·k_·d_ж·d_з·(10p_вх)^0,5, (8.14)

де k_D = 0,008·D_к + 2/(0,01D_к + 1) - коректуючий коефіцієнт, залежний від D_к;

k_= 0,79 + 0,044 / [0,0379 + tg(/2)] - коректуючий коефіцієнт, залежний від кута .

При обчисленнях за (8.13) і (8.14) невідомі значення розрахункових величин прийняти на власний розсуд у встановлених практикою межах, використовуючи матеріал з лекційного курсу і практикуму.

8.6 ВИМОГИ ДО ЗВIТУ З ЛАБОРАТОРHОЇ РОБОТИ

Звіт з лабораторної роботи повинен бути оформлений у відповідності до вимог чинного в університеті стандарту і містити :

8.6.1 Детальний опис конструкції вібросита за п.8.5.2, аналіз його переваг і недоліків за п.8.5.3, матеріали і кінцевий результат оцінки його технічного рівня за п.8.5.4-8.5.7.

8.6.2 Детальний опис взірця ситового полотнища за п.8.5.9.

8.6.3 Таблицю виміряних (спостережених) при дослідженні взірця ситового полотнища величин за п.п.8.5.10 і 8.5.12.

8.6.4 Алгоритм і результати обчислення величин, які характеризують ситове полотнище, за п.п. 8.5.13- 8.5.16.

8.6.5 Оцінку густини ситового полотнища за п.8.5.16, його умовне позначення за п.8.5.17 з розшифруванням.

8.6.6 Чисельні значення величин, знайдених за п.п.8.5.18, 8.5.19, 8.5.21.

8.6.7 Детальний опис гідроциклона з його ескізом, результатами вимірювань і експлікацією.

8.6.8 Алгоритм і результати розрахунків за п.п.8.5.23-8.5.26.

8.7 ПИТАHHЯ ДЛЯ САМОКОHТРОЛЮ ПIДГОТОВКИ

8.7.1 Що досягається завдяки механічній очистці промивальних рідин від ТФ (назвати прямі і непрямі, супутні позитивні ефекти)?

8.7.2 Чим обмежується ступінь очистки (найменший розмір відокрем-люваних частинок ТФ) при обробці промивальних рідин на віброситах ?

8.7.3 В чому полягають переваги і недоліки ситових полотнищ з прямокутними отворами в порівнянні з тими, що мають квадратні отвори ?

8.7.4 Якими способами можна зменшити втрати промивальної рідини з відокремленою ТФ: а) в віброситах? б) в гідроциклонах?

8.7.5 Які заходи вживаються конструкторами, виробниками і експлуатаційниками для збільшення довговічності: а) вібросит?

б) гідроциклонів?

8.7.6 Якими показниками можна оцінити ефективність роботи обладнання для механічної очистки промивальних рідин від ТФ (дати якомога повніший перелік)?

8.8 РЕКОМЕHДОВАHI ДЖЕРЕЛА IHФОРМАЦIЇ

8.8.1 ТУ 48-1313-59-84 Гидроциклоны. Технические условия.

8.8.2 ОСТ 26-02-652-72 Сита вибрационные.

8.8.3 ОСТ 26-02-643-78 Шламоотделители гидроциклонные. Типы и основные параметры.

8.8.4 ТУ 26-02-982-84 Илоотделитель гидроциклонный. Технические условия.

8.8.5 Баграмов Р. А. Буровые машины и комплексы. -М.: Недра. 1988. -501с.

8.8.6 Булатов А. И. И др. Справочник по промывке скважин. -М.: Недра. 1984. -317с.

8.8.7 Головко В.Н. Оборудование для очистки и приготовления промивочных жидкостей.-М.: Недра. 1982. -83с.

8.8.8 Резниченко И.Н. Приготовление, обработка и очистка буровых раство-ров. М.: Недра. 1978. -230с.

8.8.9 Современные конструкции сит для очистки буровых растворов // Алехин С.А., Тихонов В.В., Денисенко В.В., и др. -Обзор зарубежной литературы. Сер. Машины и нефтяное оборудование. -М.: ВНИИОЭНГ. 1977.

Лабораторна робота № 9

ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ СХЕМ І КОНСТРУКЦІЙ БУРОВИХ НАСОСІВ, ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ, ВИЯВЛЕННЯ ОЗНАК СПРАЦЮВАННЯ ЇХ ДЕТАЛЕЙ І ОЦІНКА ТЕХНІЧНОГО СТАНУ

9.1 МЕТА РОБОТИ

9.1.1 Вивчення конструктивних схем, ознайомлення із будовою, комплектністю і варіантами конструктивного виконання бурових насосів та їх окремих вузлів і деталей.

9.1.2 Ознайомлення із параметрами бурових насосів та їх нормативною регламентацією за ГОСТ 6031-81.

9.1.3 Вивчення операцій експлуатаційного обслуговування бурових насосів, методів і способів їх виконання.

9.1.4 Вивчення характеру, виявлення причин, визначення ступеню спрацювання вузлів і деталей бурових насосів.

9.1.5 Поглиблення і розширення знань з відповідного розділу курсу.

9.2 ЗАВДАННЯ РОБОТИ

9.2.1 Розбирання і складання бурових насосів.

9.2.2 Діагностування, дефектування деталей бурового насоса, опис конструктивно-технологічного виконання і технічного стану його деталей і вузлів, складання конструктивних схем за натурними зразками, плакатами і роздавальними матеріалами.

9.2.3 Вимірювання і обчислення параметрів бурового насоса, порівняння віднайдених і нормативних чисельних значень.

9.2.4 Складання технологічної карти на технічне обслуговування бурового насоса на місці експлуатації та дефектної відомості за результатами розбирання, огляду і вимірювань.

9.3 ОБЛАДНАННЯ І ПРИЛАДИ

9.3.1 Натурні взірці - усі наявні бурові насоси.

9.3.2 Комплект плакатів і роздавальних матеріалів з конструктивними схемами і зображеннями бурових насосів різних моделей.

9.3.3 Набір інструменту для вимірювання лінійних розмірів (лінійка, штангенциркуль).

9.3.4 Набір слюсарного інструменту (гайкових ключів, викруток, молотків).

9.4 КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Бурові насоси є найпотужнішими споживачами енергії та – наймасивнішими вузлами в складі бурових установок. Забезпечуючи ефективну промивку вибою і стовбура свердловини в процесі механічного вони створюють безпосередній вплив на показники відпрацювання породоруйнівного інструменту та визначають показники бурових робіт.

Насоси, якими переважно оснащують бурові установки, є об’ємного типу,

двопоршневі двосторонньої дії або трипоршневі односторонньої дії. В залежності від потужності, максимального створюваного тиску бурові насоси мають численні варіанти конструктивного виконання та різноманітні технологічні рішення.

Буровий насос характеризується сукупністю конструктивних і експлуатаційних параметрів, серед яких найважливішими є:

- число робочих камер – кратність роботи;

- число клапанних вузлів;

- виконання кривошипно-шатунного механізму;

- спосіб ущільнення і фіксації циліндрових втулок;

- технічні засоби вимірювання витрати промивальної рідини на вході і виході насоса;

- потужність насоса;

- максимальний робочий тиск;

- чисельні значення подачі при номінальній частоті ходів поршня і оснащенні насоса циліндровими втулками різних діаметрів;

- частота і довжина ходу поршня;

- відношення радіусу кривошипа до довжини шатуна.

9.5 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ

9.5.1 Уважно оглянути складений буровий насос. За результатами огляду скласти детальний опис, в якому відобразити:

- тип насоса (об'ємний або динамічний);

- спосіб привода насоса (приводний вальний, прямодіючий гідро- або пневмоприводний);

- характер руху робочих органів (обертовий, лінійний зворотньо-поступальний);

- тип робочих органів (поршневий, плунжерний, крильчастий, діафрагмовий насос, тощо) та їх число;

- розміщення поздовжніх осей робочих камер (горизонтальний, вертикальний, V-подібний насос, тощо);

- спосіб дії насоса (одностороння, двостороння);

- число робочих камер насоса;

- застосовані технічні засоби згладжування пульсацій подачі і тиску у вихідному і вхідному трубопроводах (повітряний ковпак, пневмогідроакумулятор);

- застосований технічний засіб попередження перевищення допустимого тиску, тип цього засобу, місце його монтажу.

Формулюючи кожне із наведених вище визначень вказати щонайменш одну ознаку, на підставі якої його встановлено.

9.5.2 Уважно оглянути ззовні корпусні деталі бурового насоса: картер (корпус) приводної частини і гідравлічні коробки, а також раму (полозки). За результатами огляду скласти детальний опис, в якому відобразити:

- призначення кожного конструктивного елемента;

- спосіб кріплення гідравлічної коробки (до рами і до корпуса приводної частини або лише до корпуса приводної частини);

- спосіб центрування гідравлічної коробки відносно корпуса приводної частини;

- вжиті конструктивно-технологічні заходи, якими забезпечується функціональне призначення, уніфікація, міцність, жорсткість, ремонтопридатність, зниження матеріаломісткості;

По кожній оглянутій деталі сформулювати висновок стосовно придатності її до подальшого використання, описати виявлений характер і ознаки спрацювання, розташування останніх на деталі.