2.1.2 Подбор элементов конструкции талевой системы

Выбранная для бурения типовой конструкции скважины глубиной 3200 м буровая установка имеет талевую систему 5 х 6 с канатом диаметром 28 мм.

При спуске в скважину колонну обсадных труб максимального веса G₀ = 1456 кН, нагрузка на рабочую ветвь каната составит:

S_x = Q / (n^._{т. с}), (2.3)

где Q = G₀ + G_{т. тс.}

S_x = (1456 + 80) / (10 ^. 0,85) = 180,7 кН.

Допускаемый запас прочности талевых канатов в нефтегазодобывающей промышленности должен быть не менее [k]  3, значит разрывная прочность каната должна быть:

P_a = S_x^.k (2.4)

P_a = 180,7^. 3 = 542,1 кН.

Кроме достаточной прочности канат должен обладать определенными эксплуатационными качествами.

В соответствии с рекомендациями, выбираем канат:

– двойной свивки;

– с линейным касанием проволок;

– с проволоками разного диаметра крестовойсвивки;

– со стальным сердечником нераскручивающийся, высшей марки.

Этим требованием отвечает канат типа ЛК-РО, изготовленный по ГОСТ 16893-71, имеющим конструкцию Gx 31 x 1 мс. При разрывном усилии Pa 549,18 кН необходим канат диаметром 28 мм, из проволки группы прочности 1800 мПа.

Выбранный канат по диаметру соответствует поставленному буровой установке.

2.1.3 Определение мощности привода талевой системы

Находим натяжение Р_В набегающего на барабан конца талевого каната:

Р_В = (Q_к + Q_тс) / U = (2 + 0,08) / (10 ^. 0,92) = 0,23 мН (2.5)

_{т. с} = (^u – 1) / (U^.^u ( – 1)) =

(1,031¹⁰ – 1) / (10 х х 1,031¹⁰ (1,031 – 1)) = 0,92 (2.6)

 = 1 / _м = 1 / 0,97 = 1,031.

Для таких нагрузок принимаем талевый канат диаметром 28 мм.

Нагрузку на крюке Q_ki на каждой скорости лебедки вычисляем по формуле:

N_л = (Q_ki^.V_ki) / _{т. с} (2.7)

Откуда (8) Q_ki = (N^._{т. с} ^. 10^-3) / V_ki,

где N_л = 670 кВт.

N_к = N_л^._{т. с} = 670 ^. 0,92 = 616 кВт (2.8)

Q_к1 = (616 ^. 10^-3) / 0,76 = 1821 ^. 10^-3 = 0,82 мН (2.9)

Q_к2 = (616 ^. 10^-3) / 1,97 = 312 ^. 10^-3 = 0,31 мН (2.10)

Вычисляем необходимую мощность привода лебедки для подъема колонны:

N_ = N_л /_у = 670 / 0,76 = 881 кВт (2.11)

где, _у = 0,75 ÷ 0,78 – КПД трансмиссий.

Оптимальная мощность на барабане лебедки определяется из условия подъема наиболее тяжелой буровой колонны для заданной глубины бурения с расчетной скоростью 0,4 – 0,5 м/с.

N_б = (G_б + G_т) _p/ _{т. с} (2.12)

где N_б – мощность барабана лебедки, кВт;

G_т – максимальный вес колонны бурильных труб, кН;

_p – оптимальная скорость подъема самой тяжелой колонны бурильных

труб, м/с;

_{т. с} – КПД талевой системы.

N_б = (894 + 80) 0,5/ 0,85 = 573 кВт (2.13)

Мощность двигателей для привода лебедки зависит от КПД трансмиссий, от валов двигателей до барабана лебедки.

N_Д = N_б /_тс = 573 / 0,85 = 674 кВт (2.14)

В соответствии с принятой в проекте кинематической схемы передачи момента на барабан лебедки может осуществляться одним или двумя двигателями через цепную передачу.

Суммарная мощность на приводном (входном) валу лебедки системой управления электропривода ограничена значением N = 674 кВт, при суммарной мощности двух электродвигателей типа 4ПС – 450 – 1000 – 4 х х 2 х 2.

Мощность на барабане от одного электродвигателя мощностью 1000 кВт.

N_б = N_В^._{ц. п.}^._{п. в}^._{под. в} = 1000 ^. 0,964 ^. 0,975 ^. 0,983 = 0,678 ^. 1000 =

= 678 кВт, (2.15)

где _{д. п.} = 0,96 – КПД цепных передач;

_{п. в} = 0,97 – КПД промежуточного вала;

_под.в = 0,98 – КПД подъемного вала.

Промежуточный вал может иметь две частоты вращения, включаемые с пульта бурильщика при помощи муфт.

Первая частота получается включением зубчатой передачи 23 х 88, а вторая включением 45 х 66.

n`<sub>n . в</sub> = n<sub>пp</sub> (Z`_в.в / Z`_п.в) (2.16)

где n`_{n . в} – частота вращения промежуточного вала, об/мин;

Z`_п.в – число зубьев звездочки первой скорости промежуточного вала;

Z`_в.в – тоже на выходном валу.

n`_{n . в} = 1000 ∙ (23/88) = 262 об/мин

n``_{n . в} = 1000 ∙ (45/66) = 682 об/мин.

Вал имеет две частоты вращения, которые он получает от промежуточного вала через зубчатые передачи 40 х 78.

n`<sub>в</sub> = n`_{n . в} (Z`<sub>п. .в</sub> / Z`_б) = 262 ^. 40/78 = 134 об/мин (2.17)

n``<sub>б</sub> = n``_{n . в} (Z`<sub>п. .в</sub> / Z`_б) = 682 ^. 40/78 = 349 об/мин (2.18)

где n`_б , n``_б – частота вращения подъемного вала на I, II передачах;

Z`_{п. .в} – число зубьев звездочки промежуточного вала, передающего

вращение подъемному валу;

Z`_б – число зубьев звездочки на подъемном валу, соединенным со

звездочкой промежуточного вала.