Расчет по предельному состоянию

Площадь сечения ноги можно определить из расчета по допускаемым напряжениям из расчета по предельному состоянию. Расчет сводится к тому, чтобы предупредить разрушение вышки в результате потери устойчивости стержнями ног.

Формула обеспечения устойчивости по первому предельному состоянию [2]

		R≤ФУСТ,
где	ФУСТ	- несущая способность элемента ноги по устойчивости, МН.
		ФУСТ= m ⋅ φ ⋅ σТ⋅ к ⋅ F
где	M	- коэффициент условия работы элемента, m =0,9;

φ - коэффициент продольного изгиба, φ =0,81 для стали Ст 20;

σ_Т - нормативный предел текучести материала, σ_Т=460 МПа;

к - коэффициент однородности материала, к=0,9

F - площадь элемента сечения ноги вышки, м²

F=	R		,
m ⋅ φ ⋅ σТ
	⋅ к

По полученному значению F подобрать диаметр трубы Д_Н, м.

Таким образом, одной из самых актуальных задач нефтяного машино­строения является совершенствование выпускаемого оборудования, с тем, что­бы оно, во-первых, соответствовало требованиям развивающейся технологии бурения и, во-вторых, способствовало снижению непроизводительного времени при проводке скважин - в частности, уменьшению времени монтажа-демонтажа буровой установки. Эти задачи, как правило, определяются конст­руктивными решениями, принимаемыми на стадии проектирования.

Наиболее широко в конструкциях современных буровых установок при­меняются А-образные буровые вышки. При монтаже буровой установки на месте бурения наиболее ответственной операцией является подъем вышки. В процессе подъема на вышку, основание и сам механизм подъема вышки действуют значительные усилия, вызывающие напряжения, в ряде случаев сравни­мые с теми, которые возникают в процессе проводки скважины. В неудачных же вариантах конструкции механизма подъема напряжения в его элементах мо­гут даже превышать рабочие напряжения в элементах самой вышки.Для определения усилий необходимо построить математическую модель функционирования механизма подъема вышки. При этом, как показывает ана­лиз, ввиду нелинейной связи между геометрическими и силовыми параметра­ми, входящими в математическую модель, последняя имеет достаточно слож­ную структуру; решение задачи требует разработки своего алгоритма решения для механизма подъема с каждой конкретной схемой и обязательного примене­ния ЭВМ.Настоящая работа посвящена созданию математических моделей функ­ционирования механизмов подъема наиболее распространенных схем, разра­ботке алгоритмов и программ их расчета и оптимизации и внедрению указан­ных разработок для использования в конструкторских и научно-исследовательских организаций, занимающихся проектированием бурового оборудования.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ

РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

И АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРОВОДИМЫХ В ОБЛАСТИ

ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Основные тенденции совершенствования конструкций

Буровых установок

Эффективность строительства нефтяных и газовых скважин, в основном, зависит от совершенства применяемых буровых установок. Как отмечается вработе [22], одним из существенных факторов, влияющих на показатели буре­ния, является уровень буровой техники, т.е. эксплуатационно-технические по­казатели, в том числе производительность, долговечность, монтажные качества и транспортабельность бурового оборудования и, в первую очередь, буровых установок.Повышение технического уровня буровой установки, обусловливающее рост производительности всего комплекса работ по строительству скважин, восновном определяется конструктивными решениями на стадии проектирова­ния. При этом первостепенное значение приобретают проблемы стоимости, на­дежности, производительности и затрат на эксплуатацию буровых установок. Решение этих проблем требует от конструктора не только использования про­грессивных материалов, и более технически совершенных систем, узлов и ме­ханизмов, но и перехода от традиционных методов проектирования к автоматизированным, основанным на широком применении САПР и математических моделей разрабатываемых конструкций.Буровая установка представляет собой комплекс узлов и механизмов функционально взаимосвязанных.

В состав буровой установки входят следующие комплексы [64,65]:

- для бурения и работ с трубами;

- для ведения спуско-подъемных операций;

- для наземной и скважинной циркуляции раствора;

- для подготовки и распределения воздуха;

- для энерго (электро) снабжения;

- для водо-паро снабжения и обогрева;

- для предупреждения и контроля выброса из скважины;

- для управления и контроля процессов бурения;

- для заканчивания скважин;

- для обеспечения охраны окружающей среды;

- для транспортировки и монтажа оборудования;

- для ведения ремонтных и погрузочно-разгрузочных работ;

- для соцкультбыта;

Таким образом, современная буровая установка со всеми своими ком­плексами представляет сложный производственный объект для выполнения ра­бот в полевых условиях в практически любой погодно-климатической обста­новке. При этом буровое оборудование должно обеспечивать строительство скважины с высокими технико-экономическими показателями, определяемыми, в основном, конструктивно заложенной в нем технической характеристикой.

Основными производителями буровой техники в России являются Ураль­ский завод тяжелого машиностроения - «Уралмаш» и Волгоградский завод бу­ровой техники - ВЗБТ. Тенденции развития и совершенствования буровой тех­ники рассмотрим на примере ВЗБТ.

ВЗБТ проектирует и выпускает установки, предназначенные для бурения разведочных и эксплуатационных скважин на нефть, газ и другие жидкие и га­зообразные полезные ископаемые в электрифицированных и не электрифици­рованных районах роторным способом и забойными двигателями (турбобуры, винтовые двигатели, электробуры). На рис. 1.1 прослеживается постоянный рост грузоподъемности изготавливаемых заводом буровых установок, обуслов­ленный требованиями буровых предприятий. Соответственно растет и энерго­вооруженность установок, необходимая для привода основных агрегатов — ле­бедки, насосов, ротора. Это дает возможность увеличить мощность на привод­ном валу лебедки, на столе ротора, повысить производительность и давление буровых насосов.

Сам привод также меняется: если в 50-х годах он в подавляющем числе случаев был групповым, то уже с начала 80-х групповой привод вытесняется индивидуальным ввиду неоспоримых преимуществ последнего. Дизель-гидравлический привод уступает место электрическому (для не электрифици­рованных районов - дизель-электрическому). При этом с конца 80-х годов в со­трудничестве с институтом ВНИИэлектропривод для буровых установок разра­батывается и начинает применяться привод, включающий электродвигатели постоянного тока и использующий тиристорные преобразователи. Это дает возможность значительно упростить кинематическую схему трансмиссии за счет уменьшения количества передач и существенно облегчает работу буриль­щика.

Монтажеспособность и способ транспортирования буровых установок с одной точки бурения на другую диктуются, в основном, требованиями эксплуа­тационников