2. Расчет сил действующих на элементы спуско-подъемного комплекса.

Заданием на курсовой проект определена конструкция скважины пятиколонная. Выбирают диаметры труб отталкиваясь от конечного диаметра, необходимого для эффективной эксплуатации нефте-газового месторождения. Наиболее часто для этих целей используют эксплуатационные трубы диаметром 146 мм. Диаметры труб для обсадных колонн и кондуктора выбираются из условия нормальной работы в них бурового оборудования. Необходимый разор между трубами составляет 5-7 мм и увеличивается с ростом глубины скважины и соответственно длины труб. Пользуясь литературой [1; стр.523 табл.8.20] выбираем подходящие трубы для кондуктора, промежуточных обсадочных колонн, 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.

рис.1 конструкция скважины

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

Где = 1000 м,

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 воздухе; дополнительные технологические и аварийные работы, когда нагрузки на систему превышают вес бурильной колонны в воздухе. 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, стр. 188].

В нашем случае наибольший вес имеет 3-ая промежуточная обсадная колонна, умножив его на 1,2 получим:

, что больше, чем . Поэтому за максимальную будем принимать в дальнейших расчетах нагрузку от веса бурильной 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, стр. 30].

Тогда максимальная нагрузка на элеватор СПК от веса бурильной колонны и динамических нагрузок при ее разгоне (торможении) вычисляется по формуле [2, стр. 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, стр. 218-219, табл. VIII.1] выбираем рекомендуемый диаметр каната для условной глубины бурения 6500 – 10000 грузового назначения, из проволоки марки I, оцинкованной по группе ЖС, правой крестовой свивке, нераскручивающийся, с временным сопротивлением разрыву, 1960 МПа, по ГОСТ 16853-79: Канат 44,5 – Г – I –ЖС – Н -1960 ГОСТ 16853-79. 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 7. Соответственно число шкивов кронболка на один больше: 8. Условное обозначение оснастки талевой системы 7*8. Кратность талевой системы (число рабочих струн) n = 14. 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 башенного типа, у которых полезная высота составляет , [4, стр. 234].

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

Нагрузка на кронблок будет равно:

, вычисляется по формуле [2, стр. 247]:

Где .

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

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

Нагрузка действующая на вышку:

.

Нагрузка на вышку определяет ее конструкцию и материалы, из которых она будет изготовлена. В данной курсовой работе не стоит задача проектирования вышки. Поэтому ограничимся лишь выбором типа вышки и основных ее размеров (табл. 2).

Конструкция вышки башенного типа позволяет выдерживать большие вертикальные нагрузки, но из-за трудности ее монтажа и демонтажа, ее применение ограничилось стационарными объектами с большой длительностью работ (более 1 – 2 лет). Для заданной глубины бурения в 10000 она подходит как нельзя лучше.

Примерами вышек башенного типа могут быть вышки Уралмашзавода 3ВБ-58-300, ВБА-58-300 и ВБА-58x400.

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

.