Практическая работа № 24

Тема: «Расчет и выбор оборудования для проведения ПРС»

Цель работы: научиться правильно выбирать подъёмную установку для проведения подземного ремонта скважины, талевый канат и проводить проверку каната на прочность.

Общие сведения

Канат — ответственный и быстроизнашивающийся элемент талевой системы. После выбора каната по разрывному усилию его необходимо проверить на работу в условиях совместного действия растяжения и изгиба.

Напряжение от растяжения определяют по формуле:

где Р_х – натяжение ходового конца каната, Н;

δ – диаметр проволоки в канате, м;

i – число проволок в канате.

Напряжение от изгиба каната:

где Е – модуль упругости материала проволоки, кг/см², Е = 2,1 × 10⁶ кг/см²;

δ – диаметр проволоки, мм;

D – диаметр канатного шкива по дну канавки или диаметр барабана лебедки, мм.

Запас прочности п определяется из соотношения

где σ_в – предел прочности мате­риала проволоки при растяже­нии, определяемый по табли­цам;

σ_сум – суммарное напряжение от растяжения и изгиба.

За­пас прочности каната п рекомендуется принимать равным 4–5. Иногда канаты работают с меньшим за­пасом прочности. При этом ка­нат изнашивается быстрее. Износ каната зависит от диа­метра шкивов, барабана ле­бедки, оттяжного шкива, про­филя ручья шкивов, частоты пе­регибов и их направления, а также от влияния дополнительных усилий, вызываемых инер­цией груза, поднимаемого с переменной скоростью.

Удельное давление каната (Па) на шкив определяется из выражения

p=2P/Dd,

где Р – натяжение каната, Н;

D – диаметр шкива по дну профиля, м;

d – диаметр каната, м.

Удельное давление р для канатных шкивов, изготовляемых из углеродистой стали, допускается в пределах 6,3—7,6, а из марганцовистой стали со шлифованным желобом 17,5— 21,0 МПа.

Для уменьшения износа каната его следует наматывать на барабан правильными рядами. Существенное влияние на долговечность канатов оказывает их смазка. При его изготовлении смазываются отдельные про­волочки и сердечник, при эксплуатации и хранении — только его наружная поверхность. Во время повторной обработки ка­ната во избежание появления точечной коррозии необходима сплошная смазка наружной поверхности каната. Исследования показывают, что срок службы смазанного каната на 20—40 %.

Задание: произвести выбор подъёмной установки, каната для проведения подземного ремонта и проверить канат на прочность, пользуясь данными и результатами практической работы № 23. При решении задачи использовать данные справочной литературы.

Пример выполнения задания

Исходные данные:

Максимальная нагрузка на крюк от веса поднимаемого груза Р_к = 20948 кг,

диаметр НКТ – D_НКТ = 73 мм,

глубина спуска НКТ = 1700 м.

Решение:

Для спускоподъемных операций выбираем подъемник типа Азинмаш-43П, при работе с которым допустимая глубина насосно-компрессорных труб условного диаметра 73 мм при оснастке 2 × 3 равна 3000 м (таблица 24.1).

Таблица 24.1

Допустимые глубины спуска НКТ при работе с подъемником

Условный диаметр НКТ, мм	Глубина спуска труб при оснастке талей, м
	2 × 3	3 ×4	4 ×5
48	6400	-	-
60	4000	6000	-
73	3000	4400	5700
89	2000	3000	4000
114	1500	2200	2800

Талевый канат выбираем по величине усилия, которое равно:

Р_р= Р_х × К, кг,

где, Р_х – напряжение ходового конца каната, определяемое по формуле:

Р_х = Р_к ×

где, Р_к - нагрузка на крюке с учётом веса подвижной части талевой системы, кг;

n – число канатных струн подвижного ролика;

ß – коэффициент сопротивления шкива, равный ß = ,

где η – КПД канатного шкива, η = 0,98 =› ß = 1,02.

Максимальная нагрузка на крюке Р_к определяется как:

Р_к = G_т + G_м кг,

где G_т – вес колонны труб (штанг, столба жидкости), кг, (из практ работы № 14);

G_м - вес неподвижного закрепленного (мертвого) груза, кг.

G_м = G_тб + G_кр + G_в

где, G_тб - вес талевого блока, примем G_тб = 164 кг,

G_кр - вес крюка, примем G_кр = 65 кг;

G_в - вес вертлюга, примем G_в = 39 кг.

Тогда G_м = 164+65+39= 268 кг.

Тогда максимальная нагрузка на крюке:

Р_х = 20948 × ^{1,024 × (1,02-1)} = 2880 кг

^1,024-1

Определим разрывное усилие, с учетом запаса прочности:

Р_р = Р_х × К кг,

где, К – коэффициент запаса прочности, принимаем К = 3,

Р_р = 2880×3 = 8640 кг

Подъемный агрегат типа Азинмаш-43П оснащается талевым канатом диаметром 15,5 мм.

Выбираем канат диаметром d = 15,5 мм, разрывное усилие которого при рассеченном пределе прочности проволок при растяжении достигает 140кг/мм², равное 10700 кг.

Проведем проверку выбранного каната на суммарное напряжение. Напряжение от растяжения:

σ_р = кг/мм²,

где, i - число проволок в канате, i = 114,

δ - диаметр проволок в канате, мм, δ = 1,0 мм,

σ_р = 4 × 2880 = 32,2 кг/мм²,

144×3,14 × 1²

Напряжение от изгиба:

σ_из = Еδ/D = ×2,1×10⁹× 1/480 кг/мм²,

где Е - модуль упругости материала проволоки, кг/см²,

Е = 2,1 × 10⁶ кг/ см²,

δ - диаметр проволоки, мм

D – диаметр канатного шкива по дну канавки или диаметр барабана лебедки, мм, D = 480 мм (берется меньшая величина),

Находим суммарное напряжение:

σ _сум = σ_р + σ_и= 32,2 +16,4 = 48,6 кг/ мм²

Запас прочности:

К = = = 2,88

где, σ_раз - временное сопротивление разрыва, равное расчетному периоду прочности проволоки при растяжении.

Допустимый запас прочности: К = 2,5.

Определяем максимальную длину каната, необходимую для проведения подъема труб:

L_к = 1,1×[(L + 1) + 2Н_в + n(Н_в- l - 4)] = 1,1 × [(228,5+1)+2×18+4×(18 – 12 – 4)]= 301 м,

где, L_к - общая длина каната с запасом в 10%, м;

Н_в – высота вышки (мачты), м; Н_в = 18 м;

n – число струн оснастки талей, n = 4

l - длина одного звена труб, поднимаемых из скважины за один прием?

L – длина каната, навиваемого на барабан, м.

Длина каната, навиваемого на барабан:

L = n×(l + 1)+а₁×х₀(а₂ + х₀)= 4(12+1)+2,32×2×(36+2)= 228,5 м,

где, а₁ – коэффициент, а₁ = =2,32;

а₂ – коэффициент, а₂ = -1= 36,

где ß – ширина барабана между ребордами, см;

d_к – диаметр каната, см; d_к = 1,55,

D_б – диаметр барабана без каната, см; D_б = 48 см;

х₀ – число слоев навивки, остающихся на барабане в момент начала операции подъема, принимаем х₀ = 2.

Контрольные вопросы:

1. Куда крепятся силовые оттяжки на передвижной мачте?

2. Что такое оснастка талевой системы?

4. Назначение кожухов кронблока и талевого блока.

5. Назначение и виды канатов.

6. По каким параметрам выбирают подъёмную установку для подземного ремонта?

7. По какому принципу выбирают канат?

8. Как проверяют канат на прочность?

9. Чему должен быть равен коэффициент запаса прочности при выборе каната?

10. Какой запас прочности допустим при проверке каната?