Применение колтюбинговой технологии в бурении (стр. 6 из 15)

Конструкция барабана, которую в том или ином виде применяют для большинства агрегатов, приведена на рис. 10.

В комплект барабана для гибкой трубы входит и ее укладчик – устройство для обеспечения ровной укладки витков трубы при ее разматывании и наматывании (рис. 11.) В настоящее время общепринято монтировать укладчик в виде двухзаходного винта, перемещающего каретку по направляющим. Через нее пропускается гибкая труба, наматываемая на барабан. Винт приводится в действие от вала барабана посредством цепной передачи. Ролики каретки, направляющие гибкую трубу, соединяются гибким тросом со счетчиком, регистрирующим глубину ее спуска. Специалисты некоторых фирм считают необходимым дублирование счетчиков, устанавливая один непосредственно на каретке, а второй – в кабине оператора.

Рис. 10. Конструкция барабана для хранения колонны гибких труб: 1 – траверса; 2 – катушка для намотки КГТ; 3 – механизм укладчика; 4 – подвижная каретка укладчика; 5 – стопор катушки; 6 – рама; 7 – фиксатор; 8 – привод катушки; 9 – трансмиссия; 10 – крышка опоры подшипника; 11 – привод механизма укладчика

Узел, в который входит барабан, может быть неподвижно закреплен на раме агрегата или иметь вертикальную ось, позволяющую ему поворачиваться с небольшими отклонениями (15 – 20°), что приводит к снижению нагрузки на элементы агрегата при разматывании или наматывании витков трубы, находящихся на краях барабана. Однако в этом случае усложняются конструкции и рамы, и узла барабана.

Для обеспечения смазки поверхности трубы, направляемой в скважину, и защиты ее от коррозии после извлечения на поверхность проводят орошение (смачивание) трубы, намотанной на барабан. Для этого вдоль нижней части барабана устанавливают распылители, а под ним самим – сборник.

Рис. 11. Укладчик гибкой трубы:1 – реборда; 2 – траверса; 3 – бочка барабана; 4 – рама

Жидкость, приготовленную на углеводородной основе, на поверхность трубы подает насос при вращении барабана, ее излишки стекают с витков, намотанных на последний, в сборник и опять поступают на прием насоса.

Известны конструкции, где для упрощения процесса смачивания поверхности труб барабан располагают в картере, размер которого подбирают таким образом, чтобы витки трубы, лежащие на барабане, были погружены в смазывающую жидкость. В нижней части картера имеется дренажный трубопровод, служащий для слива скапливающейся там воды.

2.4. Система управления агрегатом

К системе управления агрегатом относятся кабина оператора, пульты управления основным и вспомогательным оборудованием.

Учитывая сложные климатические условия, в которых происходит эксплуатация агрегатов, а также особенности организации выполнения работ (использование вахтового метода), к кабине оператора предъявляют достаточно высокие требования:

а) удобство рабочего места оператора;

б) комфортные условия труда с точки зрения обогрева (охлаждения);

в) хороший обзор рабочей зоны;

г) удобный пульт управления.

Удовлетворение указанных требований должно сочетаться с обеспечением допустимых габаритов агрегата и ограничений нагрузки на колеса транспортной базы. Поэтому при конструировании кабин управления следует учитывать их размещение в транспортном и рабочем положениях. В большинстве зарубежных агрегатов кабина оператора, находящаяся за кабиной водителя транспортного средства, снабжена гидроприводом, обеспечивающим ее вертикальное перемещение в пределах 1 – 1,5 м. Известны технические решения, в которых перевод кабины в рабочее положение осуществляется путем ее поворота. И в том, и в другом случаях появляется более удобный обзор барабана с наматываемой на него гибкой трубой, укладчика трубы и устьевого оборудования, прежде всего транспортера.

На пульте управления агрегата располагают весь комплекс контрольно-измерительных приборов и органов управления. К первым относятся приборы, контролирующие режимы работ приводного двигателя и всех систем гидропривода, длину трубы, спущенной в скважину, и давление технологической жидкости, а ко вторым – органы управления транспортером, уплотнителем, барабаном, укладчиком трубы и приводным двигателем.

В зависимости от конструктивных особенностей агрегата применяют гидравлические или электрогидравлические системы управления.

3.ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ АГРЕГАТОВ, ИХ РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

3.1. ТРАНСПОРТЕР КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ (ИНЖЕКТОР)

Кинематический расчет

Цель расчетов, приведенных в данном разделе, заключается в определении взаимосвязи скорости перемещения колонны гибких труб и подачи рабочей жидкости гидропривода к гидромоторам транспортера.

Два гидромотора, приводящие в действие цепи транспортера, получают рабочую жидкость от насоса того же типа, что и каждый гидромотор.

Подача насоса

Q_ф = q_кn_фK₀/1000,

где q_к – объем рабочей камеры насоса (q_к = 112 см³); n_ф – фактическая частота вращения вала гидромотора; коэффициента подачи насоса K₀ = 0,95.

При n_ф = 1500 об/мин Q_ф = 112×1500×0,95/1000 = 159,6 л/мин.

Угловая скорость вращения вала гидромотора

w_г = [(Q_ф/2)pK_ом1000]/30q_к,

где K_ом – объемный КПД гидромотора (K_ом = 0,95).

Соответственно угловая скорость вращения звездочки инжекторного механизма

w_г = [(Q_ф/2)pK_ом1000]/30iq_к,

где i – передаточное отношение редуктора транспортера.

Скорость подъема непрерывной трубы

v = w_гR,

где R – радиус звездочки, которая приводит в действие цепь инжекторного механизма (R = 114 мм).

В результате

v = [R(Q_ф/2)pK_ом1000]/30iq_к.

Скорость перемещения трубы при номинальной частоте вращения вала приводного двигателя

v = [0,114(159,6/2)×3,14×0,95×1000]/30×24×112 = 0,336 м/с.

При работе приводного двигателя с максимальной частотой вращения n_ф = 1800 об/мин, подача насосов Q_ф = 191 л/мин и соответственно скорость перемещения трубы v = 0,4 м/с.

Определение допускаемого усилия на плашки

Усилие, с которым плашки воздействуют на трубу, однозначно связано с величинами напряжений, возникающих в последней. Для определения максимально допустимого значения усилий проследим взаимосвязь внутренних силовых факторов и внешней нагрузки.

Для оценки напряжений, возникающих в продольных сечениях гибкой трубы, сжатой плашками, рассмотрим возможные варианты их взаимодействия, которые определяют картину приложения внешних сил к трубе.

В дальнейшем примем следующие допущения, которые, как показывает практика, достаточно обоснованы: плашка представляет собой абсолютно жесткий монолит, а труба – упругое тело.При взаимодействии плашек с трубой возможны три варианта приложения сил:

а) при R_тр.н < R_п возникает ситуация, изображенная на рис. 12, а;

б) при R_тр.н > R_п имеет место вариант, представленный на рис. 12, в;

в) при R_тр.н = R_п характерной является картина, изображенная на рис. 12, б.

Здесь R_тр.н – наружный радиус гибкой трубы, R_п – радиус кривизны контактной поверхности плашек.

Картины взаимодействия плашки и трубы, представленные на рис. 12, а, в, могут наблюдаться не только при несоответствии размеров трубы и плашки, но и при деформации поперечного сечения трубы. Помимо этого встречаются и другие варианты приложения нагрузки, например, несимметричный. В этом случае каждая из плашек по-своему взаимодействует с трубой.

Рис. 12. Схема взаимодействия плашек транспортера с гибкой трубой:

при сжатии трубы: а – двумя сосредоточенными силами, б – равномерно распределенной нагрузкой, в – двумя парами сосредоточенных сил

Для определения наиболее опасного с точки зрения прочности трубы случая взаимодействия плашки с ее поверхностью рассмотрим внутренние силовые факторы (см. рис. 12), возникающие при различных вариантах приложения сил .

Приложение двух сосредоточенных сил. Этот случай соответствует соотношению R_тр.н < R_п (см. рис. 12, а). При этом в поперечных сечениях трубы с угловой координатой j действуют следующие силы:

нормальная

N(j) = 0,5Рsinj;

поперечная

Q(j) = 0,5Рсosj;

изгибающий момент

M(j) = РR_тр.н(0,3183 – 0,5sinj).

Приложение двух пар сосредоточенных сил. Этот случай соответствует соотношению R_тр.н > R_п. Здесь также в качестве координаты рассматриваемого сечения принят угол j.

Нормальная сила:

интервал 0 £ j £ a

N(j) = –(P/2)[0,3183сosj(sin²b – sin²a)];

интервал a £ j £ b

N(j) = –(P/2)[0,3183сosj(sin²b –sin²a) + sinj];

нтервал b £ j £ p

N(j) = –(P/2)[0,3183сosj(sin²b – sin²a)].

Поперечная сила:

интервал 0 £ j £ a

Q(j) = (–P/2)[0,3183sinj(sin²a – sin²b)];

интервал a £ j £ b

Q(j) = (–P/2)[0,3183sinj(sin²a – sin²b) + сosj];