Бұрғылау қондырғысының тәл жүйесі

Дәріс 4 БҰРҒЫЛАУ ҚОНДЫРҒЫЛАРЫНЫҢ КӨТЕРУ КЕШЕНІ

 

БҚ көтеріп түсіру кешені (КТК) дегеніміз бұрғылау және шегендеу тізбектерін көтеріп-түсіруге және ұстап тұруға арналған агргаттар мен механизмдердің жиыны, соынмен қатар бірқатар технологиялық операциялардың жасалуы болып табылады.

1- қозғалтқыш; 2- беріліс қорабы бар трансмиссия; 3- шығыр; 4- кронблок; 5- тәлді блок; 6 - ілмек

 

КТК құрамына көтеру механизмі және жетегі бар тәлді жүйе кіреді. КТО – КТК элементтерінің ұзақтұрақтылығын анықтайтын ең ұзақ созылатын, ауыспалы динамикалық жүктемесі бар циклды операциялар болып табылады. Максиалды жүктеме ретінде ілмекке тіүсетін күшті алады. КТК жабықтары қайталанатын-қысқа уақытта алмасатын режимде жұмыс істейді. БҚ тиімділігі бірқатар көрсеткіштермен бағалана алады, солардың бірі – БҰРҒЫЛАУ ЖЫЛДАМДЫҒЫ, ал келесісі – ӘРТҮРЛІ ОПЕРАЦИЯЛАРДЫ ЖАСАУ ЖЫЛДАМДЫҒЫ.

Процесс кезінде тізбектің салмағы ауысады, уақыт шығынының минимумынан көтеру жүйесі ілмектегі жүктемеге сәйкес көтеру жылдамдығын ауыстыра алуы тиіс.

КТО кезінде КТК элементтерінің қозғалыс жылдамдығы бір тізбектің ұзындығына тұрақсыз, өйткені қозғалтқыштың айналуы, шығырға канаттың айналуы, механизмнің ПӘК-і және ұңғымадағы тізбектің қозғалысына кедергі тұрақсыз.

Бұрғылау қондырғысының тәл жүйесі

Тәл жүйесі бұрғылау ққондырғысының ең маңызды бөліктерінің бірі болып табылады. Бұрғылау қондырғысының тәл жүйесі шығырдың айналмалы қозғалысын тәлді блоктың ілгер-кейінді қозғалсына ауыстыру және канаттағы жүктемені азайту үшін арналған.

Тәлді жүйе – бұрғылау қондырғысының жүк көтергіш бөлігі болып келеді және құрамына кронблок, ілмегі бар тәлді блок, болат тәлді канат, МКМК кіретін полиспастты білдіреді.

БҚ тәлді жүйесі келесі талаптарға сәйкес келуі тиіс:

- Пайдалану сенімділігі, өйткені тәлді жүйенің элементтерінің істен шығуы көлемді апаттарға алып келеді;

- Қызмет көрсетудің ыңғайлылығы және қауіпсіздігі;

- Ұзақтұрақтылығы;

- Монтаждау мен демонтаждаудың, қайта жабдықтаудың тез жасалуының мүмкіндігі;

- Кейбір элементтердің бірін бірі ауыстыра алуы.

Тәлді блок ілмекпен және бұрғылау тізбегін ұстауға арналған элеватормен жабдықталған.

Ұңғыларды бұрғылауда тәл жүйесін айқастыра жабдықтау кеңінен қолданылады. Онда кронблок осі, шығыр барабаны өсіне паралель, ал тәл блогының осіне перпендикуляр етіліп орналасуы тиіс. Тәл жүйесін жабдықтауды төмендегідей ретпен жүргізеді. Арқан шумағын металл білікке орналастырып, оның шетіне кендір арқан жалғап, арқан ұшын тәл блогы мен кронблок шығыршығынан бір ізбен өткізеді. Содан кейін арқанның жылжымалы шетін шығыр барабанындағы арнайы тетікке бекітіп, арқанды барабанға 8-10 айналдыра орап, тәл блогын еденге түсіріп, тәл арқанның қозғалмайтын шетін арнайы механизмге бекітеді. Тәл арқанның жылжымайтын шетін бекіту және оны қайта жабдықтау кезінде жіберіп, беру үшін арнайы механизмдер қолданылады.

Ілінген бұрғылау немесе шегендеу құбырларың тізбегінің салмағы канаттың тармақтарымен таралады. Канаттың жұмыс тармақтары тәлді блок пен кронблоктың шкив санына байланысты.

Көтеретін жүк салмағы 50-75т. бұрғы қондырғысында шкивтер саны 2х3 және 3х4 тәл жүйесі, ал 100-300 т. қондырғыларда шкивтер саны 4х5, 5х6, 6х7 тәл жүйелері қолданылады. Бұл жабдықтау жүйесіндегі бірінші цифр тәл блогы шкивінің, ал екінші – кронблок шкивінің санын көрсетеді. Ұңғыма тереңдігі 750-3000 м болса, 2х3, 3х4,ал 3000-12500м – 3х4, 4х5, 5х6, 6х7 жабдықталуы ұсынылады.

 

Канаттың жұмыс тармақтарының жүріс тармақтарына қатынасы жабдықталудың еселігі деп аталады.

Ілмектің көтерілу жылдамдығы мына формуламен анықталады:

 

V_кр =pД_срn_дв/60i_тсi_тр

 

мұнда: n_дв – шығыр қозғалтқышының айналу жиілігі, айн/мин

V_кр – сілмектің көтерілу жылдамдығы;

i_тс – тәлді жүйенің еселігі

i_тр – трансмиссияның берілістік саны

Сонда

i_тр=

Параллель жабдықтағанда жүруші тармақ кронблоктың бір шеткі шкивтерінің бірінде орналасады, канаттың ауытқу бұрышы өседі.

Айқастыра жабдықтағанда тәлді блоктың көтеріп-түсіру операциялары кезінде тербелісі және айналып кетуі азаяды.

Тәлді механизмнің бөлшектері мен түйіндері максималды жұмыс және өзіндік салмағын қосатын жүктемеге есептеледі.

Егер ілмек жүктемеге есептелсе;

Р_мах – ілмектің максималды рұқсат етілген жүккөтергішітігі;

G_шт – штроптың салмағы;

G_эл – элеватордың салмағы;

Р_кр= Р_мах+ G_шт+ G_эл.

Тәлді блоктың бөлшектерінің салмағына ілмектікі қосылады

Р_тб= Р_кр + G_кр.

Кронблок бөлшектерінің салмағына тәлді блоктың салмағы қосылады

Р_кб=Р_тб+Р_мах(i_тс+ 2)/i_тс

мұнда Р_тб – тәлді механизмнің қозғалмалы бөліктерінің салмағы.

Тәлді блоктың қозғалмалы бөліктерінің салмағы механизмнің жабдықталуы мен канаттың диаметріне байланысты.

Қозғалмалы бөліктердің салмағын мына формула бойынша табуға болады:

G_тм=(0,03…0,04)Р_мах.

Шыдамдылыққа есептеуді эквивалентті жүктеме бойынша келтіреді.

Р_эк=к_эР,

мұнда к_э - эквиваленттілік коэффициенті (ұзақтұрақтылық);

Р – есептік жүктеме.

Тәлді механизмнің бөлшектері үшін, шкив мойынтіректерінен басқа к_э=0,5.

Статикалық беріктік қорының коэффициенті [s] және шыдамдылыққа [n] [n] ≥ 1,7, [s] ≥ 3,5 кем болмауы тиіс.

Шкивтердің айналу жиілігі ілмектің жылдамдығынан және канаттың тармақ санынан тәуелді.

n_i=60V_кр/pД_ш

мұнда n_i - і шкивінің айналу жиілігі;

V_кр – ілмектің түсу, көтерілу жылдамдығы, м/с

Д_ш - шкивтің диаметрі, м.

Тәлді механизмнің мойынтірегі ең жүктелген шкивтің айналу жиілігі және жүктемесі бойынша есептейді.

Мойынтіректің есептік ұзақтұрақтылығы 3000 сағат деп алынады, егер айналым жиілігі 100 айн/мин болса.

Болат сымды канаттар, тәлді канттар деп аталады.

Тәлді арқандар үш түрде жасалады:

1. Метал өзекпен (мс)

2. Үш тармақты органикалық өзекпен (ос)

3. Пластмасты өзекпен (пс)

 

Арқанның диаметрі диамтральды орналасқан тармақтардың шеттерімен өлшенеді. Әдетте арқанды әкелерде оның сапалы сертификаты болады. Арқандардың негізгі өлшемдері МЕСТ 10853-71 көрсетілген.

 

Ереже бойынша, 1-ші жасалған арқандар 2-ші және 3-ші жасалған арқандарға қарағанда бірдей диаметрде беріктірек болып келеді.

Арқан диаметрінің өлшеменің ауытқуы тек үлкен жаққа қарай рұқсат етіледі: (м.с) + 6 %, (о.с.) және (п.с.) – 3…10 %.

Арқанның өрімінің қадамы сыртқы тармақтардағы К+1 өрімі арқылы орналасқан екі атаулы нүкте арқылы өлшенеді.

Мұнда К – арқанның сыртқы бетіндегі өрімнің саны. Тәлді арқандарда өрімнің қадамы диаметрден 8,5 еседен аспау керек. Арқанның өрімі бойынша қадам біркелкі болуы қажет.

 

Арқанның үзілуге беріктігі

Арқанның үзілуге беріктігі барлық тармақтарының үзілу күшімен Р_с және агрегатты үзілу күшімен Р_а сипатталады. Суммалы үзілу күші мына формула бойынша анықталады.

Р_с=f₁n₁s₁+f₂n₂s₂+f₃n₃s₃

мұнда: f₁, f₂, f₃ – арқанның тармақтарының көлденең қимасы;

n₁, n₂, n₃ – әрбір диаметрдегі тармақтардың саны;

s₁, s₂,s₃ – әрбір диаметрдегі металлдың беріктік шегі.

Агрегаттық үзілу күші үзу машиналарында өлшенеді және ол есептіктен шамалы аздау болады. Өруге байланысты арқанның беріктігін жоғалтуы, %

Ñ=100 (Р_с-Р_а)/ Р_с

Тәлді арқандар үшін Ñ≤ 15%.

Тәлді арқандағы тармақтардың беріктік шегі s_в – 1600 1800 МПа.

Беріктігі бойынша тәлді арқандарды екі маркаға – жоғарғы және бірінші – В₁ бөледі.

Болат арқандардың ұзақтұрақтылығы материал мен оның құрылымына байланысты. Болат өзекшелер сығылуға қатысты үлкен кедергіге ие, соныдқтан олардың ұзақтұрақтылығы пластмассалыға қарағанда жоғары, ол олар өз кезегінде пенькалыларға қарағанда ұзағырақ шыдайды (30%).

Ұзақтұрақтылққа ең көп әсер ететін коррозидан сақтау және арқандарды майлау болып табылады (техникалық вазелин, гурдон мен битумның қоспасы, полиамидті майлар және т.б.). майлау өзіндік жабысқақтыққа ие болу керек (адгезия).

Тәлді арқандар екі өрім арқылы жасалады. Ең көп қолданылатыны алты өрімді арқандар.

Өрім әдісі бойынша арқандар екі түрге бөлінеді: қарапайым және айналмайтын. Айналмайтын арқандарды алдын ала деформацияланған сымнан жасайды. Соныдқтан олар өзінің арнаулы орнын алады. Айналмайтын арқанның шыдамдылығы қарапайым арқандарға қарағанда 25-30%-ке жоғары.

МЕСТ 16853-71 сәйкес арқандар рихтовкаға ұшырауы тиіс.

Арқандарды нүктелі және сызықты сымды байланыспен ажыратады. ЛК арқаны ТК арқанынан 1,5 есе узағырақ шыдайды.

Тәлді арқандарды сымдары бірдей және әртүрлі диаметрлерде жасайды. Р – әртүрлі, О – бірдей диаметрлі. Мысалы ЛК-РО. Әрбір өрім 31 сымнан тұрады. Сымдар үш қабат болып өрілген – (1+6)+(6+6)+12 бірнші қабат, 1-өзек (бір орталық сым) бірдей диаметрдегі 6 сым. Екінші қатар 6 қалың және 6 жұқа сымнан тұрады. Үшіншісі 12 одан да жуан сымдардан тұрады.

Өрімді айқастырма және біржақты деп екіге бөледі.

Бұдан басқа арқандар өрімнің оң және сол жақты түрлері болады.

Арқанды таңдауда оның барабанға оралу бағытын, ол айналған сайын арқан да айналатын етіп таңдау қажет.

Тәлді блоктң бос ілуін ескере отырып тәлді арқандар оң жақты айқастырма өріммен жасалады.

Арқанның кедергісі созылу кезінде серпімділік модулімен сипатталады.

Арқанның серпімділік модулі мына формуламен анықталады:

Е_к=(0,33…0,35)Е.

Қолданылатын өзектің түріне, сымдардың диаметрі мен санына байланысты арқанның құрылымдық ұзаруы болады, ол арқанның жұмыс ұзындығының 0,2...6 % құрайды.

Тәл арқанынның ұзындығы МЕСТ 16853-71 регламенттелген.

Беріктік шегі 1800 МПа тәл арқанын шартты түрде белгілеу мысалы.

1 диаметрдің жасалуы 38 мм, 1800 МПа беріктік шектегі айқастырма өрімді В маркалы сымдардан жасалған.

Арқан 1 - 38-1800-В МЕСТ 16853 -71

Сол жақты өрімді арқан

1 - 38-1800-Л-В МЕСТ 16853-71.

 

Тәл арқанын есептеу.

Арқандағы ең үлкен созылу кернеуі

s_р=

Шкивті ораған кезде Гук заңы бойынша иілу кернеуі пайда болады

s_из =iE

мұнда i – сымның қатыстық деформациясы, i@

мұнда d – арқан диаметрі, Д – шкивтің желоб түбі бойынша диаметрі.

Арқанның жұмысының спецификасын ескере отырып, К = коэффициенті енгізіледі, сонда формула мына мәнге ие болады:

s_из =кiE= Е,

Жалпы кернеу

s_сум=s_р+s_из= + Е,

Әдетте қабылдайтыны, = ал КТО саны көп болғанда ≥(38…42).

Шкивтің үлкен диаметрі арқанның үлкен шығынына алып келеді, сондықтан шкив диаметрін момент пен арқанның үйкеліс күшіне негізделе алады.

G ≤ P_вf ,

мұнда: G – шкив салмағы;

R_i – шкив инерциясының радиусы;

P_в – арқанның созылуы;

f – майланған арқанның шкивке үйкелу коэффициенті;

Д_ш – желоб түбі бойынша шкивтің диаметрі.

Бұрғылау қондырғысының тәлді жүйесін жабдықтауға жеткілікті арқанның ұзындығы

l_к = H(i+2) + (i+1)C + C₀,

мұнда: H-бұрғылау мұнарасының биіктігі, м;

i_тс- жабдықталудың еселігі;

C=pR= - шкивті орайтын арқанның ұзындығы;

(i_тс+1) – тәл блогы мен кронблоктың шкивтер саны;

C₀=50…100- түскен блок кезінде шығырдың барабанында қалатын арқанның орамының ұзындығы, м;

=hi_тс – барабанға оралатын арқанның ұзындығы, м;

h – тәл блогының көтерілу биіктігі.

Тәлді арқанның техникалық ресурсы мен жұмысы тонна-километрмен есептеледі.

Егер белгілесек:

1 м бұрғылау құбырының салмағы -q-;

Бір тізбектің ұзындығы -l,

Онда түсірілетін бір тізбектің салмағы -ql.

Тәлді блоктың салмағы – G болғанда, бұрғылау тізбегін түсіру бойынша жұмыс:

1 тізбек үшін - qll+2G l= ql²+2Gl;

2-ші тізбек үшін - 2q l l+2Gl = 2ql²+2Gl;

n-ші тізбек үшін - nqll +2Gl = nql²+2Gl.

n тізбегін түсіру кезіндегі жұмыс жеке тізбектердің түсіру жұмыстарының суммасына тең:

 

A_сп=ql² + 2G_тl + 2ql² + 2G_тl +…+nql² + 2G_тl=ql²(1 + 2 + 3 +…+ n) + 2nG_тl=

=Ql²

l n=L, и q l= q_св қабылдаймыз

A_сп= ,

мұнда: q – 1 м бұрғылау құбырларының келтірілген салмағы;

q_св – 1 м.тізбектің салмағы;

n – түсірілетін тізбектің саны;

L – түсірілетін бұрғылау тізбегінің ұзындығы, м

G_т – тәлді блоктың салмағы.

Бұрғылау тізбегін көтеру жұмысы көтеріп түсіруге кететкніжұмыстың толық жұмысына тең

A=2A_zc=

мұнда в- бұрғылау кезіндегі рейс саны.

Арқанның бір көтеріп-түсіру кезіндегі бір рейстің жұмысы

A_L = A_n + А_сn @ qL² = P_бкL

A_L – L ұзындықтағы бұрғылау тізбегін көтеріп-түсіруге ктетеін жұмыс.

P_бк=qL – бұрғылау тізбегінің салмағы.

Көтеріп түсіру кезінде тәл жүйесінің ПӘК-і бірдей болып алынады.

 

Агрегаттың үзілу күші

P_a≥S_x[k],

 

мұнда: [k] – арқанның беріктік шегінің рұқсат етілген қор коэффициенті;

S_x – арқанның жүру тармағының созылуы;

P_a – МЕСТ 16853-71 бойынша агрегаттық үзілу күші.

Тәл блогының қозғалмай тұрған кезінде арқанның барлық тармағының созылуы бірдей болады.

Тізбекті көтеру кезінде

S₂=S₁/h, S₃=S₂/h, … S_2n=S_2n-1/h,

мұнда h=0,97-0,98 – шкивтегі тербелу мойынтіректеріндегі ПӘК;

h=0,95-0,96 – шквитердегі сырғанау мойынтіректеріндегі ПӘК.

ПӘК-тің орнына шкивтің кедергі коэффициентін қолданған тиімді

S₂ = S₁b, S₃ = S₂b…S_2n = S_2n-1b = S₁b^(2n-1).

S₁+S₂+...+S_2n = P;

S₁(1+b+b²+b³+…+b ^(2n-1)) = P;

1+b+b²+b³+…+b ^(2n-1) = ;

S₁ = P ;

Жүріс тармағының созылуы

S_x=S_2nb немесе S_x=S₁b²ⁿ, немесе

Арқанның қозғалмалы тармағының созылуы

S_x=P ;

Арқанның қозғалмайтын тармағының созылуы

S_n= .

Егер жүкті көтеру биіктігі – Һ болса, онда ПӘК пайдалы жұмыстың атқарылған жұмысқа қатынасына тең болады.

P= S₁ ;

Сонда

S_x=Р/i_тсh_тс=P/2nh_тс

а_i = - формулада S₁= P , созылу коэффициенті деп атау қабылданған, сонда S₁=Р а_i.

Әртүрлі жабдықталған тәл жүйесінің ПӘК

Жабдықталу т.с	3х4	4х5	5х6	6х7
ПӘК	0,9	0,87	0,85	0,82

 

Қауіпсіздік ережелері бойынша арқандар қолданыстан шығарылады:

а) арқан иірмелерінің біреуі үзілсе;

б) орам адымы 20 мм-ге дейінгі арқандарда үзілген сым саны 5%-тен көп, ал 20 мм-ден жоғары арқандар үшін 10% көп болса;

в) арқан өзекшесінің үзілуі салдарынан иірмелерінің бірі жаншылса;

г) арқан созылып немесе жапырылса және диаметрі бастапқы диаметрінен 75%-ке кішірейсе;

д) сымдардың тозуы немесе коррозия әсерінен диаметрі бастапқы диаметрінен 40% немесе одан жоғары кемісе.

Тәлді арқандардың шығынының азаюы

Майлау;

Арқанды қайта жіберу;

Барабанға дұрыс орау;

Стабилизаторлардың көмегімен жүріс тармағының тербелісін болдырмау.

Ұсынылатын әдебиет нег. [129-165], қос.8.[235-275].

Бақылау сұрақтары:

1. Тәлді жүйе қандай функция атқарады, оның принципиалды сұлбасы мен құрамы?

2. Тәлді жүйеге тұрған кезде, көтерілу және түсіру кезінде қандай күштер әсер етеді?

3. Тәл жүйесінің ПӘК-не не әсер етеді?

4. Тәл жүйесінің шкивтерінің айналу жиілігін қалай анықтайды?

5. Болат арқандардың құрылымын сипаттап беріңіз?

6. Тәл арқанының жұмысқа қабілеттігі мен беріктігіне қандай факторлар әсер етеді?

7. Тәл арқандарының беріктікке есептеуі қалай жүреді?

8. Тәл арқанымен жасалған жұмыс қалай анықаталады?

9. Тәл жүйесінің шкив блогының диаметрін қалай анықтайды?

10. Реверсордың құрылымын сипаттап беріңіз?

11. Бұрғылау ілмегінің мүйіздерінң арналуы қандай?

12. Ілмек оқпанының ұстап қалу құрылғысы не үшін арналған?

13. Ілмек оқпанының серіппесінің арналуы.