7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

1/35

PROIECTAREA UNEI

INSTALATII DE FORAJUNIVERSITATEA de PETROL si GAZE din PLOIESTI

FACULTATEA I.M.E

SPECIALIZAREA I.E.D.M

BARBU GABRIEL

6/18/2009

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

2/35

1.Elemente generale privind procesul tehnologic de foraj.Procesul tehnologic de foraj reprezinta procesul fizic prin care se realizeaza

indepartarea si transportul rocii din zacamant catre suprafata .

Produsul care rezulta in urma procesului tehnologic de foraj se numeste

dentritus.

Procesul tehnologic de foraj se realizeaza cu ajutorul unei instalatii de foraj

(IF) si care reprezinta totalitatea masinilor,dispozitivelor si aparatelor

utilizate in procesul tehnologic de foraj.

Simborizarea instalatiei de foraj:exemplu:

IF 320 3DH

Unde: 320-forta maxima la carlig in tone forta;3DH-sistemul de actionare(diesel hidraulic).

O instalatie de foraj cuprinde 3 sisteme de lucru principale si mai multe

sisteme de lucru auziliare.

Sistemele de lucru principale sunt:

y Sistemul de manevra (SM);y Sistemul de rotire(SR);y Sistemul de circulatie (SC).

Sistemele de lucru principale realizeaza parametrii regimului de foraj in felulurmator:

y Sistemul de manevra (SM) realizeaza apasarea pe sapa si operatia demanevra a materialului tubular in sonda.

y Sistemul de rotire (SR) realizeaza transmiterea miscarii de rotatie de lasuprafata pana la sapa.

y Sistemul de circulatie (SC) realizeaza debitul de circulatie necesarevacuarii dentritusului din sonda.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

3/35

Schema unei instalatii de foraj:

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

4/35

Unde:

1-haba de foraj(tanc de noroi);

2-site vibratoare;

3-sobrul(linia de aspiratie);

4-pompa de noroi;

5-motor;

6-manifoldul pompei;

7-troliu de foraj;

8-incarcator;

9-furtunul rotail;

10-luleaua capului hidraulic;

11-macara-carlig;

12-capatul activ al cablului;

13-geamblac;

14-turla(mast);

15-podul podarului;

16-stiva de prajini;

17-platforma de lucru a instalatiei(scaunul prajinilor);

18-capul hidraulic;

19-prajina de antrenare;

20-masa rotativa;

21-platforma de lucru a instalatiei;

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

5/35

22-flansa de deversare;

23-prevenitorul eruptiei verticale;

24-prevenitoarele orizontale de eruptive:cu inchidere pe prajini/pe total;

25-garnitura de foraj;

26-sapa de foraj;

27-beciul sondei;

28-linia de debit.

Parametrii regimului de foraj:

SM: - forta de apasare pe sapa;v - viteza.

SR: M - momentul;

viteza unghiulara.

SC: P presiune;

Q debit.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

6/35

2.Date initiale.2.1.Adancimea sondei.

H=2300 m.

2.2.Sistemul de actionare.

Sistemul de actionare ales este DH(diesel hidraulic).

2.3.Constructia sondei(fig 1);

inch m inch m

inch

m

Fig 1

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

7/35

3.Continutul memoriului.

3.1.Determinarea fortelor nominale la carlig.

a=1

3 Se adopta: a=2

g=9,81

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

8/35

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

9/35

Determinarea fortei maxime la carlig:

y Cazul unui accident tehnic :

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

10/35

y La manevrarea celei mai grele coloane de burlane:

Coloana de burlane de diametru de inch:

Coloana de burlane cu diametru de inch:

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

11/35

Rezulta din calculul anterior ca,cea mai grea coloana de burlane este cea de inch.

Unde:

;-forta nominala la carlig;-forta static;-forta de inertie;-forta de frecare;-flotabilitatea-greutatea prajinilor de antrenare;

;-lungimea prajinilor de antrenare;-greutatea prajinilor de foraj;-lungimea prajinilor de foraj

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

12/35

;-greutatea prajinilor grele;-lungimea prajinilor grele-greutatea statica;

;-greutatea celei mai grele coloane de burlane.-forta maxima la carlig;-greutatea pe metru a prajinilor grele;-greutatea pe metro a prajinilor de foraj

3.2.Alegerea tipului instalatiei de foraj.

Se face pe baza: fortei maxime la carlig ,din tabelul urmator:

adancimii de foraj

Astfel pe baza datelor calculate si pe baza datelor initiale,coreland cu

caracteristicile fiecarui tip de instalatie se va alege instalatia de foraj romaneasca :

Instalatia fixa ,medie, F200 ,cu urmatoarele caracteristici:

y Sarcina maxima la carlig: y Intervalul adancimilor de foraj recomandate: y Puterea instalata minima fara grupuri motopompa: y Efortul maixim in cablul de manevra: y Diametrul cablului de manevra: y Numarul de role recomandat la macara:

y Puterea minima la intrarea in masa rotativa: y Diametru sectiunii de trecere recomandat la masa rotativa: y Puterea la arboreal pompei recomandata:

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

13/35

y Numarul de pompe: y Capacitatea conventional a mastului:

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

14/35

y Inaltimea libera a mastului: y Inaltimea minima a podului sondei:

3.1.3.Calculul puterii instalate.Determinrea numarului de grupuri de

foraj.Schema principala a actionarii sistemelor.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

15/35

Se vor alege 3 motoare ALCO 1840 .Modul de actionare:motor mixt,perzentat in figura urmatoare:

Unde:

y SM-sistemul de manevra;y SC-sistemul de circulatie;y SR-sistemul de rotatie;y SE-sursa de energie exterioara;y Th-transmisii hidraulice;y TM-transmisii mecanice;y PF-pompa de foraj;y C-carlig;y CH-cap hidraulic;y GF-garnitura de foraj;y MR-masa rotativa;y P1,P2-pistoane.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

16/35

3.2.Determinarea parametrilor principali ai sistemului de manevra si

alegerea principalelor utilaje componente.

3.2.1.Determinarea numarului de trepte de viteza la manevra si materializarea

schemei cinematice a sistemului de manevra.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

17/35

N=3 trepte.

Diagrama structurala a schemei cinematice,prezentata in fig urmatoare:

Stabilirea identitatii logice a schemei cinematice.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

18/35

Schema cinematica a sistemului de manevra:

Calculul vitezelor,vitezelor unghiulare si al fortelor la sistemul de manevra.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

19/35

0 10 20 300

1 106

v

2 106

v

3 106

v

Fi

vi

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

20/35

Stabilirea rapoartelor de transmisie partiale si totale.

Se adopta:

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

21/35

3.2.2.Studiul mecanismului macara geamblac.

Mecanismul este alcatuit din:

y Infasurarea cablului;y Geamblacul de foraj;y Ansamblul macara-carlig.

Infasurarea cablului reprezinta modul in care se trece cablul peste rolele

mecanismului macara-geamblac.

Ansamblul macara-carlig.

Serveste la demultiplicerea valorii fortei de la carlig catre capatul dinspre toba de

manevra.

In continuare este prezentata schema unui mecanism macara geamblac cu

urmatoarele parti componente:

1-toba de manevra;

2-capatul activ al cablului;

3-rola alergatoare;

4-geamblac;

5-o rola de la geamblac;

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

22/35

Sistemul macara-carlig este prezentat in figura urmatoare:

6-una din ramurile infasurarii cablului;

7-macara;

8-carlig;

8-sistemul de amortizare;

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

23/35

9-capatul mort al cablului;

10-toba fixa.

Studiul fortelor din ramurile infasurarii cablului.

Se alege un coeficient = 1,02 1,04, fiind un coeficient ce tine seamade rigiditatea cablului. Acesta se adopta = 1,03.

y La ridicare k=

Unde F-forta din capatul activ

Se alege: m=5

F=278,14 kN

y Static k= =1

F=237,7333 kN

y La coborare k=

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

24/35

F=192,8 kNCalculul si alegerea cablurilor de foraj.

Cablurile de foraj se aleg in functie de forta maxima care apare in cablu .In

timpul operatiei de manevra la operatia de ridicare a garniturii de foraj forta

maxima se dezvolta in capatul active al cablului si are valoarea F=278,14 kN.

Sarcina teoretica de rupere este:

=278,14 kN =184,5 k

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

25/35

Verificarea la durabilitate a cablului.

Verificarea cablului la durabilitate consta in efectuarea lucrului mecanic

efectuat de cablu. Astfel se considera garniture de foraj de lungime L =H si q

greutatea specifica a materialului tubular :

unde:

In functie de se alege din carnetul tehnic cablul Seale API(

4.Proiectarea troliului de foraj.

Troliu de foraj reprezinta principalul utilaj al sistemului de manevra.caracteristicaprincipala a troliului de foraj o reprezinta efortul maxim in capatul activ al

cablului. Pentru troliul de foraj mai sunt importante si alte caracteristici cum ar fi :

numarul de tobe,numarul de arbori,numarul si tipul transmisiilor.

Functiile troliului de foraj:

y Introducerea si extragerea garniturii de foraj;y Introducerea coloanei de tubare;y Introducerea diferitelor scule pentru instrumentatie in sonda;y Insurubari si desurubari de filete;y Realizarea apasarii pe sapa;y Punerea in productie;y Manevrarea diferitelor greutatii la podul de lucru al sondei;

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

26/35

4.1.Stabilirea principalelor dimensiuni ale tobei de manevra.

Se adopta

Numarul de spire pe un val:

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

27/35

m=5

Se adopta Se adopta Numarul de valuri active:

0,1

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

28/35

4.2. Frana cu benzi si frana hidraulica.

In exploatarea instalatiilor de foraj s-a constatat ca este necesar sa se lucreze cu

doua tipuri de frane diferite:

y Frana de serviciu( frana principala, frana mecanica)y Frana auxiliara

Frana cu banda raspunde cel mai bine cerintelor franei principale.

Frana cu banda poate mentine valoarea momentului de franare la orice viteza

unghiulara.Poate realiza, de asemenea, moment de franare la viteza nula.

Pentru franele auxiliare sunt folosite franele hidraulice sau electromagnetice.

Caracteristicile functionale ale franelor instalatiilor de foraj.

Frana cu banda.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

29/35

Frana hidraulica.

Frana hidraulica reprezinta de fapt din punct de vedere constructiv o pompa

centrifuga care are rolul de a lucre in regim de frana.Asa cum rezulta si din

caracteristica functionala frana hidraulica are rolul de a controla viteza la

coborare in timpul procesului de introducere in sonda a garniturii de foraj .Ea nu

poate bloca sarcina la carlig,dar poate incetini coborarea acesteia.Viteza de

coborare depinde de specificul operatiei de coborare.Cu alte cuvinte, daca

coborarea se face in sonde netubate viteza de coborare este mai mica ,iar frana

trebuie sa realizeze moment mai mari de franare.i cazul in care operatia de

coborare se desfasoara in sonde tubate viteza de coborare este mai mare.Se

impune deci posibilitatea de a realiza reglarea franei.Momentul de franare

depinde de gradul de umplere.Daca frana este plina cu lichid ea realizeaza

momentul de franare maxim.Pentru a putea regla valoarea momentului de

franare este necesar ca sa putem regla gradul de umplere cu lichid al franei.Acest

lucru il putem realiza cu ajutorul rezervorului de reglaj si al manifoldului.In acest

fel prin modificarea gradului de umplere realizam controlarea momentului total

de franare realizat cu instalatia de foraj.

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

30/35

4.3.Calculul de dimensionare-verificare al arborelui tobei de manevra.

Se adopta

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

31/35

Rezulta ca

Rezolvand sistemul rezulta:

Arborele este supus la ncovoiere cu torsiune

d=32 mm

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

32/35

Conditia de rezistenta:

Dimensionare:

Verificare :

Determinarea efortului capabil:

Calculul diagramei de moment incovoietor

Calculul diagramei de moment incovoietor

Calculul momentului incovoietor rezultant

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

33/35

Calculul momentului echivalent

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

34/35

RA RB

FF

FD

FE

1200500 500 400400

FC

yx

z

z

y

FC

Mz

RA

FD FE

RB

FF

-

+

3139200 Nm

2730158 Nm

2074190Nm

3139200 Nm

My

z

y

Mt

8758512 Nm3892672 Nm

7/27/2019 45289790-Proiect-utilaj

35/35

Bibliografie:

A.Popovici: Calculul si constructia utilajului petrolier-ed UPG,2005

M.Stan: Metode avansate de proiectare a utilajului petrolier-

ed.UPG,2005

Radulescu: Carnet Tehnic de utilaj petrolier