Методика расчета основных параметров подъемного агрегата

1. Для того, чтобы правильно рассчитать основные элементы подъемного агрегата для начала необходимо определить максимальную вертикальную нагрузку, действующую на мачту, которая складывается из нескольких составляющих, представленных в формуле 1.

(1)

 

где: P_кр - максимальная нагрузка, действующая на крюк, кН;

Р_хк, Р_нк - натяжение соответственно ходового и неподвижного концов талевого

каната, кН;

Р_тс - вес талевой системы, кН.

Р_{хк –} под ходовой частью талевого каната понимается участок, который участвует в постоянных динамических нагрузках на момент сматывания или разматывания с барабана, рисунок 1, а

Р_хк - неподвижный конец талевого каната, это участок каната который прикреплен к механизму крепления неподвижной ветви талевого каната, рисунок 1, б

А Б

рисунок 1

2. Следующим этапом определяем вес колонны насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину по формуле (2), исходя из веса колонны, можно будет подобрать мачту по грузоподъемности.

 

(2)

 

где q_нкт – вес 1 м гладкой насосно-компрессорной трубы, Н (приложения, табл. 1.3);

L – длинна колонны, м;

q_м – вес муфтового соединения НКТ, Н;

l – средняя длинна трубы, м.

При выполнении расчетов веса колонны НКТ вес труб и муфт необходимо перевести в Н, т.к. в таблице 1.3 приложений он дан в килограммах.

Для перевода ньютонов в килограммы можно воспользоваться формулой 3

 

(3)

Где,

F - вес инструмента в килоньютонах;

m - вес инструмента в килограммах.

3. Определяем статическую нагрузку, действующую на крюк, с учетом облегчения веса труб в буровом растворе

 

(4)

 

Где,

К – коэффициент, учитывающий затяжки и прихват колонны (К = 1, 25…1, 30);

G_к – вес колонны, кН;

ρ _бр , ρ _м – плотность соответственно бурового раствора и материала труб, кг/м³.

Исходя из максимальной нагрузки на крюке, для производства ремонтных работ в данной скважине в первом приближении выбираем подъемный агрегат оборудованный вышкой–мачтой грузоподъемностью соответствующей расчетной максимальной нагрузке (приводится техническая характеристика установки). В соответствии с выбранной установкой подбираем комплект оборудования талевой системы (приводятся технические характеристики выбранного оборудования).

 

4. Рассчитать вес талевой системы

(4)

 

где q_кб – вес кронблока КБЭР;

q_тб – вес талевого блока;

q_кр – вес крюка.

 

5. Число рабочих струн оснастки талевой системы определяем по формуле

 

(5)

 

где Р_Itk– наибольшее тяговое усилие на набегающем конце талевого каната на I скорости (берётся характеристики выбранной установки);

η _тс – к. п. д. талевой системы.

 

К. П. Д. талевой системы зависит от числа шкивов, кронблока и талевого блока.

Число шкивов
К.п.д. талевой системы	0, 95	0, 94	0, 92	0, 90	0, 88	0, 87	0, 85	0, 84	0, 82	0, 81

 

Согласно расчету принимаем оснастку в соответствии с оснасткой выбранной установки.

Количество струн принимаем равным в соответствии с талевой оснасткой выбранной установки (при оснастке 2х3 – n = 4; при оснастке 3х4 – n = 6 и т.д.).

 

6. Определить допустимую глубину спуска колонны НКТ с учетом выбранной оснастки

 

(6)

где β – коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шкивов и каната о шкивы (равен 1, 03–1, 04, принимаем 1, 03);

P_Iтк – максимальное натяжения каната, Н (берется из характеристики выбранной установки);

n – число струн талевой оснастки (число струн талевой оснастки без ходового и неподвижного концов, рис. 1.1);

q´ – вес 1 м НКТ с учетом веса муфт, Н

 

q´ = G_кр / L (7)

где L длина колонны НКТ, м;

G_кр –вес колонны насосно-компрессорных труб, спускаемых в скважину, рассчитанный по формуле (1.2).

По результатам расчёта и выбранной оснастке необходимо сделать вывод, можно ли проводить работы в скважине с насосно-компрессорными трубами, которые заданы (по условию задания) на проектную глубину.

 

7. Определить натяжение ходового и неподвижного концов, а также натяжение рабочих струн талевого каната. При подъеме колонны труб наибольшее натяжение возникает в ходовом конце талевого каната, наименьшее – в неподвижном.

Схема распределения усилий в струнах талевого каната приведена на рис. 1.1.

 

8. При подъеме колонны натяжение ходового конца талевого каната определяют по формуле

 

(8)

 

где Р_об – вес поднимаемого оборудования (например, якоря и отсекателя Р_об = 8, 0 кН).

 

 

9. Определить натяжение неподвижного конца талевого каната по формуле

(9)

 

10. Подставляя полученные цифровые значения в формулу (1), получим:

 

Принимаем Р_max (округляя до целого числа) переводим и делаем заключение (соответствует или нет выбранная предварительно установка заданным условиям).

Пример расчета

Выбрать оборудование, вышку и оснастку талевой системы для производства работ в скважине, при следующих данных (в нашем случае планируется осваивать скважину после бурения ):

1. спускаем в скважину СБТ-73, толщина стенки - 9мм;

2. длина спуска инструмента - 2750м;

3. плотность бурового раствора -1160 кг/м³.

4. плотность металла труб - 7840 кг/м³

Решение

1. Определим максимальную, вертикальную нагрузку, действующую на вышку, для этого необходимо рассчитать все неизвестные компоненты уравнения. Для начала, определим вес колонны, спускаемых в скважину, по формуле 2.

При выполнении расчетов веса труб и муфт необходимо перевести в Ньютоны. Вес одного метра СБТ-73 при толщине стенки равной 9мм равен 14, 2кг, тогда q_нкт в Ньютонах будет равен

q_нкт = 14, 2 х 9, 81 = 139, 302Н,

q_м- вес муфтового соединения НКТ 4, 7 кг, будет равен в Ньютонах

q_м = 2, 5 х 9, 81 = 46, 107Н, тогда

Среднюю длину тубы выбираем в соответствии с гостом - 11.5м (в зависимости от типа трубы обучающемуся разрешается выбирать длину трубы, в зависимости от предлагаемого изготавливаемого диапазона путем вычисления среднего арифметического значения.)

G_кр = 139.302∙ 2750+46.107∙ (2750/11.5) = 394106Н = 394.106кН

Переводим полученное значение в тонны, 1тонна = 9.81кН

G_кр = 394.106/9.81 = 40.18 тонны, т.е вес подвески из СТБ-73 составляет 40.18 тонн

 

2. Определим статическую нагрузку, действующую на крюк, с учетом облегчения веса труб спущенных в скважину. В данном случае считается, что скважина полностью заполнена жидкость заданной плотность до устья.

 

 

где К – коэффициент, учитывающий затяжки и прихват колонны (К = 1, 25–30);

G_к – вес колонны, кН;

ρ _бр , ρ _м – плотность соответственно бурового раствора и материала труб, кг/м³.

Тогда, приняв К = 1, 3 определим статическую нагрузку, действующую на крюк

Т.е в случае затяжки инструмента, свыше собственного веса на 30%, максимальный вес на крюке будет составлять при переводе - 44.5 тонны.

 

Исходя из рассчитанной нагрузки на крюке, которая составляет 436.5 кН, для производства ремонтных работ в данной скважине в первом приближении выбираем подъемный агрегат типа УПА - 60, грузоподъемностью 60т. Техническая характеристика подъемника приведена в приложений.

4. Определяем вес талевой системы, по формуле, значения параметров берем в таблице 5

 

где q_кб – вес кронблока КБЭР-50 (равен 7, 64 кН);

q_тб – вес талевого блока БГЭ-50 (равен 5, 17 кН);

q_кр – вес крюка КрЭ-50 (равен 2, 69 кН)

 

Получаем Р_тс = 7, 64 + 5, 17 + 2, 69 = 15, 5 кН, или 15.8т.

 

5. Число рабочих струн оснастки талевой системы определим по формуле

где Р_Iтm - наибольшее тяговое усилие на набегающем конце талевого каната на I скорости, для подъемника А - 50М Р_Iтm = 100 кН (см. тех характеристики агрегата);

η _тс - к. п. д. талевой системы, равный 0, 85.

 

К. п. д. талевой системы зависит от числа шкивов, кронблока и талевого блока.

Число шкивов
К.п.д. талевой системы	0, 95	0, 94	0, 92	0, 90	0, 88	0, 87	0, 85	0, 84	0, 82	0, 81

n = 242, 63/100·0, 85 = 2, 854

т.е 3 струны, согласно расчета и выбранному агрегату принимаем оснастку 3× 4 с креплением неподвижного конца талевого каната диаметром 25 мм к серьге в основании вышки (число рабочих струн – n = 6).

 

6. Определим допустимую глубину спуска инструмента с учетом выбранной оснастки

где β – коэффициент, учитывающий трение в подшипниках шкивов и каната о шкивы (равен 1, 03 - 1, 04, принимаем 1, 03);

P_Imm - наибольшее тяговое усилие на набегающем конце талевого каната на 1 скорости;

n - количество рабочих струн талевой оснастки;

q´ - вес 1 м СБТ-73 с учетом веса муфт, Н

q´ = G_кр / L,

где L длина колонны СБТ, м; G_кр - вес инструмента, спускаемый в скважину, рассчитанный по формуле (2)

q´ = G_кр / L = 394 / 2750= 0, 14327 кН = 143.27Н или 14.5кг

Рассчитываем глубину спуска инструмента

 

Таким образом, при выбранной нами оснастке 3× 4 можно проводить работы в скважине с СБТ- 73 мм до глубины 4517м, что является достаточным.

 

7. Определяем натяжение ходового и неподвижного концов, а также натяжение рабочих струн талевого каната.

При подъеме колонны натяжение ходового конца талевого каната определяем по формуле

 

где Р_об – вес поднимаемого оборудования (в нашем случае висит перо, потому принимаем вес равный нулю).

 

 

8. Определим натяжение неподвижного конца талевого каната по формуле

 

 

Подставляя полученные цифровые значения в формулу (1.1), получим:

 

Принимаем Р_max = 620 кН.

В итоге получаем, что нам необходим подъемный агрегат с грузоподъемность порядка 63 тонн, с талевой оснасткой 3х4.

Следующим этапом необходимо рассчитать и выбрать талевый канат, основное требование, предъявляемое к стальным канатам, это обеспечение расчетного разрывного усилия. Зная натяжение определяем необходимое разрывное усилие, с учетом запаса прочности. Считаем по формуле

Р_р= К∙ Р_хк =4*80.66=322, 64кн

где К - запас прочности 3-5

Исходя их полученных значений, выбираем талевый канат, который имеет разрывное усилие Р_р = 322, 6 4кн в соответствии с таблицей 8

Таблица 2

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: