25068 (Применение колтюбинговой технологии в бурении), страница 5

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

_г = [(Q_ф/2)K_ом1000]/30q_к,

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

Соответственно угловая скорость вращения звездочки инжекторного механизма

_г = [(Q_ф/2)K_ом1000]/30iq_к,

где i – передаточное отношение редуктора транспортера.

Скорость подъема непрерывной трубы

v = _гR,

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

В результате

v = [R(Q_ф/2)K_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  действуют следующие силы:

нормальная

N() = 0,5Рsin;

поперечная

Q() = 0,5Рсos;

изгибающий момент

M() = РR_тр.н(0,3183 – 0,5sin).

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

Нормальная сила:

интервал 0    

N() = –(P/2)[0,3183сos(sin² – sin²)];

интервал     

N() = –(P/2)[0,3183сos(sin² –sin²) + sin];

нтервал     

N() = –(P/2)[0,3183сos(sin² – sin²)].

Поперечная сила:

интервал 0    

Q() = (–P/2)[0,3183sin(sin² – sin²)];

интервал     

Q() = (–P/2)[0,3183sin(sin² – sin²) + сos];

интервал     

Q() = (–P/2)[0,3183sin(sin² – sin²)].

Изгибающий момент:

интервал 0    

M() = (PR_тр.н/2)[0,3183(sin + сos – sin – сos –

– sin²сos + sin²сos) – sin + sin];

интервал     

M() = (PR_тр.н/2)[0,3183(sin + сos – sin – сos –

– sin²сos + sin²сos) – sin + sin];

интервал     

M() = (PR_тр.н/2)[0,3183(sin + сos – sin – сos –

– sin²сos + sin²сos)].

В рассматриваемом случае нагружения трубы предполагают, что каждая из действующих сил равна половине усилия, приложенного к плашке.

Приложение распределенной нагрузки. Этот случай соответствует соотношению R_тр.н = R_п (см. рис. 12, б). Значение  характеризует текущую угловую координату продольного сечения, в которой определяется изгибающий момент, а  – половину угла охвата трубы плашкой. Силовые факторы в поперечных сечениях определяются следующим образом.

Нормальная сила:

интервал 0    

N() = –qR_тр.нsin²;

интервал      – 

N() = –qR_тр.нsinsin.

Поперечная сила:

интервал 0    

Q() = qR_тр.нsinсos;

интервал      – 

Q() = qR_тр.нsinсos.

Изгибающий момент:

интервал 0    

M() = qR²_тр.н{(1/)[(0,5 + sin² + 1,5sinсos)] –

– 0,5 sin² – 0,5sin²};

интервал      – 

M() = qR²_тр.н{(1/)[(0,5 + sin²) + 1,5sinсos] –

– 0,5sin² – sinsin + 0,5sin²}.

Для определения экстремальных значений изгибающих моментов в безразмерной форме были построены эпюры, характеризующие зависимости M() для различных условий приложения нагрузки. Для обеспечения возможности сопоставления получаемых величин по формулам при распределенной нагрузке коэффициент выражен через величину силы P, приложенной к плашке, и ее ширину L_ï = 2Rsin. Тогда

qR²_тр.н = R²_тр.нP/L = R²_тр.нP/2R_тр.нsin = PR_тр.н/2sin.

Отсюда величины безразмерных изгибающих моментов M₁() могут быть представлены следующим образом:

при приложении двух сосредоточенных сил

M₁() = M()/PR_тр.н = –0,3183 + 0,5sin;

при приложении двух пар сосредоточенных сил

интервал 0    

M₁() = M()/2PR_тр.н = (1/2)[0,3183(sin + сos – sin –

– сos – sin²сos + sin²сos) – sin + sin];

интервал     

M₁() = M()/2PR_тр.н = (1/2)[0,3183(sin + сos – sin –

– cos – sin²сos + sin²сos) – sin + sin;

интервал     

M₁() = M()/2PR_тр.н = (1/2)[0,3183(sin + cos – sin –

– сos – sin²сos) + sin²сos)];

при приложении распределенной нагрузки

интервал 0    

M₁() = M()/(PR_тр.н) = [1/(2sin)]{(1/)[(0,5 +

+ sin² + 1,5sinсos] – 0,5sin² – 0,5sin²};

интервал      – 

M₁() = M()/(PR_тр.н/2sin) = [1/(2sin)]{(1/)[(0,5 +

+ sin² + 1,5sinсos] – 0,5sin² – sinsin + 0,5sin²}.

Графики, иллюстрирующие изменение изгибающего момента, приведены на рис. 13, 14. Из них следует, что оптимальным с точки зрения минимизации напряжений, возникающих при сжатии плашкой трубы и действии распределенной нагрузки, является значение угла охвата , близкое к 90. Достигнуть такой величины по конструктивным соображениям невозможно, поэтому в качестве максимального значения следует принимать  = 80  85.