Шестаков В.С. Расчет на ЭВМ нефтегазового оборудования. Учебное пособие для МНГ-2015 (811778), страница 29

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

Определение нагрузки на крюкеНагрузка на крюке при перемещении колонны определяется весом буровой колонны, инерционной силы при движении с ускорением, действием промывочной жидкости (сопротивлением перемещению за счет перепада давления, уменьшением силы тяжести за счетархимедовой силы), сопротивлением от сил трения о стенку скважины. Инерционная составляющая вычисляется непосредственно прирешении уравнений движения, поэтому для ее расчета дополнительных выражений не требуется.164Таблица 4.2Исходные данные для расчета сопротивленияДиаметр скважины, мНаружный диаметр колонны бурильных труб, мДлина спущенных труб, мdС=0,2159 мdН=0,127 мL= 2800 мДлина между замками труб, мДлина основной свечи, мlТ= 8 мlсв= 25 мНаружный диаметр замка, мdЗ= 0,162 мДинамическое напряжение сдвига, ПаПластическая вязкость, Па*с0= 6,3 Па= 0,025 Па·сПлотность жидкости, кг/м3Скорость колонны (м/с):= 1100 кг/м3vкНагрузка от сил тяжести ρр Fст  mкол  g  1    mтс  g , ρт (4.85)где g =9,81 – ускорение свободного падения;mкол·g – вес колонны бурильных труб;mтc·g – вес подвижных частей талевой системы;ρр – плотность бурового раствора, (кг/м3);ρт – плотность материала бурильных труб, (кг/м3);Сила сопротивления от перепада давления в скважинеПри перемещении колонны на нее действует давление жидкости, препятствующеедвижению.

Это давление зависит от конструкции буровой колонны (открытый или закрытый нижний конец колонны, количествозамков и прочее), от скорости перемещенияколонны (рис. 4.29), от характеристики жидкости.Спускоподъемные операции, с точкизрения аэромеханики, вызывают неустановившиеся процессы в системе скважинапласт. Вязкопластичная (бингамовская) жидкость проявляет свойство текучести при зна165vкt1dvк/dtt2t3ttРис. 4.29. Графикиизменения скоростии ускоренийчениях касательных напряжений , превосходящих определенное значение 0, которое называется динамическим напряжением сдвига. Призначениях   0 жидкость либо находится в состоянии покоя, либодвигается как недеформируемое тело.Соотношение диаметров трубы и скважиныRd  1  Н .R2dСЧисло Хедстрема  (d С  d Н ) 2  ρHe  0η2.(4.86)Критическое число Рейнольдса перехода с ламинарного режиматечения жидкости на турбулентный режимReкр  2100  7,3  He0.58 .Критическая скорость течения жидкости, при которой происходит переход с ламинарного режима на турбулентныйRe кр  η.(4.87)v кр ρ  (d С  d Н )Средняя скорость жидкости по кольцевому зазоруδ2v СР 1 δ2UТ.(4.88)Критическая скорость перемещения колонны труб, при которойпроисходит переход с ламинарногорежима течения жидкости на турбулентныйU т кр Reкр  1  δ 22.δ  ρ  (d C  d H )Перепад давления за счет сил трения при турбулентном режимедвижения жидкости (Па):U 1т, 75 η ρ 0 , 25(4.89)p  fρL,1где2  d 1Г, 251  δ  δ 2f1  0 , 0488  1  δ 21, 75.Средняя скорость течения жидкости при закрытом нижнем концетрубы2(4.90)v U .ср1 2т166Перепад давления от сил трения на участках разгона и торможения при ламинарном режиме движения жидкости (Па).

По формулеДарси-Вейсбаха перепад давлений от ламинарного режимаP  λ ρ  vср 22  (dC  d H )L,(4.91)где λ  64  f1 ;ReRe vср  (d С  d H )  ρ- число Рейнольдса;μ1  δ 2f1 1  δ2 1  δ2ln δ.Инерционная составляющая перепада давления при разгоне иторможении v ср.(4.92)δ 2  U т p  ρL  ρ L.и1  δ 2  t tПотери давления в замкахpз  ζ  ρ 2vср2 nз ,(4.93)где nЗ- количество замков (муфт)nЗ L;lТ- коэф. сопротивления одного замка2 d1   Н d С  2 12dЗ1  d С2;L – длина колонны одного типоразмера, м;lТ – длина между замками труб, м.Суммарные потери давленияPсум  P  PИ  Pз .(4.93)Усилие сопротивления, действующее на колонну от потерь давленияFcΔP   dH24 Pсум .(4.94)1674.12.7.

Определение КПДКПД талевой системыКПД определяется отношением абсолютной величины полезнойработы к сумме полезной работы и всех сил сопротивления, возникающих за период установившегося движения механизма (талевойсистемы): тс Ап ,Ап  Ас(4.95)где Aп – полезная работа, Дж;Ас – работа сил сопротивления, Дж.Полезная работа, производимая талевой системой при подъемеколонны бурильных труб на высоту свечи lcв, выражается формулой:Ап = Fк· lcв,(4.96)где Fк – усилие на крюке.Работа сил сопротивления в элементах талевой системы в основном состоит из трех видов:- работа сил трения в подшипниках шкивов при их вращении;- работа сил трения между прядями каната из-за проскальзыванияпрядей относительно друг друга, и относительно поверхности канавкишкива;- работа, затрачиваемая на преР1Р2одоление потенциальной энергии деформации (изгиба) проволок каната поdкрадиусу кривизны канатного шкива(см.

рис. 4.30).DЭлементарная работа трения ишработа на преодоление элементарнойdппотенциальной энергии деформацииFrшрканатаTμ ddA1  1 п  Т  dl ;dl2  rшрРис. 4.30. Схема к определениюКПД талевой системыμ ddA2  2 к  Т  dl ;2  rшрdAд Еп  J пр2  r 2шр dl ,где dA1 – элементарная работа сил трения в подшипнике шкива, Дж;dA2 – элементарная работа сил трения между прядями каната из168за проскальзывания прядей относительно друг друга и относительноповерхности канавки шкива, Дж;dAд – элементарная работа, затрачиваемая на преодоление потенциальной энергии, возникающей при деформации (изгибе) проволокканата по радиусу кривизны канатного шкива;Dш  d к;2Т  Р1  Р2 ;rшр Dш – диаметр шкива;dп – диаметр подшипника шкива талевого блока, м;Р1=Р2 – натяжение в струнах каната, Н;μ1 – коэффициент трения в подшипнике;μ2 – коэффициент трения между прядями каната;Еп – модуль упругости материала проволок каната, Н/м;Jпр – момент инерции сечения проволок во всех прядях каната,приведенный к нейтральной оси изгиба каната, м (см.

рис. 4.30). Проинтегрируем выражения для А1, А2, Ад в пределах от 0 до lсв, получимвеличины работы сил трения и работы, затрачиваемой на деформирование проволок каната при пробежке его через шкив 1’ на длину lсв2μ1  d п  Fк  lсв ;2μ 2  Fк  lсв ;2 Еп  J пр  lсв .А1 А А Dd к (1  ш )  U тсdк2(1 Dш)  U тсdкд(1 Dш 2 2) d кdкСуммарная работа сил сопротивления при пробежке каната черезпервый шкив I' (см. рис. 4.24.)ЕJU2 Fкппртс  dп  μ  μ Ас  А1  А2  Ад l12 свDD (1  ш )  U тс  d к1  ш   d к2  Fк dкdк (4.97)Величина в квадратных скобках для всех канатных шкивов постоянная, а меняется только длина каната, пробегающая через отдельные шкивы, которую в соответствии с кратностью полиспаста можновыразить: l1’=1 lсв; l2’=2 lсв; l3’=3 lсв; l4’=4 lсв; l5’=6 lсв; l6’=8 lсв;l7’=12 lсв; l6’=16 lсв.Для первого подвижного блока на выходе со шкива длина канатаравна 2 lсв, но на входе 0, поэтому, принимаем среднюю длину проходящего через блок длину каната lсв.

Аналогично для всех других подвижных блоков.169Для n-го подвижного блока и n+1 неподвижного блокаln’=(2n-1+2n )· lсв / 2; ln+1’= 2n · lсв.Для талевой системы из n подвижных блоков суммарная длинаканата, проходящая через все блоки2i 1  2i n i  2 ]  lсв .2i 2i 1nl сум  [1  Суммарная работа всех сил сопротивления на всех канатныхшкивах талевой системы выразится:nАс  i 1Еп  J пр  U тс d2  Fк.Асn   п  1   2  lсумD Dш  2(1  ш )  U тс  d к1    Fк dкd к  d кПодставим найденные значения Aп, и Ас и после соответствующих преобразований, получим выражение для определения КПД талевой системы in i 1n ЕJUdппртс  1   2  2   2i  тс   п  μ1  μ 2 D2 Dш  2i 1 (1  ш )  U тс  d к1   d к  Fк   i  2dкdк 2(4.98)Коэффициент полезного действия подъемного агрегатаКПД подъемного агрегата определяется по зависимости (рис.4.31):ηпа= ηпр ηп ηкпп ηб ,(4.99)где ηп – КПД привода подъемного агрегата;ηпр – КПД промежуточной передач между силовым агрегатом икоробков перемены передач;ηкпп – КПД коробки перемены передач;ηб – КПД подъемного (барабанного) вала лебедки.КПД подъемного вала лебедкиηб= ηв ηм ηк ηцп ,(4.100)где ηв – КПД вала на опорах качения;ηм – КПД шиннопневматической муфты;ηк – КПД намотки каната на барабан;170ηцп – КПД цепной передачи.Z7Z9M3Z3Z5Z2M2В2Z11Z10Z8Z6Z4Z1M4Т1В1В3М52ДМ4М62 Т2Z12В4БРис.

4.31. Кинематическая схема привода буровой лебедкиКПД коробки перемены передачηкпп= ηiв ηjцп ηкм,(4.101)где i – количество валов в коробке перемены передач;j – количество цепных передач в КПП;к – количество шинно-пневматических муфт в коробке переменыпередач.КПД привода подъемного агрегата определяетсяηпр= ηса ηсип,(4.102)где ηса – КПД силового агрегата;ηсип – КПД средств искусственной приспособленности.4.8.8. Расчет передаточных отношенийПередаточные отношения подъемного агрегата (см.

рис. 4.22):Uпaj= Uд· Uj· Uб,(4.103)171где Uд – передаточное отношение между ведущим валом КПП и валомдвигателя (муфты);Uj – передаточные отношения КПП на i-ой передаче;Uб – передаточное отношение между подъемным валом лебедки иведомым валом КПП.Передаточное отношение между подъемным валом лебедки и ведомым валом КПП определяется:Uб = Zб / Zк,где Zб - число зубьев звездочки подъемного вала лебедки;Zк - число зубьев звездочки ведомого вала КПП.Передаточные отношения КПП определяются:Uб = Z2j / Z1j,где Z2j , Z1j - число зубьев звездочек на ведущем и ведомом валу КППпри работе на j -ой передаче.Передаточное отношение между ведущим валом КПП и валоммуфты (двигателя) определяется:Uб = Zт / Zд ,где Zт – число зубьев звездочки на ведущем валу КПП;Zд – число зубьев звездочки на валу муфты (или двигателя).4.12.8.

Алгоритм решенияПрограмма по расчету времени работы СПК при спуске колонныв скважину или разборки колонны строится по блочному принципу. Вотдельные блоки оформляются подпрограмма расчета движущего момента привода, расчета приведенного момента сопротивления. Блочный принцип обеспечивает открытость программы, позволяет достаточно просто вносить требуемые изменения. Так, при появлении нового типа привода нужно будет только внести изменения в блок расчета движущего момента привода.Оформление отдельным блоком определение приведенного момента сопротивления позволит учесть изменение количества свечей впроцессе сборки и разборки бурового става.Алгоритм расчета времени подъема будет следующим. На первомшаге интегрирования просчитывается операция разгона - определяется скорость в конце шага и путь, который проходит крюк за это время,а затем просчитывается процесс торможения до полной остановкипривода – определяется путь при торможении и время торможения.Путь разгона и торможения суммируется и сравнивается с длиной172свечи, на которую необходимо переместить крюк при подъеме илиспуске колонны труб.

Характеристики

Список файлов книги