Дипломная работа: Расчет редуктора системы верхнего привода
Содержание:
1. Введение
1.1 Система верхнего привода (СВП)
1.2 Описание конструкции СВП
1.3 Историческая справка
1.4 Зарубежные производители систем верхнего привода
1.4.1 Модели Верхнего Привода TESCO
1.4.2 Модели Верхнего Привода Canrig Drilling
Technology
1.4.3 Модели Верхнего Привода National Oilwell
Varco
1.5 Рынок систем верхнего привода в России
1.5.1 Система верхнего привода: ЗАО "Уралмаш
- Буровое оборудование"
1.5.2 Модели верхнего привода «ПромТехИнвест»
2. Обоснование проекта разработки СВП
2.1 Область применения СВП
2.2 Основания для
разработки редукторного СВП
2.3 Технические требования к СВП
2.4 Требования по эргономике и технической
эстетике
3. Расчет редуктора СВП
3.1 Преимущества и недостатки электрических и
гидравлических приводов
3.2 Кинематическая схема привода
3.2.1 Энерго-кинематический расчет
3.2.2 Разбивка общего передаточного отношения по ступеням
редуктора
3.3 Проектирование валов редуктора.
3.3.1 Проектировочный расчет валов
3.3.2 Реакции в опорах валов
3.4 Проверочный расчёт вала
3.5 Расчет вала на жесткость
3.6 Расчет подшипников
3.7 Расчет шлицевых соединений
3.8 Расчет на прочность зубчатых цилиндрических
передач
3.8.1 Расчет на контактную выносливость
3.9 Проверочный расчет
корпуса редуктора методом конечных элементов
4. Технологическая часть
4.1 Описание детали
4.2 Основные технические требования
4.3. Способ получения заготовки
4.4 Укрупненный технологический процесс
изготовления детали
5. Экономическая часть
5.1 Преимущества использования СВП в буровых
работах
5.2 Эксплуатационные преимущества СВП
6. Охрана труда и техника безопасности
6.1 Меры безопасности
6.2 Общие указания
6.3 Порядок технического обслуживания изделия
Заключение
Литература
1. Введение
Россия -
второй в мире продавец «черного золота». Удельный вес нефти во всем российском
экспорте в прошлом году составил 34,6%. По официальным данным, вклад
нефтегазового комплекса в создании ВВП с учетом трубопроводного транспорта
составляет 25%, а на весь промышленный сектор страны без нефти и газа - 15%. В
нынешнем виде доходная часть бюджета формируется на половину из денег нефти и
газа. Еще четыре года назад этот показатель был вдвое меньше (23,4%). Под
нефтегазовыми деньгами подразумеваются поступления от пошлин и налогов, в том
числе, на прибыль нефтегазовых компаний, дивиденды нефтяных компаний по акциям,
принадлежащим государству, доходы от деятельности государственных нефтяных
компаний, работающих за рубежом. А все сверхприбыли отрасли оседают в
Стабфонде. В прошлом году, по словам министра финансов РФ Алексея Кудрина, 70%
нефтяных поступлений ушло в Стабфонд. В этом году туда попадет уже 74,4%. А в
2009 - 67,1%.
В современных
условиях минерально-сырьевой сектор экономики (прежде всего - нефтегазовая
промышленность) перестал быть «простым» в технологическом отношении. Добыча
сырьевых ресурсов ведется с использованием постоянно усложняющихся технологий,
в создание которых вкладываются многие миллиарды долларов и над которыми
работают интеллектуальные силы многих стран мира. Поэтому можно с полной
уверенностью утверждать, что с каждым годом нефть, газ и другие сырьевые
продукты становятся во все большей степени продуктами наукоемкими.
Опыт работы
вертикально интегрированных нефтяных компаний во всем мире свидетельствует о
ключевом значении нефтедобычи в их деятельности. При этом развитие и
рентабельность нефтедобычи определяются, в первую очередь, достигнутым
технологическим уровнем и внедряемыми научно-техническими новшествами. От них
непосредственно зависят рациональность разработки месторождений, издержки в
добыче нефти и другие факторы долгосрочной рентабельности.
Технологический
уровень нефтедобычи должен рассматриваться как стратегический фактор,
определяющий конкурентные преимущества нефтяной компании. Это положение особенно
важно для российских нефтяных компаний, в которых за последнее десятилетие
накопилось серьезное технологическое отставание, прямо угрожающее потерями не
только международных, но и внутрироссийских конкурентных позиций.
Для
эффективного освоения ТИЗ в настоящее время необходимо разработать и внедрить
ряд инновационных проектов, среди которых приоритетными (применимыми для
наибольшего числа ТИЗ) являются те, что основаны на современных технологиях.
Речь идет, прежде всего, о разработке месторождений с использованием
горизонтальных и разветвленных скважин, бурением горизонтальных стволов из
старых скважин и т.п.
Задача
повышения технологического уровня требует от нефтяных компаний формирования
новой научно-технической политики. Последняя должна основываться на следующих
принципах: ориентация на крупномасштабное внедрение высокоэффективных
технологий мирового класса; сочетание закупок передовых зарубежных технологий с
максимальным использованием потенциала российских технологических и технических
разработок мирового уровня; содействие НИОКР, проектным разработкам (с целью
адаптации этих технологий к условиям компании) и широкому внедрению наукоемких
видов технико-технологической продукции
Ядром политики технического перевооружения должен стать
комплекс принципиально новых, прорывных технологий. Наибольшее
распространение получили технологии строительства горизонтальных скважин.
Только в США сегодня ежегодно строят до 1000-1500 таких скважин в год и в
ближайшее время могут вообще отказаться от строительства вертикальных скважин в
эксплуатационном бурении. Новые технологии, основанные на методе
горизонтального бурения, произвели настоящую революцию в практике и теории
мировой нефтедобычи, но, к большому сожалению, этот метод у нас пока не нашел
должного развития. Достижения технологии горизонтального бурения сделали
возможным разбуривание шельфовых месторождений нефти и газа с берега, без
строительства дорогостоящих морских оснований и платформ.
Необходимыми
техническими и технологическими элементами такого бурения помимо системы
измерений в процессе бурения, алмазных и поликристаллических долот,
гидравлических забойных двигателей объемного типа, специальных стабилизаторов и
гидравлических толкателей являются системы верхнего привода (СВП).
1.1 Система верхнего привода
Система
верхнего привода (СВП) в последнее время становится наиболее популярным
способом бурения нефтяных и газовых скважин. Этой системой оборудуются как
импортные, так и отечественные буровые установки. Такие установки используются,
например, на Каспийском шельфе в Астрахани.
Из зарубежных компаний, выпускающих верхний привод, наиболее
известными являются американская «Varco» и канадская «Canrig». Компания «Varco»
выпускает несколько систем верхнего привода TDS (Top Drive Sistem), позволяющих
выполнять операции как с бурильными, так и с обсадными трубами.
СВП являются
принципиально новым типом механизмов буровых установок, обеспечивающих
выполнение целого ряда технологических операций. В принципе верхний привод
представляет собой подвижной вращатель с сальником-вертлюгом, оснащенный
комплексом средств механизации СПО- силовой вертлюг.
СВП буровых
установок получили широкое распространение в мировой практике. СВП обеспечивает
выполнение следующих технологических операций:
·
вращение
бурильной колонны при бурении, проработке и расширении ствола скважины;
·
свинчивание,
докрепление бурильных труб;
·
проведение
спуско-подъемных операций с бурильными трубами, в том числе наращивание
бурильной колонны свечами и однотрубками;
·
проведение
операций по спуску обсадных колонн;
·
проворачивание
бурильной колонны при бурении забойным двигателями;
·
промывку
скважины и проворачивание бурильной колонны при СПО;
·
расхаживание
бурильных колонн и промывку скважины при ликвидации аварий и осложнений.
1.2 Описание конструкции СВП
Подвижная
часть СВП состоит из вертлюга-редуктора, который на штропах подвешен на
траверсе талевого блока.
На крышке
вертлюга-редуктора установлены два гидромотор. Выходной вал гидромотора при
помощи шлицов соединен с быстроходным валом редуктора. На одном из гидромоторов
установлен гиротормоз для торможения бурильной колонны. К корпусу вертлюга -
редуктора крепится рама, через которую передается крутящий момент на
направляюще устройство, с него - на вышку.
Трубный
манипулятор может разворачивать элеватор в нужную сторону: на мостки, на шурф
для наращивания или в любую другую сторону при необходимости.
Трубный зажим
служит для захвата и удержания от вращения верхней муфты трубы во время
свинчивания (развинчивания) с ней ствола вертлюга.
Между
ниппелем и стволом вертлюга навернут ручной шаровой кран для неоперативного
перекрытия внутреннего отверстия ствола вертлюга. Для оперативного перекрытия
отверстия ствола вертлюга перед отводом установлен внутренний превентор
(двойной шаровой кран), который одновременно служит для удержания остатков
промывочной жидкости после отвинчивания бурильной колонны.
Вертлюжная
головка служит для передачи рабочей жидкости с невращающейся части системы
верхнего привода на вращающуюся часть и позволяет не отсоединять гидравлические
линии, когда трубный манипулятор вращается с бурильной колонной при бурении,
при проработке скважины или позиционировании механизма отклонения штропов
элеватора.
Система
отклонения штропов предназначена для отвода и подвода элеватора к центру
скважины. Система отклонения штропов представляет собой штропы, подвешенные на
боковых рогах траверсы. К штропам крепятся гидроцилиндры отклонения штропов.
При бурении
скважин на нефть и газ силовой вертлюг выполняет функции крюка, вертлюга,
ротора, механических ключей. При его пользовании не нужна бурильная ведущая
труба и шурф под нее, а также намного облегчается труд помощника бурильщика,
поскольку элеватор механически подается в необходимую позицию. Вместо
наращиваний одиночками можно наращивать бурильную колонну трёхтрубными свечами.
Главная
особенность СВП - возможность монтировать его в любое время проводки скважины,
практически не прерывая бурения.
Основной
недостаток существующих конструкций силовых вертлюгов - высокая стоимость.
1.3 Историческая
справка
Весь прошлый
век нефтяники и газовики работали квадратом и ротором. Бурильная колонна с
квадратом, несмотря на все его минусы, до сих пор обычное явление на буровой.
В 1983 г. на смену классическому способу вращения буровой колонны при помощью Келли-штанги пришли
буровые машины (DDM – Derrick Drilling Machine). Первая установка под названием
DDM 650 DC была выпущена компанией Aker Kvaerner в 1984 г. Она имела электрический привод постоянного тока и грузоподъемность 650 т и предназначалась
для морских буровых платформ. Дальнейшее развитие этой системы привело к
появлению гидравлического верхнего привода на установке DDM HY 500/650,
выпущенной в 1987 году. Вследствие необходимости увеличения крутящего момента в
1989 г. были разработаны двухприводные установки: DDM 500/650 EL и DDM 650 HY.
В 1993 году на рынке появилась 2-х приводная установка DDM 650 EL
"Frontier", обладающая мощностью 2100 л.с. и крутящим моментом 8800 Нм. По неофициальным данным один из покупателей использовал
"Frontier" для бурения скважины глубиной 12000 м.
К 1996 г. способ бурения верхним приводом стал основным методом бурения морских скважин. Значительная
часть скважин на суше сейчас также бурится с применением СВП. Для продвижения
СВП на новые рынки по всему миру компанией Maritime Hydraulics был разработан
портативный СВП. Для малогабаритных скважин ("slim-hole") разработан
портативный СВП, обеспечивающий высокоскоростное (600 об./мин.) бурение.
Метод
верхнего привода, первоначально разработанный американскими специалистами,
изменил жизнь буровой бригады, во многом облегчая ее работу. Верхний привод
позволяет провернуть бурильную колонну в нужном направлении, в каком бы
положении она не находилась. Кроме того, процесс бурения верхним приводом
исключает необходимость использования дополнительных манипуляций и
дополнительных инструментов при буровых работах. СВП предназначена для быстрой
и безаварийной проводки вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных
скважин при бурении, совмещая в себе функции вертлюга и ротора. Система
верхнего привода в последнее время становится наиболее популярным способом
бурения нефтяных и газовых скважин. Применение СВП предусмотрено новыми
правилами безопасности в нефтяной промышленности при условии, что длина
горизонтального участка составляет более 300 метров. СВП обеспечивает безаварийное быстрое бурение вертикальных и горизонтальных скважин. СВП
оснащается комплексом устройств для выполнения спускоподъемных операций.
Система
Верхнего Привода обеспечивает:
·
Вращение бурильной колонны при бурении, спуско-подъемных
операциях, проработке и расширке ствола скважины методом
"сверху-вниз" и "снизу-вверх";
·
Свинчивание, закрепление, раскрепление и развинчивание бурильных колонн.
Закрепление трубных соединений с контролируемым оператором моментом
·
Проведение спуско-подъемных операций;
·
Проведение операций по спуску обсадных колонн;
·
Наращивание бурильной колонны свечами и однотрубками;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
| 
