CUPRINS

CUPRINS1

INTRODUCERE3

1 ALEGEREA TIPULUI DE INSTALATIE DE FORAJ

11 Programul de construcţie aj sondei512 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutăţii fiecarei coloane8

13 Alegerea sapei pentre forajul putului de adancime14 14 Alegerea tipodimensiunilor de prăjinilor grele si calculul lungimii ansamblului de

adancime 15

15 Verificarea la flambaj a ansamblului de prăjini grele şi determinarea

componenţei ansamblului de adacircncime17

16 Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii

ansamblul superior al garniturii de foraj19

17 Alegerea prăjinii de antrenare21

18 Alegerea instalaţiei de foraj23

19 Concluzii25

2 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE IF ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic2622 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig2823 Alegerea geamblacului de foraj3024 Alegerea elevatorului cu pene3225 Alegerea elevatorului pentru prăjinile de foraj3526 Alegerea chiolbaşilor3727 Alegerea cablului de manevra3828 Alegerea troliului de foraj41

3 PARAMETRII SI CARACTERISTICILE MOTOARELORGRUPURILOR DEACŢIONARE SI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii si caracteristicile motoarelorgrupurilor de acţionare4332 Alegerea modului de acţionare4433 Puterea consumatorilor auxiliari de forţa47

1

34 Calculul puterii instalate4935 Concluzii50

4 PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare (LCIPGA)si calculul coeficienţilor de icircnsumare si de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic51

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevra si determinarea numărului de trepte de viteza53

43 Tipurile de transmisii mecanice de intrare in in troliul de foraj (TF) si parametrii acestora55

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate in cadrul lantului cinematic la TF si parametrii lor56

45 Tipurile de cuplaje folosite in cadrul sistemului de manevra 5746 Modul de obtinere a treptelor de viteza si determinarea rapoartelor de transmitere totale 6047 Determinarea parametrilor dimensionali ai tobei de manevra(TM)6148 Alegerea sbquorsquoambreiajului de incetrsquorsquo al TM6449 Diagrama de ridicare65410 Concluzii71

5 STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALATALATIEI DE FORAJ

51 Schema cinematica a instalatiei de foraj7252 Determinarea numarului de trepte de viteza ale sistemelor de lucru7453 Concluzii74

6CONCLUZII75

7BIBLIOGRAFIE76

2

INTRODUCERE

Un proiect icircnseamnă o lucrare tehnica icircntocmita pe baza unei teme date care cuprinde calculele tehnico-economice desenele instrucţiuni de montaj si icircntreţinere etc necesare executării unei instalaţii construcţii maşini unui utilaj dispozitiv unei scule etc

Lucrarea tehnica este un studiu scris asupra unui subiect cu caracter tehnic o scriere o opera ştiinţifica

Lucrarea ca studiu scris este acţiunea de a lucra de a studia si rezultatul ei adică o munca intelectuala susţinuta depusa in vederea icircnsuşirii de cunoştinţe ştiinţifice temeinice intr-un anumit domeniu de specialitate

In ceea ce priveşte metoda de lucru vom utiliza o metoda cu profund caracter fenomenologic avacircnd icircn vedere adevărul exprimat de academicianul Dumitru Dumitrescu (un mare hidrotehnician roman) si anume bdquoUn calcul concret este complet numai cacircnd pătrunde in esenţa invizibilă a fenomenuluirdquo [3]

Dezvoltare utilajului petrolier este legata de dezvoltarea metodelor de foraj extracţie transport si prelucrare a petrolului

Instalaţiile de foraj in funcţie de metodele de foraj folosite au avut următoarea evoluţie

a) foraj percutant (cu cablu sau cu prăjini)b) foraj percutant hidraulicc) foraj rotativ hidraulicd) forajul cu turbina si motor elicoidal

Tendinţele care se manifesta in evoluţia instalaţiilor de foraj sunt

bull creşterea puterii instalate si a capacităţii instalaţiilor de foraj construitebull creşterea valorilor parametrilor cinematici si dinamici (viteze sarcini presiuni debite)bull modularea si interschimbabilitatea elementelor componentebull folosirea transmisiilor hidraulice si pneumaticebull acţionarea instalaţiei diesel-hidraulic diesel electric in curent continuu sau cu turbine cu

gazebull automatizarea si mecanizarea

Instalaţiile de extracţie diferă si ele in funcţie de metoda de extracţie utilizata

a) erupţie captata (naturala)b) erupţie artificialac) pompared) exploatare secundara

bull injecţie de apa sau de gaze care se poate face extracontural sau

intracontural

bull stimulare aflux de petrol prin fisurare hidraulica sau injecţie de abur

bull combustie subterana [1]

Forajul si construcţia sondelor exploatarea zăcămintelor de tatei si gaze si transportul produselor sunt bazate pe utilizarea unui volum foarte mare de material tubular diversificat ca forma si dimensiuni cu performante la limita superioara a posibilităţilor tehnice actuale Realizările privind adacircncimile de foraj (peste 8000 m la sondele de gaze si peste 10000 m la sondele pentru tatei) debitele si presiunile fluidelor transportate (diametrul conductelor de pana la 1420 mm si presiuni de pana la 120 bar) si perspectiva desfăşurării forajelor pacircnă la adacircncimi de 15000 m sunt determinate de progresele realizate in domeniul formelor constructive materialelor tehnologiilor de fabricaţie şi control precum şi a bazei de

3

calcul de rezistenta şi stabilitate pentru garnitura de foraj burlanele pentru tubaj ţevile de extracţie şi conducte

In domeniul garniturii de foraj in cadrul actualelor forme constructive se remarca introducerea unor materiale si tratamente termica care sa conducă la obţinerea gradelor de rezistenta superioare De asemenea se extinde utilizarea prăjinilor de foraj din aliaje de aluminiu realizate ca prototip si in tara noastră

O modificare relativ recenta in structura materialului tubular o reprezintă acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a ţevilor de extracţie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica si sudare electrica prin presiune pe generatoare Aceasta tehnologie de fabricaţie oferă avantajul adaptării cu uşurinţa la fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete superioare celei laminate Procedeul implica totodată utilizarea unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie moderna de sudare si control nedistructiv

Creşterea adacircncimii de foraj ridica problema ca pe lacircngă asigurarea unor caracteristici mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular sa fie garantata si siguranţa la exploatarea in medii corosive si in medii acide cu hidrogen sulfurat Aceste cerinţe contradictorii se rezolva printr-un complex de masuri privind creşterea purităţii otelului si aplicarea unor tratamente termice riguros conduse care sa asigure icircncadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restracircns de valori

In cadrul sondelor corosive se remarca tendinţa de extindere a utilizării materialului tubular executat din otel inoxidabil si din superaliaje pe baza de nichel sau cobalt Deşi costul acestora este foarte ridicat ele sunt superioare din punct de vedere tehnico-economic soluţiilor actuale prin faptul ca rezistenta ridicata permite utilizarea ţevilor de extracţie cu pereţi subţiri - dublacircnd practic producţia sondei si făcacircnd inutile injectarea inhibitorilor de coroziune si intervenţiile in exploatare

Evitarea accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct atacirct de tehnica de control cat si de proporţia acesteia De aceea pe plan mondial se manifesta pe de o parte tendinţa de creştere a volumului si complexităţii operaţiilor de control uzinal si pe de alta parte efectuarea controlului in condiţii de şantier de către firme specializate Se utilizează unităţi complexe de control nedistructiv care asociază metode de control magnetic cu ultrasunete si cu radiaţii care asigura depistarea defectelor a orientării si dimensiunilor acestora măsurarea grosimii de perete si sortarea materialului tubular in funcţie de marca otelului

In paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de fabricaţie care sa sigure performante maxime materialului tubular valorificarea deplina a caracteristicilor acestuia a impus modernizarea bazei calculului de rezistenta si stabilitate si dezvoltarea a noi tipuri constructive in principal privind icircmbinările filetate Se remarca in aceste sens aplicarea metodei elementului finit la calculul icircmbinărilor filetate determinare presiunii exterioare critice de pierdere a stabilităţii burlanelor pentru tubaj la solicitări compuse ţinacircnd seama de erorile de forma de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii calculul durabilităţii garniturii de foraj pe baza metodelor mecanicii ruperii materialelor precum si dezvoltarea unei game largi de forme constructive pentru icircmbinările filetate ale burlanelor pentru tubaj si ţevilor de extracţie cu rezistenta la smulgere si etanşeitate sporite

Obiectivul utilizării la parametri maximi a materialului tubular se realizează prin luarea in consideraţie a ansamblului problemelor privind proiectarea construcţia si exploatarea acestuia [8]

4

1 Alegerea instalatiei de foraj11 Programul de constructie a sondei

Valori cunoscute in vederea constructiei sondei

adacircncimea finală a sondei HM = 3500m programul de tubare a sondei

adacircncimea de tubare relativă pentru coloana de ordinul j yTj isin0125 07 1in

diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a burlanelor din componenţa ei

DCBj 1338 8 58 5 in

yTj =

HTj

HM (11) icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j

HM ndash adacircncimea maximă (finală) a sondei HTj =yTj middot HM (12) (12)

HCB1 = 0125 middot 3500 = 4375 mHCB2 = 0 7 middot 3500 = 20125 m

HBC3 = 1 middot 3500 = 3500m

In tabelele 111 si 112 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 1Gageni

Tabelul 111 Informatii generale despre Sonda 1 Gageni

1 Sonda 12 Structura geologica Gageni3 Caracter Exploatare petrol4 Debit estimat cca 60 t24 b5 Adincimea proiectata 3500 m6 Programul de tubare 13 38 in x 4375 m 8 58in

x 20125m 5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F 200-2 DH (T (SAn))8 Durata de realizare montare-demontare

35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

In figura 111 se prezintă principalele părţi componente ale unei garnituri de clasicaconvenţională icircn cazul forajului cu masa rotativă

5

Fig 111 Garnitura de foraj (Gar F) clasica convenţională in cazul forajului cu MRAn Ad - ansamblu de adacircncime s - sapa RL - reducţie de legătura

Cor St Ro - corector - stabilizator cu role ASV - amortizor de şocuri si vibraţiiPG mdash prăjina grea DPG mdash diametrul nominal (exterior) al PG St mdash stabilizator

G -geala LAnAd - lungimea AnAd AnS - ansamblul superior PFI - prăjina de forajintermediara PF - prăjina de foraj DPF - diametrul nominal (exterior) al PF

L AnS mdash lungimea AnS LGF mdash lungimea GarF PA mdash prăjina de antrenarePm ndash pătraţii mici AnRo mdash antrenor cu role PM mdash pătraţi mari MR mdash masa rotativa

RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA VSCS - ventil de siguranţa cana desiguranţa CH - cap hidraulic c - cacircrlig MC - ansamblul macara - cacircrlig

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 1Gageni

J CB HCBj= LCBj

(m)

LS

(m)YTj DCBj

(mm)Tip

burlane si IF

DMCBj

(mm)δCBj

(mm)DSPj

(mm)Tipul sapei

IFU-C

1

CSA 4375 4375 0125 13 38(3397)

APIS

3651 397 17 12in

S-17 frac12 J

7 58 REG

6

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

34 Calculul puterii instalate4935 Concluzii50

4 PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare (LCIPGA)si calculul coeficienţilor de icircnsumare si de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic51

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevra si determinarea numărului de trepte de viteza53

43 Tipurile de transmisii mecanice de intrare in in troliul de foraj (TF) si parametrii acestora55

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate in cadrul lantului cinematic la TF si parametrii lor56

45 Tipurile de cuplaje folosite in cadrul sistemului de manevra 5746 Modul de obtinere a treptelor de viteza si determinarea rapoartelor de transmitere totale 6047 Determinarea parametrilor dimensionali ai tobei de manevra(TM)6148 Alegerea sbquorsquoambreiajului de incetrsquorsquo al TM6449 Diagrama de ridicare65410 Concluzii71

5 STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALATALATIEI DE FORAJ

51 Schema cinematica a instalatiei de foraj7252 Determinarea numarului de trepte de viteza ale sistemelor de lucru7453 Concluzii74

6CONCLUZII75

7BIBLIOGRAFIE76

2

INTRODUCERE

Un proiect icircnseamnă o lucrare tehnica icircntocmita pe baza unei teme date care cuprinde calculele tehnico-economice desenele instrucţiuni de montaj si icircntreţinere etc necesare executării unei instalaţii construcţii maşini unui utilaj dispozitiv unei scule etc

Lucrarea tehnica este un studiu scris asupra unui subiect cu caracter tehnic o scriere o opera ştiinţifica

Lucrarea ca studiu scris este acţiunea de a lucra de a studia si rezultatul ei adică o munca intelectuala susţinuta depusa in vederea icircnsuşirii de cunoştinţe ştiinţifice temeinice intr-un anumit domeniu de specialitate

In ceea ce priveşte metoda de lucru vom utiliza o metoda cu profund caracter fenomenologic avacircnd icircn vedere adevărul exprimat de academicianul Dumitru Dumitrescu (un mare hidrotehnician roman) si anume bdquoUn calcul concret este complet numai cacircnd pătrunde in esenţa invizibilă a fenomenuluirdquo [3]

Dezvoltare utilajului petrolier este legata de dezvoltarea metodelor de foraj extracţie transport si prelucrare a petrolului

Instalaţiile de foraj in funcţie de metodele de foraj folosite au avut următoarea evoluţie

a) foraj percutant (cu cablu sau cu prăjini)b) foraj percutant hidraulicc) foraj rotativ hidraulicd) forajul cu turbina si motor elicoidal

Tendinţele care se manifesta in evoluţia instalaţiilor de foraj sunt

bull creşterea puterii instalate si a capacităţii instalaţiilor de foraj construitebull creşterea valorilor parametrilor cinematici si dinamici (viteze sarcini presiuni debite)bull modularea si interschimbabilitatea elementelor componentebull folosirea transmisiilor hidraulice si pneumaticebull acţionarea instalaţiei diesel-hidraulic diesel electric in curent continuu sau cu turbine cu

gazebull automatizarea si mecanizarea

Instalaţiile de extracţie diferă si ele in funcţie de metoda de extracţie utilizata

a) erupţie captata (naturala)b) erupţie artificialac) pompared) exploatare secundara

bull injecţie de apa sau de gaze care se poate face extracontural sau

intracontural

bull stimulare aflux de petrol prin fisurare hidraulica sau injecţie de abur

bull combustie subterana [1]

Forajul si construcţia sondelor exploatarea zăcămintelor de tatei si gaze si transportul produselor sunt bazate pe utilizarea unui volum foarte mare de material tubular diversificat ca forma si dimensiuni cu performante la limita superioara a posibilităţilor tehnice actuale Realizările privind adacircncimile de foraj (peste 8000 m la sondele de gaze si peste 10000 m la sondele pentru tatei) debitele si presiunile fluidelor transportate (diametrul conductelor de pana la 1420 mm si presiuni de pana la 120 bar) si perspectiva desfăşurării forajelor pacircnă la adacircncimi de 15000 m sunt determinate de progresele realizate in domeniul formelor constructive materialelor tehnologiilor de fabricaţie şi control precum şi a bazei de

3

calcul de rezistenta şi stabilitate pentru garnitura de foraj burlanele pentru tubaj ţevile de extracţie şi conducte

In domeniul garniturii de foraj in cadrul actualelor forme constructive se remarca introducerea unor materiale si tratamente termica care sa conducă la obţinerea gradelor de rezistenta superioare De asemenea se extinde utilizarea prăjinilor de foraj din aliaje de aluminiu realizate ca prototip si in tara noastră

O modificare relativ recenta in structura materialului tubular o reprezintă acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a ţevilor de extracţie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica si sudare electrica prin presiune pe generatoare Aceasta tehnologie de fabricaţie oferă avantajul adaptării cu uşurinţa la fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete superioare celei laminate Procedeul implica totodată utilizarea unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie moderna de sudare si control nedistructiv

Creşterea adacircncimii de foraj ridica problema ca pe lacircngă asigurarea unor caracteristici mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular sa fie garantata si siguranţa la exploatarea in medii corosive si in medii acide cu hidrogen sulfurat Aceste cerinţe contradictorii se rezolva printr-un complex de masuri privind creşterea purităţii otelului si aplicarea unor tratamente termice riguros conduse care sa asigure icircncadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restracircns de valori

In cadrul sondelor corosive se remarca tendinţa de extindere a utilizării materialului tubular executat din otel inoxidabil si din superaliaje pe baza de nichel sau cobalt Deşi costul acestora este foarte ridicat ele sunt superioare din punct de vedere tehnico-economic soluţiilor actuale prin faptul ca rezistenta ridicata permite utilizarea ţevilor de extracţie cu pereţi subţiri - dublacircnd practic producţia sondei si făcacircnd inutile injectarea inhibitorilor de coroziune si intervenţiile in exploatare

Evitarea accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct atacirct de tehnica de control cat si de proporţia acesteia De aceea pe plan mondial se manifesta pe de o parte tendinţa de creştere a volumului si complexităţii operaţiilor de control uzinal si pe de alta parte efectuarea controlului in condiţii de şantier de către firme specializate Se utilizează unităţi complexe de control nedistructiv care asociază metode de control magnetic cu ultrasunete si cu radiaţii care asigura depistarea defectelor a orientării si dimensiunilor acestora măsurarea grosimii de perete si sortarea materialului tubular in funcţie de marca otelului

In paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de fabricaţie care sa sigure performante maxime materialului tubular valorificarea deplina a caracteristicilor acestuia a impus modernizarea bazei calculului de rezistenta si stabilitate si dezvoltarea a noi tipuri constructive in principal privind icircmbinările filetate Se remarca in aceste sens aplicarea metodei elementului finit la calculul icircmbinărilor filetate determinare presiunii exterioare critice de pierdere a stabilităţii burlanelor pentru tubaj la solicitări compuse ţinacircnd seama de erorile de forma de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii calculul durabilităţii garniturii de foraj pe baza metodelor mecanicii ruperii materialelor precum si dezvoltarea unei game largi de forme constructive pentru icircmbinările filetate ale burlanelor pentru tubaj si ţevilor de extracţie cu rezistenta la smulgere si etanşeitate sporite

Obiectivul utilizării la parametri maximi a materialului tubular se realizează prin luarea in consideraţie a ansamblului problemelor privind proiectarea construcţia si exploatarea acestuia [8]

4

1 Alegerea instalatiei de foraj11 Programul de constructie a sondei

Valori cunoscute in vederea constructiei sondei

adacircncimea finală a sondei HM = 3500m programul de tubare a sondei

adacircncimea de tubare relativă pentru coloana de ordinul j yTj isin0125 07 1in

diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a burlanelor din componenţa ei

DCBj 1338 8 58 5 in

yTj =

HTj

HM (11) icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j

HM ndash adacircncimea maximă (finală) a sondei HTj =yTj middot HM (12) (12)

HCB1 = 0125 middot 3500 = 4375 mHCB2 = 0 7 middot 3500 = 20125 m

HBC3 = 1 middot 3500 = 3500m

In tabelele 111 si 112 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 1Gageni

Tabelul 111 Informatii generale despre Sonda 1 Gageni

1 Sonda 12 Structura geologica Gageni3 Caracter Exploatare petrol4 Debit estimat cca 60 t24 b5 Adincimea proiectata 3500 m6 Programul de tubare 13 38 in x 4375 m 8 58in

x 20125m 5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F 200-2 DH (T (SAn))8 Durata de realizare montare-demontare

35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

In figura 111 se prezintă principalele părţi componente ale unei garnituri de clasicaconvenţională icircn cazul forajului cu masa rotativă

5

Fig 111 Garnitura de foraj (Gar F) clasica convenţională in cazul forajului cu MRAn Ad - ansamblu de adacircncime s - sapa RL - reducţie de legătura

Cor St Ro - corector - stabilizator cu role ASV - amortizor de şocuri si vibraţiiPG mdash prăjina grea DPG mdash diametrul nominal (exterior) al PG St mdash stabilizator

G -geala LAnAd - lungimea AnAd AnS - ansamblul superior PFI - prăjina de forajintermediara PF - prăjina de foraj DPF - diametrul nominal (exterior) al PF

L AnS mdash lungimea AnS LGF mdash lungimea GarF PA mdash prăjina de antrenarePm ndash pătraţii mici AnRo mdash antrenor cu role PM mdash pătraţi mari MR mdash masa rotativa

RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA VSCS - ventil de siguranţa cana desiguranţa CH - cap hidraulic c - cacircrlig MC - ansamblul macara - cacircrlig

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 1Gageni

J CB HCBj= LCBj

(m)

LS

(m)YTj DCBj

(mm)Tip

burlane si IF

DMCBj

(mm)δCBj

(mm)DSPj

(mm)Tipul sapei

IFU-C

1

CSA 4375 4375 0125 13 38(3397)

APIS

3651 397 17 12in

S-17 frac12 J

7 58 REG

6

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

INTRODUCERE

Un proiect icircnseamnă o lucrare tehnica icircntocmita pe baza unei teme date care cuprinde calculele tehnico-economice desenele instrucţiuni de montaj si icircntreţinere etc necesare executării unei instalaţii construcţii maşini unui utilaj dispozitiv unei scule etc

Lucrarea tehnica este un studiu scris asupra unui subiect cu caracter tehnic o scriere o opera ştiinţifica

Lucrarea ca studiu scris este acţiunea de a lucra de a studia si rezultatul ei adică o munca intelectuala susţinuta depusa in vederea icircnsuşirii de cunoştinţe ştiinţifice temeinice intr-un anumit domeniu de specialitate

In ceea ce priveşte metoda de lucru vom utiliza o metoda cu profund caracter fenomenologic avacircnd icircn vedere adevărul exprimat de academicianul Dumitru Dumitrescu (un mare hidrotehnician roman) si anume bdquoUn calcul concret este complet numai cacircnd pătrunde in esenţa invizibilă a fenomenuluirdquo [3]

Dezvoltare utilajului petrolier este legata de dezvoltarea metodelor de foraj extracţie transport si prelucrare a petrolului

Instalaţiile de foraj in funcţie de metodele de foraj folosite au avut următoarea evoluţie

a) foraj percutant (cu cablu sau cu prăjini)b) foraj percutant hidraulicc) foraj rotativ hidraulicd) forajul cu turbina si motor elicoidal

Tendinţele care se manifesta in evoluţia instalaţiilor de foraj sunt

bull creşterea puterii instalate si a capacităţii instalaţiilor de foraj construitebull creşterea valorilor parametrilor cinematici si dinamici (viteze sarcini presiuni debite)bull modularea si interschimbabilitatea elementelor componentebull folosirea transmisiilor hidraulice si pneumaticebull acţionarea instalaţiei diesel-hidraulic diesel electric in curent continuu sau cu turbine cu

gazebull automatizarea si mecanizarea

Instalaţiile de extracţie diferă si ele in funcţie de metoda de extracţie utilizata

a) erupţie captata (naturala)b) erupţie artificialac) pompared) exploatare secundara

bull injecţie de apa sau de gaze care se poate face extracontural sau

intracontural

bull stimulare aflux de petrol prin fisurare hidraulica sau injecţie de abur

bull combustie subterana [1]

Forajul si construcţia sondelor exploatarea zăcămintelor de tatei si gaze si transportul produselor sunt bazate pe utilizarea unui volum foarte mare de material tubular diversificat ca forma si dimensiuni cu performante la limita superioara a posibilităţilor tehnice actuale Realizările privind adacircncimile de foraj (peste 8000 m la sondele de gaze si peste 10000 m la sondele pentru tatei) debitele si presiunile fluidelor transportate (diametrul conductelor de pana la 1420 mm si presiuni de pana la 120 bar) si perspectiva desfăşurării forajelor pacircnă la adacircncimi de 15000 m sunt determinate de progresele realizate in domeniul formelor constructive materialelor tehnologiilor de fabricaţie şi control precum şi a bazei de

3

calcul de rezistenta şi stabilitate pentru garnitura de foraj burlanele pentru tubaj ţevile de extracţie şi conducte

In domeniul garniturii de foraj in cadrul actualelor forme constructive se remarca introducerea unor materiale si tratamente termica care sa conducă la obţinerea gradelor de rezistenta superioare De asemenea se extinde utilizarea prăjinilor de foraj din aliaje de aluminiu realizate ca prototip si in tara noastră

O modificare relativ recenta in structura materialului tubular o reprezintă acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a ţevilor de extracţie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica si sudare electrica prin presiune pe generatoare Aceasta tehnologie de fabricaţie oferă avantajul adaptării cu uşurinţa la fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete superioare celei laminate Procedeul implica totodată utilizarea unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie moderna de sudare si control nedistructiv

Creşterea adacircncimii de foraj ridica problema ca pe lacircngă asigurarea unor caracteristici mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular sa fie garantata si siguranţa la exploatarea in medii corosive si in medii acide cu hidrogen sulfurat Aceste cerinţe contradictorii se rezolva printr-un complex de masuri privind creşterea purităţii otelului si aplicarea unor tratamente termice riguros conduse care sa asigure icircncadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restracircns de valori

In cadrul sondelor corosive se remarca tendinţa de extindere a utilizării materialului tubular executat din otel inoxidabil si din superaliaje pe baza de nichel sau cobalt Deşi costul acestora este foarte ridicat ele sunt superioare din punct de vedere tehnico-economic soluţiilor actuale prin faptul ca rezistenta ridicata permite utilizarea ţevilor de extracţie cu pereţi subţiri - dublacircnd practic producţia sondei si făcacircnd inutile injectarea inhibitorilor de coroziune si intervenţiile in exploatare

Evitarea accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct atacirct de tehnica de control cat si de proporţia acesteia De aceea pe plan mondial se manifesta pe de o parte tendinţa de creştere a volumului si complexităţii operaţiilor de control uzinal si pe de alta parte efectuarea controlului in condiţii de şantier de către firme specializate Se utilizează unităţi complexe de control nedistructiv care asociază metode de control magnetic cu ultrasunete si cu radiaţii care asigura depistarea defectelor a orientării si dimensiunilor acestora măsurarea grosimii de perete si sortarea materialului tubular in funcţie de marca otelului

In paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de fabricaţie care sa sigure performante maxime materialului tubular valorificarea deplina a caracteristicilor acestuia a impus modernizarea bazei calculului de rezistenta si stabilitate si dezvoltarea a noi tipuri constructive in principal privind icircmbinările filetate Se remarca in aceste sens aplicarea metodei elementului finit la calculul icircmbinărilor filetate determinare presiunii exterioare critice de pierdere a stabilităţii burlanelor pentru tubaj la solicitări compuse ţinacircnd seama de erorile de forma de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii calculul durabilităţii garniturii de foraj pe baza metodelor mecanicii ruperii materialelor precum si dezvoltarea unei game largi de forme constructive pentru icircmbinările filetate ale burlanelor pentru tubaj si ţevilor de extracţie cu rezistenta la smulgere si etanşeitate sporite

Obiectivul utilizării la parametri maximi a materialului tubular se realizează prin luarea in consideraţie a ansamblului problemelor privind proiectarea construcţia si exploatarea acestuia [8]

4

1 Alegerea instalatiei de foraj11 Programul de constructie a sondei

Valori cunoscute in vederea constructiei sondei

adacircncimea finală a sondei HM = 3500m programul de tubare a sondei

adacircncimea de tubare relativă pentru coloana de ordinul j yTj isin0125 07 1in

diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a burlanelor din componenţa ei

DCBj 1338 8 58 5 in

yTj =

HTj

HM (11) icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j

HM ndash adacircncimea maximă (finală) a sondei HTj =yTj middot HM (12) (12)

HCB1 = 0125 middot 3500 = 4375 mHCB2 = 0 7 middot 3500 = 20125 m

HBC3 = 1 middot 3500 = 3500m

In tabelele 111 si 112 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 1Gageni

Tabelul 111 Informatii generale despre Sonda 1 Gageni

1 Sonda 12 Structura geologica Gageni3 Caracter Exploatare petrol4 Debit estimat cca 60 t24 b5 Adincimea proiectata 3500 m6 Programul de tubare 13 38 in x 4375 m 8 58in

x 20125m 5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F 200-2 DH (T (SAn))8 Durata de realizare montare-demontare

35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

In figura 111 se prezintă principalele părţi componente ale unei garnituri de clasicaconvenţională icircn cazul forajului cu masa rotativă

5

Fig 111 Garnitura de foraj (Gar F) clasica convenţională in cazul forajului cu MRAn Ad - ansamblu de adacircncime s - sapa RL - reducţie de legătura

Cor St Ro - corector - stabilizator cu role ASV - amortizor de şocuri si vibraţiiPG mdash prăjina grea DPG mdash diametrul nominal (exterior) al PG St mdash stabilizator

G -geala LAnAd - lungimea AnAd AnS - ansamblul superior PFI - prăjina de forajintermediara PF - prăjina de foraj DPF - diametrul nominal (exterior) al PF

L AnS mdash lungimea AnS LGF mdash lungimea GarF PA mdash prăjina de antrenarePm ndash pătraţii mici AnRo mdash antrenor cu role PM mdash pătraţi mari MR mdash masa rotativa

RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA VSCS - ventil de siguranţa cana desiguranţa CH - cap hidraulic c - cacircrlig MC - ansamblul macara - cacircrlig

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 1Gageni

J CB HCBj= LCBj

(m)

LS

(m)YTj DCBj

(mm)Tip

burlane si IF

DMCBj

(mm)δCBj

(mm)DSPj

(mm)Tipul sapei

IFU-C

1

CSA 4375 4375 0125 13 38(3397)

APIS

3651 397 17 12in

S-17 frac12 J

7 58 REG

6

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

calcul de rezistenta şi stabilitate pentru garnitura de foraj burlanele pentru tubaj ţevile de extracţie şi conducte

In domeniul garniturii de foraj in cadrul actualelor forme constructive se remarca introducerea unor materiale si tratamente termica care sa conducă la obţinerea gradelor de rezistenta superioare De asemenea se extinde utilizarea prăjinilor de foraj din aliaje de aluminiu realizate ca prototip si in tara noastră

O modificare relativ recenta in structura materialului tubular o reprezintă acceptarea generala a burlanelor pentru tubaj si a ţevilor de extracţie sudate fabricate din platbanda prin deformare plastica si sudare electrica prin presiune pe generatoare Aceasta tehnologie de fabricaţie oferă avantajul adaptării cu uşurinţa la fabricarea unei game largi de diametre si grosimi de perete superioare celei laminate Procedeul implica totodată utilizarea unor oteluri cu un grad mai ridicat de puritate si o tehnologie moderna de sudare si control nedistructiv

Creşterea adacircncimii de foraj ridica problema ca pe lacircngă asigurarea unor caracteristici mecanice cat mai ridicate ale materialului tubular sa fie garantata si siguranţa la exploatarea in medii corosive si in medii acide cu hidrogen sulfurat Aceste cerinţe contradictorii se rezolva printr-un complex de masuri privind creşterea purităţii otelului si aplicarea unor tratamente termice riguros conduse care sa asigure icircncadrarea limitei de curgere intr-un domeniu restracircns de valori

In cadrul sondelor corosive se remarca tendinţa de extindere a utilizării materialului tubular executat din otel inoxidabil si din superaliaje pe baza de nichel sau cobalt Deşi costul acestora este foarte ridicat ele sunt superioare din punct de vedere tehnico-economic soluţiilor actuale prin faptul ca rezistenta ridicata permite utilizarea ţevilor de extracţie cu pereţi subţiri - dublacircnd practic producţia sondei si făcacircnd inutile injectarea inhibitorilor de coroziune si intervenţiile in exploatare

Evitarea accidentelor in exploatarea materialului tubular este legata direct atacirct de tehnica de control cat si de proporţia acesteia De aceea pe plan mondial se manifesta pe de o parte tendinţa de creştere a volumului si complexităţii operaţiilor de control uzinal si pe de alta parte efectuarea controlului in condiţii de şantier de către firme specializate Se utilizează unităţi complexe de control nedistructiv care asociază metode de control magnetic cu ultrasunete si cu radiaţii care asigura depistarea defectelor a orientării si dimensiunilor acestora măsurarea grosimii de perete si sortarea materialului tubular in funcţie de marca otelului

In paralel cu dezvoltarea unor noi materiale si tehnologii de fabricaţie care sa sigure performante maxime materialului tubular valorificarea deplina a caracteristicilor acestuia a impus modernizarea bazei calculului de rezistenta si stabilitate si dezvoltarea a noi tipuri constructive in principal privind icircmbinările filetate Se remarca in aceste sens aplicarea metodei elementului finit la calculul icircmbinărilor filetate determinare presiunii exterioare critice de pierdere a stabilităţii burlanelor pentru tubaj la solicitări compuse ţinacircnd seama de erorile de forma de abaterile grosimii de perete si de nivelul tensiunilor proprii calculul durabilităţii garniturii de foraj pe baza metodelor mecanicii ruperii materialelor precum si dezvoltarea unei game largi de forme constructive pentru icircmbinările filetate ale burlanelor pentru tubaj si ţevilor de extracţie cu rezistenta la smulgere si etanşeitate sporite

Obiectivul utilizării la parametri maximi a materialului tubular se realizează prin luarea in consideraţie a ansamblului problemelor privind proiectarea construcţia si exploatarea acestuia [8]

4

1 Alegerea instalatiei de foraj11 Programul de constructie a sondei

Valori cunoscute in vederea constructiei sondei

adacircncimea finală a sondei HM = 3500m programul de tubare a sondei

adacircncimea de tubare relativă pentru coloana de ordinul j yTj isin0125 07 1in

diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a burlanelor din componenţa ei

DCBj 1338 8 58 5 in

yTj =

HTj

HM (11) icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j

HM ndash adacircncimea maximă (finală) a sondei HTj =yTj middot HM (12) (12)

HCB1 = 0125 middot 3500 = 4375 mHCB2 = 0 7 middot 3500 = 20125 m

HBC3 = 1 middot 3500 = 3500m

In tabelele 111 si 112 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 1Gageni

Tabelul 111 Informatii generale despre Sonda 1 Gageni

1 Sonda 12 Structura geologica Gageni3 Caracter Exploatare petrol4 Debit estimat cca 60 t24 b5 Adincimea proiectata 3500 m6 Programul de tubare 13 38 in x 4375 m 8 58in

x 20125m 5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F 200-2 DH (T (SAn))8 Durata de realizare montare-demontare

35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

In figura 111 se prezintă principalele părţi componente ale unei garnituri de clasicaconvenţională icircn cazul forajului cu masa rotativă

5

Fig 111 Garnitura de foraj (Gar F) clasica convenţională in cazul forajului cu MRAn Ad - ansamblu de adacircncime s - sapa RL - reducţie de legătura

Cor St Ro - corector - stabilizator cu role ASV - amortizor de şocuri si vibraţiiPG mdash prăjina grea DPG mdash diametrul nominal (exterior) al PG St mdash stabilizator

G -geala LAnAd - lungimea AnAd AnS - ansamblul superior PFI - prăjina de forajintermediara PF - prăjina de foraj DPF - diametrul nominal (exterior) al PF

L AnS mdash lungimea AnS LGF mdash lungimea GarF PA mdash prăjina de antrenarePm ndash pătraţii mici AnRo mdash antrenor cu role PM mdash pătraţi mari MR mdash masa rotativa

RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA VSCS - ventil de siguranţa cana desiguranţa CH - cap hidraulic c - cacircrlig MC - ansamblul macara - cacircrlig

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 1Gageni

J CB HCBj= LCBj

(m)

LS

(m)YTj DCBj

(mm)Tip

burlane si IF

DMCBj

(mm)δCBj

(mm)DSPj

(mm)Tipul sapei

IFU-C

1

CSA 4375 4375 0125 13 38(3397)

APIS

3651 397 17 12in

S-17 frac12 J

7 58 REG

6

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

1 Alegerea instalatiei de foraj11 Programul de constructie a sondei

Valori cunoscute in vederea constructiei sondei

adacircncimea finală a sondei HM = 3500m programul de tubare a sondei

adacircncimea de tubare relativă pentru coloana de ordinul j yTj isin0125 07 1in

diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a burlanelor din componenţa ei

DCBj 1338 8 58 5 in

yTj =

HTj

HM (11) icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j

HM ndash adacircncimea maximă (finală) a sondei HTj =yTj middot HM (12) (12)

HCB1 = 0125 middot 3500 = 4375 mHCB2 = 0 7 middot 3500 = 20125 m

HBC3 = 1 middot 3500 = 3500m

In tabelele 111 si 112 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 1Gageni

Tabelul 111 Informatii generale despre Sonda 1 Gageni

1 Sonda 12 Structura geologica Gageni3 Caracter Exploatare petrol4 Debit estimat cca 60 t24 b5 Adincimea proiectata 3500 m6 Programul de tubare 13 38 in x 4375 m 8 58in

x 20125m 5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F 200-2 DH (T (SAn))8 Durata de realizare montare-demontare

35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

In figura 111 se prezintă principalele părţi componente ale unei garnituri de clasicaconvenţională icircn cazul forajului cu masa rotativă

5

Fig 111 Garnitura de foraj (Gar F) clasica convenţională in cazul forajului cu MRAn Ad - ansamblu de adacircncime s - sapa RL - reducţie de legătura

Cor St Ro - corector - stabilizator cu role ASV - amortizor de şocuri si vibraţiiPG mdash prăjina grea DPG mdash diametrul nominal (exterior) al PG St mdash stabilizator

G -geala LAnAd - lungimea AnAd AnS - ansamblul superior PFI - prăjina de forajintermediara PF - prăjina de foraj DPF - diametrul nominal (exterior) al PF

L AnS mdash lungimea AnS LGF mdash lungimea GarF PA mdash prăjina de antrenarePm ndash pătraţii mici AnRo mdash antrenor cu role PM mdash pătraţi mari MR mdash masa rotativa

RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA VSCS - ventil de siguranţa cana desiguranţa CH - cap hidraulic c - cacircrlig MC - ansamblul macara - cacircrlig

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 1Gageni

J CB HCBj= LCBj

(m)

LS

(m)YTj DCBj

(mm)Tip

burlane si IF

DMCBj

(mm)δCBj

(mm)DSPj

(mm)Tipul sapei

IFU-C

1

CSA 4375 4375 0125 13 38(3397)

APIS

3651 397 17 12in

S-17 frac12 J

7 58 REG

6

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 111 Garnitura de foraj (Gar F) clasica convenţională in cazul forajului cu MRAn Ad - ansamblu de adacircncime s - sapa RL - reducţie de legătura

Cor St Ro - corector - stabilizator cu role ASV - amortizor de şocuri si vibraţiiPG mdash prăjina grea DPG mdash diametrul nominal (exterior) al PG St mdash stabilizator

G -geala LAnAd - lungimea AnAd AnS - ansamblul superior PFI - prăjina de forajintermediara PF - prăjina de foraj DPF - diametrul nominal (exterior) al PF

L AnS mdash lungimea AnS LGF mdash lungimea GarF PA mdash prăjina de antrenarePm ndash pătraţii mici AnRo mdash antrenor cu role PM mdash pătraţi mari MR mdash masa rotativa

RLCH - reducţie de legătura intre CH si PA VSCS - ventil de siguranţa cana desiguranţa CH - cap hidraulic c - cacircrlig MC - ansamblul macara - cacircrlig

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 1Gageni

J CB HCBj= LCBj

(m)

LS

(m)YTj DCBj

(mm)Tip

burlane si IF

DMCBj

(mm)δCBj

(mm)DSPj

(mm)Tipul sapei

IFU-C

1

CSA 4375 4375 0125 13 38(3397)

APIS

3651 397 17 12in

S-17 frac12 J

7 58 REG

6

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

(4445)2

CI (I)

2450 20125

07 8 58(219)

APIL

2445 2535 11 58in

(2952)

M-11 58 DGJ

6 58 REG

3

CE 3500 1050 1 5(127)

APIL

1413 87 6 14 in

(1587)

MA- 6 14 DGJ

3 12 REG

CB DimCBj-1

(mm)δimCBj-1

(mm)RCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 0089 006-009 0217 0137-022

2 CI (I) 451 10325 0085 006-009 0171 0137-022

3 CE 3136 7745 0054 005-0065

0109 0190-025

Tabelul 113 din care se alege spaţiul inelar δCE in funcţie de diametrul nominal al coloanei de exploatare DCE

Nr

Crt DequivDCB

mm (in)

δCB

mm

δCBr

mm

RCB

Condiţii de foraj (CF)

Normale (N) Complicate (C)

RCBr CSICBr RCBr CSICBr

1 1143(412)divide127(5) 137divide152 10divide15

0075

00098

0050

0065

0110

0150

0060

0090

0137

0220

2 1397(512)divide1583(614) 168divide191 15divide20

3 1683(658)divide1937(758) 202divide232 20divide25

4 2191(858)divide2445(958) 263divide293 25divide30

5 2731(1034)divide2894(1134) 328divide358 30divide35 0060

0090

0137

0220

0080

0100

0190

0250 6 3238(1234)divide3397(1338) 389divide408 35divide40

7 4064(16)divide5080(20) 488divide610 45divide50

Caracterul Sondei 1 Gageni este de exploatare a petrolului dintr-un zacamintformat din roci consolidatede tarie medii (M) si abrazive (A) Conform tipului de sapa aleasa pentru forajul putului de exploatare (tabelul 12) Astfel coloana de exploatare (CE) se introduce cu siul fixat in acoperisul stratului productiv la adincimea maxima (HM) de 3500 m

Coloanele sunt de tipul intregi adica tubeaza puturile forate pana la suprafata (bdquola zi) Ceea ce inseamna ca

LCBj=HCBj=HTj j=13 (13)

7

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Adincimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia

yT j=HT j

H M (14)

Astfel se obtin datele inscrise in tabelul 12

Adancimea pe care se realizeaza saparea (Ls) se determina cu expresia

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (15)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrui exterior al burlanelor care o alcatuiesc (DeB=DeCB) Masura diametrului nominal al fiecarei CB ca si masura diametrului nominal al sapei utilizate pentru forajul fiecarui put se determina prin bdquometoda de jos in sus plecind de la masura impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in capitolul 1 (Elaborarea programului de tubare) In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atit in inch cit si in mm pe baza transformarii 1 in = 254 mm Burlanele sunt construite dupa normele API (America Petroleum Institute) si au urmatoarele tipuri de filete S pentru CSA respectiv L pentru CI si CEMasura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86

Spatiul inelar pentru fiecare CB SCBJ se calculeaza cu expresia de definitie

δCBj=05 times(DSPj-DMCBj) (15a)

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBrSe constata ca marimile determinate prin calcul corespund cu cele care sunt recomandate In

STAS 328-86 exista un tabel cu corespondenta dintre DSPj DCBj si DCBj-1 Valoarea lui DimCBj-1 este preluata din STAS 875-86 pentru fiecare CBj-1 respectiv rezulta pe

baza calculului de dimensionare prin adoptarea masurii standardizate

Valoarea lui δimCBj-1 se determina astfel

ΔimCBj-1=05 times(DimCBj-1-DSPj) (15b)

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) din componenta sondei inseamna determinarea structurii ei reprezentate de

- numarul de tronsoane de burlane (nTj)- lungimea fiecarui tronson de burlane (lBi i=12nTj)- numarul de burlane din fiecare tronson (NBi i= 12 nTj)- clasa de rezistenta a otelului din care se confectioneaza burlanele din fiecare tronson (CBj)- grosimea de perete a corpului burlanului din fiecare tronson (sBi i = 1 2 nTj)- masa unitara (m1Bi) si greutatea unitara a burlanelor care compun fiecare tronson

(qB i = 1 2 ntj)Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adincimea la

care acestea sunt amplasate in cadrul coloaneiSe considera cele doua solicitari principale ale CB de tractiune datorita greutatii proprii aparente

(Ga) si de compresiune radiala si circumferentiala datorita presiunii exterioare a fiuiduiui de fpraj (pef) Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 10 Chempes cu ajutorul

diagramelor de tubareDiagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu

caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adincimea de tubare pentru coloana de tipul intreaga cu o anumita masura a diametrului nominal cu un anumit tip de imbinare filetata (S L B EL)

8

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerind o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 21)Pentru adincimea de introducere a coloanei de ordinul j (adincimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pina ce aceasta intersecteaza linia reprezentata la unghiul de 45deg care determina chiar lungimea coloanei (lungimea de tubare a putului) LCBj=LTj care este egala cu HTJ Linia verficala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinind unor burlane cu o anumita masura a grosimii de perete (SBi) si confectionate dintr-un otel de o anumita clasa de rezistenta (CBi) La intersectiile liniei verticale cu liniile de granita ce delimiteaza fiecare domeniu (pentru burlane cu SBI si CBI) se obtin lungimile Li-1 si Li i= 1 2 ntj care determina lungimea tronsonului respectiv de burlane lBA conform relatiei

LBi= Li-Li-1 (21)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alatuita coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracterisficile fiecarui tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

Cunoscind SBI din standardul de burlane STAS 875-86 se preia masa unitara a burlanelor (considerate cu o mufa infiletata la un capat) din fiecare tronson i m1Bi i=12ntj Cu ajutorul ei se calculeaza greutatea unitara a tronsonului

qBi=m1Bi g i=1 2 ntj (22)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi lBi i=1 2 ntj (23)

Cunoscind GBi i=1 2 ntj se calculeaza greutatea CB respective (de ordinul j)

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (24)

Tabelul 121 Caracteristicile burlanelor de tubare cu filet rotund lung (L) conform STAS 875-86

9

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

10

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 122 Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

CB3=CE DCE= 5 in tip IF-APIL HT4=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 300 710 1600 2500Li m 300 710 1600 2500 3500lBI m 300 410 890 900 1000SBi m P110 N-80 J-55 N-80 P100

CBI 752 752 752 752 752m1Bi kgm 2234 2234 2234 2234 2234qBi Nm 21915 21915 21915 21915 21915GBi kN 6574 8985 19504 19723 21915

GCB3 kN 76701

11

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 123 Determinarea profiluluistructurii CI(II) de 8 58 in cu filet B din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

12

CB2=CI (II) DCI(II)= 8 58 in tip IF-APIB HT2=2450 ρf=1250 kgm3 nT4=5i 1 2 3 4 5

Li-1 m 0 320 1100 1600 2000Li m 320 1100 1600 2000 2450lBI m 320 780 500 400 450SBi m J-55 J-55 J-55 N-80 N-80

CBI 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 4766 5362 5362 5958qBi Nm 52001 47029 52001 52001 58447GBi kN 16832 3666 260 20804 26301

GCB4 kN 126597

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 124 Determinarea profiluluistructurii CA de 13 58 in cu filet S din componenta Sondei 1 Gageni cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

13

CB1=CA DCI(II)= 13 58 in tip IF-API S HT1=475 ρf=1250 kgm3 nT4=2i 1 2

Li-1 m 0 400Li m 400 475lBI m 400 75SBi m H-40 J-55

CBI 838 965m1Bi kgm 8117 8117qBi Nm 7962 7962GBi kN 3184 597

GCB4 kN 3781

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-a ales sape cu trei conuri conform STAS 328-86 Tipul sapei cu trei conuri este precizat de urmatorul semn grafic de nominalizare

Sapa cu trei conuri TRA-w(Ds) DLSp

unde TR reprezinta doua sau trei litere care denumeste natura rocii (rezistenta la forajtaria rocii si abrazivitatea) TReS SM M MA MT MTA T TE E A = A (abraziva) w(Ds) valoarea numerica a masurii diametrului nominal al sapei cu [Ds] = in D - tipul danturii DsD K L - tipul lagarelor L-L G Sp - tipul spalarii SP-J A Aj

Alegerea masurii diametrului nominal al sapei se face astfel incit aceasta sa poata realiza prin foraj spatiul inelar impus de diametrul nominal al CB care tubeaza putul respectiv si de conditiile de sonda si de asemenea sa poata trece prin CB anterioara prin burlanele cu diametrul interior minim (DimCBj-1) asigurind un joc interior minirn (δimCBj-1) Astfel am ales pentru forajul putului de exploatare sapa MTA- 838 DGJ

Sapa este alcătuită din trei braţe (fălci) sudate fiecare braţ este forjat şi uzinat impreună cu butonul port rolă apoi este supusă la un tratament termic Rolele uzinate suportă şi ele un tratament termic

14

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

inainte de a fi incărcate cu dantura Se montează rolele pe butoane prin intermediul setului de lagăre se asamblează cele trei braţe se sudează şi se filetează cepul sapei iar in final se marchează conformcodificaţiei specifice

Funcţionarea Lucrul acestor sape are la bază două principii de distrugere a rocii pătrundere (sfăramare) şi alunecare (aşchiere) percuţie Aceste efecte complementare sunt ponderate de duritatea rocilor care privilegiază un mod sau altul de dislocare Pentru rocile moi (argile slabe) efectul de pătrunderealunecare este preponderent in timp ce pentru rocile dure (cuarţite) va fi cel de percuţie Dantura sapelor se diferenţiază in funcţie de tipul rocilor roci moi ndash dinţi lungi cu alunecare importantă a rolelor roci medii ndash dantură mai scurtă şi mai numeroasă alunecare redusă roci tari şi extra-tari ndash dinţii sunt inlocuiţi cu inserţii din carburi metalice (TC ndash tungsten carbide) alunecarea rolelor este foarte redusă (chiar nulă)

14Alegerea tipodimensiunii de prajini grele si calculul lungimii ansamblului de adancime

Prajinile grele (PG) pentru foraj au rolul de a realiza forta de apasare pe sapa (Fs) Ele fac parte din ansamblul de adincime (AnAd) al GarF Exista doua variante de executie a PG

- forjate cu tratament termic de оrabunatatire pe toata lungimea- laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si оmbunatatire la capete

PG se realizeaza оn urmatoarele forme consrtuctive

- PG cu conturul exterior circular numite PG circulare (PGC)- PG cu canale elicoidale nuraite PG elicoidale (PGE)- PG cu conturul exterior patrat niunite PG patrate (PGP)- PG cu conturul exterior circular cu degajari pentru pene si elevator (PGCDPE)

Fig 141 Prajina grea circulara (PGC)

Din calculele anterioareDS=6 14 in=1587 mm

DPG=DS - 25mmDPG=1587-25= 1337 mm

Din tabele se alege prajina circulara corespunzatoare cu urmatoarele caracteristici

Tabel 141 Caracteristicile prajinii circulareDiametrul exterior

D(DPG)

Diammetrul interior

d(DPGi)

Tipodimensiunea imbinarii filetate

cu umar(IFU)

Diametrul fetei de

etansareDF

Masa aproximativa

Momentul de

insurubare recomandat

(min)

i

mm in mm in mm mPG

kgm1PG kgm

Nm

1270 5 572 2 14 NC38 (3 frac12) 1210 725 788 17300 238

15

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Alegerea prajinilor grele

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

mdash diametrul nominal (DPG)mdash diametrul interior (DPGi)mdash greutatea unitara (qPG)si stabilirea tipodimensiunii imbinarii filetate cu umar (IFU)

Diametrul nominal al PG reprezinta diametrul exterior al corpului acesteia

DPG=DPGe (141)

Valoarea diametrului nominal al PG se determina ca o masura optima avind in vedere urmatoarele

1) evitarea pericolului de pierdere a stabilitatii AnAd si prin aceasta prevenirea abaterii de la unghiul de deviere prestabilit ceea ce necesita o masura cit mai mare a diametrului nominal2) asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu o masura cit mai mare pentru ca

pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cit mai mica si de asemenea pentru a se evita pericolul de prindere a PG si totodata pentru a limita efectul daunator al fenomenului de pistonare manifestat la ridicarea GarF toate acestea implicind o masura cit mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale efectuate оn conditii de santier privind viteza medie de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) оn functie de raportul D2

PG D2S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142 Viteza medie de avansare a sapei si timpul de prindere in terena GarF pentru fiecare sonda in functie de raportul dintre aria sectiunii

globale a PG si a gaurii de foraTabelul 142 Clasificarea tipurilor de PG si de formatiuni in care sa se foreze

dupa valorile raportului DPG DS

Tipul de PG DPG DS Tipul de formatiuneObisnuita 070 Cu pericol mare de prindere

Intermediara 080 Cupericol mediu de prindereSupradimensiunata 089 Fara pericol de prindere

16

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica

DPG=DS-25 (142)

Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 1 Gageni se considera ca nu exista pericol de prindere in formatiunea geologica transversata prin foraj pina la adincimea finala Avind in vedere tipul de formatiune precizat mai susconform tabelului 2 se alege PG supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1587-25mm= 1337mmDin tabel se alege DPG=127 mm si se considera valoarea standardizata a diametrului nominal cea

mai apropiata de masurile rezultate anterior adica DPG=1337mmpentru care exista DPGi = 572 mm cu m1PG = 788 kgm

Se calculeaza greutatea unitara - pentru DPGi= 127 mm

q=7887kgm

∙981ms=77371 N m

α PG i=8

π2∙

002

(788 ∙10minus2)m5=16762∙104mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica dar fara sa se evite fenomenul de flambajdeoarece aceasta lungime este mai mare decit lungimea critica de flambaj De aceea se prefera alegerea masurii mai mari a diametrului interior pentru ca pierderile de presiune care se produc la curgerea fluidului de foraj sa fie mai mici Deci se allege PG cuDPG= 5 in= 127 mm DPGi = 2 12 in= 572 mm IFU de tipul NC38(3 frac12) m1PG = 788 kgm Mir=173kNm

i=W M

( lC)

W C(1905 )=238

Se observa ca i=238ltiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta buna la oboseala in sectiunile sale critice

15Determinarea lungimii ansamblului de adincime si verificarea acestuia la flambaj

151Determinarea lungimii ansamblului de adincime Pe baza datelor obtinute anteriorse calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minus ρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)

Unde este densitatea fluidului de foraj(150tm3) - densitatea otelului(7850tm3) qPG ndash greutatea unitara a PG cL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa - unghiul mediu de deviere al sondei fata de verticala

Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025 ∙ ln (4 ) ] t

m3=1563 t m3

17

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=788kgm

∙ 981m

s2=7731

kNm =0773kN

Se calculează forţa de apăsare pe sapăFS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS (154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙3500) ∙ 1587 kN= 8926 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=8926 kN

0 85sdot0 779kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=172 28m

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

nPG=170 4

9=18 93≃19

Se allege nPG=13deci se recalculeaza LAnPGLAn PG=19sdot9=171 m

Se recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=89 26 kN

171sdot0 773sdot(1minus 157 85 )sdot(cos3minus03sdotsin 3 )

=0 849

Se constata ca se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

152Verificarea la flambaj a AnPGLungimea supusa la compresiune a AnPG este

c LsdotLAn PG=0 849sdot170 4=144 7 (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG

LAn PG=c fsdot3radic EsdotI PG

qa PG (157)

Unde cf este coeficientul de flambaj(cf=17 conform lui NParvulescu) E ndash modulul de elasticitate

al materialului (E=21iquest1011Pa) IPG ndash momentul geometric axial qaPG ndash greutatea unitara aparenta a PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG=π

64sdot(DPG

4 minusDPG i4 )

(158)

I PG=π

64sdot(12 74minus5 724)cm4=1 306sdot10minus5m4

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

18

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo

) (159)

qa PG=1 306sdot(1minus 157 85

)=0 619kNm

Masura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17sdot3radic 21sdot1011sdot1 306sdot10minus5

0 619sdot103=27 92 m≃28 m

Comparind aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=144 7 mgtLAn PG cr=28 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avind in vedere efectele nefavorabile ale acestui fenomen asupra procesului de foraj ca si asupra durabilitatii prajinilor grele trebuie sa se ia masuri pentru evitarea lui O masura practica este utilizarea stabilizatorilor Astfel se folosesc 4 stabilizatori amplasati intre PG la diferite distante in conformitate cu masura fortei de apasare pe sapa si cu unghiul mediu de deviere de la verticala putului Astfel se obtine urmatorul aranjament pentru cei 4 stabilizatori deasupra sapei se monteaza un corrector-stabilizator la distanta de 09m fata de sapa apoi la distantele de 52m 162m si respectiv 262m tot fata de sapa se monteaza intercalate intre prajini grele al doilea al treilea si respective al patrulea stabilizator

16Alegerea tipodimensiunii de prajini de foraj si calculul lungimii ansamblului superior al garnituriide foraj

Garnitura de foraj clasica reprezinta un ansamblu de elemente tubulare imbinate prin filete care permite transmiterea de la suprafata la sapa a energiei mecanice de rotatie si circulatia fluidului de foraj

Alegerea prajinilor de forajA alege prajinile de foraj inseamna a stabili citeva criterii

-tipul PF-diametrul nominal si grosimea de perete-clasa de rezistenta-clasa de uzura-intervalul de masuri ale lungimii

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpuluiDiametrul nominal al PF se alege in functie de diametrul sapei masurile orientative fiind date de urmatorul tabel

Ds mm 150-170 150-200 175-225 200-250 225-300 gt250

DPF mm(in) 889(312) 1016(4) 1143(412) 127(5) 1397(512) 1683(658)

Se aleg prajini de foraj cu racorduri speciale sudate(RSS)

19

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Pentru forajul putului de exploatare al sondei 1 Gageni se alege sapa cu trei role de tipul MA-6 14 DGJ Ca urmare vom aveaDPF=312 in=889mmSe presupune ca mediul din sonda este acid se alege grad E-75 tipul ingrosarii capetelor PF EU=IEPentru acest tip de sapa va rezulta

-masa unitara a PF cu racorduri m1 PF=20 6kgm

-grosimea de perete sPF=9 39 mm

-diametric interior DPF i=70 2 mm

-presiunea exterioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pe L=97 3 MPa

- presiunea interioara limita dpdv al curgerii materialului corpului PF pi L=95 1 MPa

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF F t c L=1208 kN

-momentul de torsiune limita dpdv al curgerii materialului corpului PF M t L=25 15 kNm

-tipodimensiunea IFU a RSS NCC 46

-forta de tractiune limita dpdv al curgerii materialului RSS F t RS L=2612 kN

-momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS Mi RS L=2154 kNm

-momentul de insurubare recomandat M i r=12 3kNm

Se alege lungimea PF cu masura in intervalul II lPF=9 m

Se calculeaza aria sectiunii transversale a corpului PF

APF=π4sdot(DPF

2 minusDPF i2 )

(161)

APF=π4sdot(88 92minus70 22 )=2336 69mm2≃2337mm2

-modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minusDPF i4

DPF4 ]

(162)

W p=π

16sdot88 93sdot[1minus70 24

88 94 ]=84 315 cm3

-calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(163)

σ tcl=1208 kN

2337 mm2=5169∙ 106 Pa

-calculul tensiunii tangentialeτ=G∙θ ∙ r (164)

θ=M t

G ∙ I p

(165)

θ= 2515 kNm

8 ∙ 1010 N m2 ∙ 09581∙10minus5 m4=652 ∙10minus2 1

m

20

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

τ=2982 ∙106 N

m2

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu expresiaLAn S=H MminusLAn PG (166)LAn S=3500minus171=3329m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=LAn S

lPF (167)

nPF=3329

9=369 8

Se alege nPF =370 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=370∙9=3330m

Tabelul 161 Amplasarea optima a stabilizatorilor in functie de Fs si ϴ

Conform tabelului 161 se aleg 4 stabilizatori la 09m46m155m268m

17 Alegerea prajinii de antrenare

Prăjina de antrenare transmite mişcarea de rotaţie de la masa rotativă la garnitura de foraj suportă greutatea totală a garniturii face legătura intre capul hidraulic şi ultima prăjină de foraj din garnitură permite manevrarealongitudinală cu rotaţie a garniturii pe o lungime egală cu lungimea porţiuniiprofilate conduce fluidul de foraj prin interior In secţiune transversală zona profilată este patrată sau hexagonală (rar triunghiulară) iar la capete este prevăzută cu secţiuni cilindrice ingroşate (cu lungime mai mare decat a pieselor de racord) pe care se taie filetele de legatură Sensul filetelor la cele două capete este diferit şi depinde de sensul de antrenare al garniturii de foraj pentru garnitură dreapta ndash jos filet dreapta iar sus filet stanga (invers pentru garniture stanga) Prăjina de antrenare este elementul cu lungimea cea mai mare (40hellip54 ft) din componenţa garniturii de foraj pentru a face posibilă adăugareabucăţii de avansare Prin forma ei profilată prăjina de antrenare preia mişcarea de rotaţie de la masarotativă şi o transmite spre sapă prin intermediul garniturii de foraj Prăjinile de antrenare sunt ţevi cu pereţii relativ groşi cu interiorul circular şi exteriorul profilat poligonal Ele au lungimea totală de circa 12 m şi porţiunea de antrenare profilată de aproximativ 11 m Zona de antrenare trebuie să fie mai lungă decat prăjinile de avansare din garnitură Prin calităţile materialului şi prin dimensiunile transversale prăjinile de antrenare sunt mai rezistente decat prăjinile de foraj Distanţa dintre feţele opuse ale poligonului defineşte dimensiunea nominală a prăjinilor de antrenare (Dn) Indiferent de dimensiunea nominală toate prăjinile de antrenare au la capătul superior aceeaşi mufă (6 58 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului

21

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

scade cu dimensiunea nominală a prăjinii - dar capul hidraulic cu reducţia lui de protecţie cep-cep rămane acelaşi De fapt intre prăjina de antrenare şi capul hidraulic se montează intotdeauna o cana de siguranţă care işi păstrează dimensiunea mufei şi a cepului (6 58 REG) indiferent de presiunea delucru Capătul de jos al prăjinii de antrenare este prevăzut cu o reducţie de protecţie mufă-cep ea poate fi schimbată cand i se uzează cepul Pe reducţie se montează un manşon de cauciuc ca să protejeze prevenitoarele de erupţie şi coloana de burlane Uneori intre prăjină şi reducţie sau chiar in locul ei se amplasează o reducţie prevăzută cu ventil de reţinere care evită circulaţia inversă Din punct de vedere constructiv prăjinile de antrenare sunt forjate sau frezate Se folosesc oţeluri aliate imbunătăţite pe toată lungimea prăjini călite şi revenite In Romania se utilizează oţelul 46MoMnCr10 asimilat cu oţelul AISI 4145H (SUA) Rezistenţa lui minimă la rupere trebuie să fie 980 Nmm2 iar rezistenţa minimă de curgere (de fapt limita de proporţionalitate Rp02) de 770 Nmm2 Duritatea Brinell 285 - 341

Fig 171 Prajina de antrenareAlegerea prajinii de antrenare inseamna alegerea-tipului dpdv al semifabricatului al conturului exterior al sectiunii transversale din portiunea de antrenare si al variantei constructive-dimensiunii nominale-tipo-dimensiunilor imbinarilor filetate superioare si inferioare

Prajinile de foraj se imbina la partea superioara cu capul hidraulic prin intermediul unei reductii de legatura cep-cep iar la partea inferioara cu racordul special al prajinii de foraj cu ajutorul unei reductii de legatura mufa-cepSe prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura proprii asa cum este cazul prajinii laminateAlegem o prajina de antrenare forjata patrata avind elemental de imbinare superioara de tipul mufa cu filet stinga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hydraulic(RLCH) Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stability ca se ia prajini de foraj de 412 in cu racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46 Ca urmare conform tabelului 1 se alege prajina de antrenare in varianta constructive 1(standard) cu dimensiunea nominala de 414 in Se foloseste o RLPA dreapta de tipul mufa(NC46)-cep(NC46)

Tab171 Marimile caracteristice ale prajinii de antrenare (PA) si ale imbinarilor filetate ale elementelor delegatura (RLCH si RSS)

Nr varianta

IcircFU IcircFU PATip RLPA

PA

RLCH RLRSS sup inf DPA DPAi a lPA m mPA

22

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

mm(in) mm mm kg

1cep6 58 REG

mufăNC38

mufă6 58 REG

cepNC38

A (dreapta) NC38-NC38

89(3 12)

572 1968 12192 580

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume GCA= 3781kN GCI(I)= 126597 kN GCE=76701Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCAGCI(I) GCE=126597 kNS-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=5 in=127mm DPGi=572mm m1PG=788 kgm qPG=0773 kNm LAnPG=1704m

Se determina greutatea AnPG GAn PG=qPGsdotL An PG (181)GAn PG=0 773sdot170 4=131 71kN

Greutatea unitara a PF folosind formulaqPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=20 6sdot9 81=202 08Nm

Greutatea AnS va fiGAn S=qPFsdotLAn S (183) GAn S=20208sdot3 330=672 9kNGreutatea GarF se obtine insumind greutatea AnPG si greutatea AnSGGar F=GAn PG+GAn S (184)GGar F=131 71sdot672 9=804 61kNSe considera ca cea mai grea GarF este garniture utilizata pentru forajul putuui de exploatareGGar F M=804 61kNAlegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la cirlig si a tipului de actionare

FM=max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+km f(M )sdot

ac(M )

g )] (186)

23

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

unde

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

in care DCB ndash diametrul nominal al CB LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinal j kDij ndash coef Diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in=21904mmntCI(II)=3sB jisin 10 16 8 94 10 16 10 16 10 16 mmDi B jisin 201 19 198 75 198 75198 75 196 21 mmk Di jisin 0 907 0 918 0 907 0 907 0 895 l jisin 320 780 500 400 450 mLCI(II)=HCI(II)=2450m

=125tm3

sf a=0 6533 mm grosimea stratului de fluid de foraj adherent de peretele exterior al CB

sumj=1

5

(k Di j2 )sdotl j=(1-0907 )sdot(320+500+400 )+ (1-0918 )sdot 780+(1-0 895 )sdot450 =4275m

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+ 4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j ]

k m f(M )

=0965

k r(M )=02 ac

(ltM )=1 ms2

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+((1+k m f(M ))sdot

ac(M )

g )] (188)

FM T =126597 sdot[(1minus1 25

7 85 )sdot(1+02 )+((1+0 965 )sdot 19 81 )]=1530 45kN

Sarcina maxima utila de degajare

FM D =GGar F Msdot(1minus

ρf

ρo

)+F D M (189)

FD M este forta de degajare maxima FD M =600kN

FM D =804 61sdot(1minus1 25

7 85)+600=1276 48

kNConform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1530 45 1276 48 kN=1530 45 kN=156 tf

24

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Din tab 11 [1] se alege o instalaţie de foraj F200 - 2DH instalaţie care are următorii parametri principali

- Sarcina maximă la cacircrlig FCM = 2000 kN

- Intervalul adacircncimilor de foraj recomandate (2000hellip4000)m

- Puterea instalată minimă fără grupuri motopompa 1310 kW (1780 CP)

- Efortul maxim icircn cablul de manevră 25 kN

- Diametrul cablului de manevră 32 mm

- Numărul de role la macara 5

- Puterea minimă la intrare icircn masa rotativă 370 kW (500 CP)

- Diametrul secţiunii de trecere recomandat la masa rotativă 5207 mm (2012 in)

- Puterea la arborele pompei recomandată 515 kW (700 CP)

- Numărul de pompe (inclusiv motopompele) 2

- Icircnălţimea liberă a mastului (informativ) 38 m

- Icircnălţimea minimă a podului sondei 4 m

1 9 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop determinarea parametrilor principali ai unei instalaţii de foraj precum şi alegerea tipului de instalaţie de foraj pe baza parametrilor determinaţi şi anume programul de construcţie al sondei (care a avut ca scop proiectarea sondei icircn ansamblu pe baza datelor iniţiale de proiectare şi determinarea caracteristicilor sondei) determinarea profilului coloanelor de burlane necesare tubării sondei respective şi calculul greutăţii coloanelor de burlane folosite alegerea garniturii de foraj pentru adacircncimea maximă (pentru acest lucru a fost necesar sa ne alegem mai multe componente ale garniturii de foraj pe baza unor calcule şi cu ajutorul tabelelor şi stasurilor icircntocmite icircn acest sens) Alegerea garniturii de foraj s-a făcut plecacircnd de la componentele de fund ale instalaţiei de foraj către suprafaţa In funcţie de diametrul burlanelor de tubare s-a ales sapa corespunzătoare icircn funcţie de diametrul sapei de foraj s-au ales prăjinile grele şi s-a determinat lungimea ansamblului de prăjini grele Prăjinile de foraj au fost alese tot icircn funcţie de diametrul sapei de foraj după care s-a calculat lungimea ansamblului de prăjini de foraj Pentru a se putea alege instalaţia de foraj corespunzătoare a fost necesar sa se calculeze greutatea totala a garniturii de foraj

Icircn final s-a ales instalaţia de foraj corespunzătoare parametrilor determinaţi anterior

25

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

CAPITOLUL 2

ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ ŞI PREZENTAREA PARAMETRILOR ŞI CARACTERISTICILOR LOR

21 Alegerea capului hidraulic

Acest echipament este un nod funcţional al instalaţiei de foraj Funcţiile acestuia sunt

susţine garnitura de foraj asigură rotirea garniturii de prăjini de foraj şi circulaţia fluidului de la furtun la garnitura de

prăjini (părţile fixe şi rotitoare a capului hidraulic sunt montate intre ele pe rulmenţi şi etanşate)Icircn figura 21 este prezentată schema unui cap hidraulic

26

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 21 Capul hidraulic

1 - toarta capului hidraulic 2 - luleaua capului hidraulic 3 - ţeava de spălare 4 - cutia de etanşare pentru fluidul de foraj 5 - rulmentul axial secundar cu bile

6 6 - rulmenţi radiali de centrare şi de ghidare cu role cilindrice

77 - etanşările pentru uleiul de ungere a rulmenţilor 8 - rulmentul principal

9 - reducţia de legătură a capului hidraulic cu tija pătrata

10 - fusul capului hidraulic 11 - corpul capului hidraulic

Toarta capului hidraulic este suspendată icircn cacircrligul instalaţiei de foraj

Luleaua capului hidraulic este piesa de racordare a furtunului de la icircncărcător Luleaua se fabrică din oţel aliat turnat pentru a rezista acţiunii particulelor abrazive din componenţa fluidului de foraj

Ţeava de spălare are duritate mare pentru că este supusă la interior la abraziune şi la interior frecărilor din cutia de etanşare pentru fluidul de foraj Există construcţii noi de capete hidraulice care se

27

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

fac cu ţeava de spălare cu montaj lateral (cu două presetupe) icircn acest caz creşte gabaritul pe verticală dar se schimbă mai comod

Cutia de etanşare pentru fluidul de foraj lucrează sub presiune

Rulmentul axial secundar cu bile preia sarcinile ascendente

Rulmentul principal preia sarcinile axiale descendente este un rulment de tipul axial radial cu role conice sau cu bile la capete hidraulice mai mici

Reducţia de legătura a capului hidraulic cu tija pătrată este prevăzută cu filet bdquostacircnga Filetul este bdquostacircnga datorită faptului că masa rotativă se roteşte spre dreapta şi ca urmare elementele aflate sub masă trebuie sa fie prevăzute cu filet dreapta iar elementele aflate deasupra mesei cu filet stacircnga (pentru a nu se produce deşurubări icircn timpul funcţionării)

Fusul capului hidraulic este piesa aflată icircn mişcare de rotaţie

Cerinţele impuse capului hidraulic sunt următoarele

siguranţă icircn funcţionare (rezistenţă corespunzătoare) durabilitate mărită pierderi hidraulice şi uzuri minime etanşeitate

Caracteristicile principale ale capului hidraulic sunt

a) forţa statică maximă preluata de acesta este sarcina nominală a capului hidraulic Simbolizarea capului hidraulic se face cu grupul de litere bdquoCH sau bdquoCHT pentru capete hidraulice cu ţeava de spălare montata lateral urmate de sarcina maximă icircn tf Exemple CHT 650 CHT 500 CHT 400 CH 320 CH 200 CH 125 CHT 50

b) sarcina maximă icircn timpul funcţionăriic) presiunea maximăd) viteza unghiulara maximă sau turaţia maximăe) cotele d1 şi A din figura 21 [1 ]

Alegerea capului hidraulic se face icircn funcţie de condiţia FCH ge FCM

Din tab 112 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH - 200 necesar instalaţiei de foraj alese F200 cu următoarele caracteristici tipizate

1 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FCH= 2000 kN

2 Sarcina normala de lucru la cacircrlig 1250 kN3 Tipul rulmentului principal 294484 Dimensiunile rulmentului principal dD x B 240440x 122 mm5 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment cf Spec API 8A 114 Ustonf6 Presiunea maximă de lucru 210 bar7 Turaţia maximă 300 rotmin8 Diametrul interior al ţevii de spălare 76 mm9 Filetul de legătura al lulelei la furtunul de cauciuc LP410 Filetul reducţiei de legătura cu prăjina de antrenare 658 N11Distanta liberă pentru introducerea cacircrligului H+50mm 530 mm 12 Razele de curbura ale suprafeţei de susţinere a toartei

a E2max= 635 mm

28

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

b F2max= 1143 -1+3 mm

13 Dimensiunile principale

a icircnălţimea A 2500 mm

b Lăţimea B 788 mm

c icircnălţime biglu D 127-1 mm

14 Masa totala mCH =1 58t

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

GCH = mCH middot g (21)

GCH = 15t 981ms2 = 15499 kN

22 Alegerea ansamblului macara-cacircrlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 23 Simbolizarea acestui echipament se face cu ajutorul grupului de litere MC urmat de valoarea icircn tf a sarcinii maxime utile de la cacircrlig

Arcul serveşte pentru săltarea pasului la deşurubare evitacircndu-se astfel o manevra suplimentară La macaralele mari icircn paralel cu arcul există un amortizor hidraulic pentru evitarea deteriorării filetelor cepului şi mufei din cauza vitezelor mari de săltare Sistemul de blocare la rotire are 24 de poziţii şi serveşte podarului la poziţionarea dorită a cacircrligului [1]

29

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 23 Ansamblul macara-cacircrlig

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia FMC ge FCM

Din tab91 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32 MC -200 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 226 pag 166-167)

1 Sarcina maximă la cacircrlig FMC = 2000 kN2 Numărul rolelor de la macara m = 53 Diametrul cablului dc = 32 mm4 Diametrul exterior al rolei 1100 mm5 Diametrul de fund al rolei 1000 mm6 Diametrul axului 260 mm7 Tipul rulmenţilor rolei 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulmenţi 347 Ustonf9 Cursa arcului C = 200 mm

10 Dimensiuni

A = 3940 mm B = 1200 mm C = 720 mm D = 34925 mm E = 2235 mm H = 200 mm M = 4925 mm N = 3155 mm O = 608 mm

30

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

P = 806 mm12 Masa mMC = 6437 t

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (220)

GMC =6437t middot 981 ms2 = 63147 kN (221)

23 Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul este un ansamblu care conţine scripeţii ficşi ai mecanismului macara-geamblac aflaţi la partea superioară a turlei sau mastului

Există mai multe tipuri constructive de geamblacuri

1 Geamblacuri de foraj cu un singur etaj

a geamblacul de foraj romacircnesc

bull geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţieromacircnească Avantajul acestui tip constructiv este acela că este oconstrucţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

o geamblacul de foraj tip B este geamblac cu diametrul axului mai mic dar lungimea totală este mare Punctele de reazem intermediare sunt impedimente pentru rotirea geamblacului cu 180deg

c geamblacul de foraj din două blocuri

bull geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se potroti şi interschimb icircntre ele asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

bull geamblacul de foraj tip D axele sunt coplanare icircntr-un planorizontal rolele sunt fixe pe ax şi axul este montat pe rulmenţi

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

e geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

bull geamblacul de foraj tip E fiecare rolă este montată pe axul ei Este posibilă schimbarea relativ uşoară a rolelor Axul este montat pe rulmenţi

f geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

bull geamblacul de foraj tip F această variantă constructivă este compusă din două etaje cu rolele dispuse icircn plane diferite Din cauza amplasării rolelor perpendicular nu se reduce spaţiul de siguranţă Diametrul axului este mai mic

31

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 24 Elementele principale ale acestuia sunt rolele axul geamblacului şi rulmenţii Axul se realizează din oţel Cr-Ni sau Cr-Mo Fiecărei role a geamblacului trebuie să i se asigure un regim de ungere ca urmare axul este găurit iar ungerea rulmenţilor se va face cu ungătoare cu bilă

Rulmenţii pot fi de diverse tipuri cu role cilindrice lungi cu sau fără inel exterior(rolul acestui inel este jucat de butucul rolei de cablu) cu role cilindrice scurte cu role conice pe două racircnduri Rulmenţii se construiesc cu joc radial mărit pentru că trebuie realizată stracircngerea rolei de cablu pe inelul exterior al rulmentului [1]

Fig 24 Componenţa geamblacului de foraj 1 - role 2 - rulmenţi 3 - ax

4 - rama geamblacului 5 - capacul geamblacului

La alegerea geamblacului de foraj se ţine seama de condiţia FGF ge FCM

Din tab 81 [1] se alege geamblacul de foraj 6-32 GF-200 care prezintă următorii parametrii (din Instalaţii şi Utilaje ptr Forarea Sondelor tabelul 220 pag 154-155)

1 Sarcina maximă la coroana geamblacului 2500 kN

2 Sarcina maximă de lucru la cacircrlig FGF = 2000 kN

3 Numărul roţilor de manevră m = 6

4 Diametrul cablului dc = 32 mm

5 Diametrul exterior al roţilor 1100 mm

6 Diametrul de fund al roţilor 1000 mm7 Tipul rulmenţilor roţii 575928 Sarcina maximă icircn funcţie de rulment 416 Ustonf9 Masa mGF = 2050 t

32

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 25 Geamblac de foraj

Se calculează greutatea geamblacului de foraj cu relaţia următoare

GGF = mGF g (23)

GGF = 2050t 981 ms2 = 201105 kg

24 Alegerea elevatorului cu pene (broaştei cu pene)

Manevrarea coloanelor de burlane (la introducere şi la extragere) se face cu ajutorul elevatorilor de dimensiunea corespunzătoare adacircncimii maxime de tubare a coloanelor respective Elevatorii pentru burlanele cu mufe se fabrică de obicei de dimensiunea 50 t 100 t şi 150 t şi pot fi prevăzute cu chiolbaşi de dimensiunea 134 ndash 212 Greutatea elevatorilor (fără chiolbaşi) variază pentru tipul cel mai mare icircntre 975 kg (pentru dimensiunea 412) şi 2267 kg (pentru dimensiunea 20)

Materialul de construcţie este oţelul cu mangan-molibden tratat termic icircndeplinind astfel condiţiile unui elevator rezistent şi uşor Pentru burlanele bdquoflush sau pentru burlanele speciale de tip bdquoExtreme Line bdquoHydril sau bdquoOmega cum şi pentru coloanele lungi - peste circa 1800 m se utilizează

33

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

elevatorii cu bdquopene care pentru anumite fabricate depăşesc cu mult forţa de tracţiune a corpului burlanului icircnainte de icircnceperea lucrului cu acest tip de elevator se cere a se inspecta penele de prindere şi restul mecanismului auxiliar

Elevatorul bdquopentru bucată este utilizat icircn mod avantajos la adăugarea de burlane la formarea coloanei sau pentru darea bucăţilor afară din sondă lucrul cu acest elevator permiţacircnd o aliniere rapidă a filetelor la operaţia de tubare Elevatorul este prevăzut cu un suvei cu cablul corespunzător şi cu clemele respective Greutatea elevatorului pentru burlanele cu mufe variază icircntre 191 kg pentru dimensiunea 412 şi 281 kg pentru 1034 Lucrul cu elevatorul pentru bucată are loc icircn modul următor se prinde o bucată de pe podul de burlane din faţa sondei şi se ridica pacircnă la nivelul coloanei fixate icircn masa rotativă După icircndepărtarea protectorului de filete şi curăţirea finală a fileului se aplică conform normelor unsoarea respectivă de filete după care burlanul este coboracirct pentru a intra icircn mufa burlanului următor unde are loc o primă icircnşurubare cu cleştii cu lanţ pacircnă icircn momentul cacircnd se consideră indicată stracircngerea cu cleştii mari ai sondei In acest moment elevatorul de bucată este lăsat să alunece icircn jos pe burlanul respectiv icircn timp ce elevatorul mare se prinde de burlanul recent icircnşurubat la gura puţului Elevatorul pentru bucată este desfăcut icircn momentul cacircnd atinge icircnălţimea de circa 15 m de la masa rotativă fiind din nou lăsat sa ajungă pe podul de burlane unde se continua acelaşi ciclu cu burlanul următor

Acest tip de elevator bdquopentru bucata este de asemenea foarte util şi icircn efectuarea operaţiei de adăugarea de bucăţi de prăjini de foraj utilizacircnd icircn acest scop gaura prăjinii de antrenare [1]

Alegerea elevatorului cu pene se face luacircnd icircn consideraţie condiţia FElp ge FCM

Din tab 531 [6] se alege elevatorul 200 x 658 cu următoarele caracteristici

1 Sarcina maximă FELP = 200 tf 2 Dimensiunile principale

HB = 924 mm

HE = 880 mm

d = 1080 mm

1=1300 mm

3 Masa mElP = 2100 kg = 21 t

Icircn figura 26 este prezentat tipul constructiv al unui elevator cu pene pentru burlanele de tubare

34

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 26 Elevator cu pene

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

GElP = mElP g (24) GElP = 21t middot 981 ms2 = 20601 kN

35

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

25 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatoarele pentru prăjini de foraj sunt de două tipuri

cu scaun drept pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri icircnşurubate standardizate prin STAS 209-69

cu scaun conic pentru manevrarea prăjinilor cu racorduri sudate care au suprafaţa de sprijin conica cu generatoarea icircnclinată la un unghi de 18 standardizate prin STAS 7250-65

In figura 27 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic [6]

Fig 27 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Pentru prăjinile de foraj cu racorduri speciale sudate cu diametrul nominal DPF =312175 IEI se alege un elevator pentru prăjini cu scaun conic care are diametrul egal cu diametrul nominal al prăjinilor de foraj tab 528 [6]

GGFM=138505 KN

36

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

FCM=GCGF (250)

=02

o=785 tm3

f=1469 tm3

ac=15ms2

FCM=138505 1614KN (251)

FCM=16459 tf

( Din STEROM SA OIL FIELD EQUIPMENT COMPANY ndash Elevator ptr Prăjin de Foraj nr 05-1018R fila 2 tabelul 1

Se alege elevatorul cu scaun 312 175 tf

-dimensiunea nominala a elevatorului 312 889 mm

-dimensiunea de trecere 702 mm

-sarcina de lucru 175 tf 200 KN

-masa informativa 146 Kg 0147 t

-tipul legaturii IEI

-h= 320 mm

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

GEL= mEl middot g (252)

GEl = 1468 kg middot 981 ms2 = 144 kN (253)

37

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

26 Alegerea chiolbaşilor

Chiolbaşii asigură suspendarea elevatorului icircn cele două guri laterale ale cacircrligului de foraj (se utilizează o pereche de chiolbaşi) [1]

Icircn figura 28 este prezentată construcţia unui chiolbaş

Fig 28 Chiolbaşi

a mdash pentru sarcina de 20 80 tfpereche b - pentru sarcina de 125 tfpereche

c - pentru sarcina de 200 şi 320 tfpereche

Se alege o pereche de chiolbaşi care să icircndeplinească condiţia Fch ge FCM

Din tab 532 [6] se alege o pereche de chiolbaşi cu următoarele date nominale

1 Gama de sarcini Fch = 200 tf per2 Dimensiuni principale

D1 = 73 mm C2 = 102 mm G1 = 70 mm D2 = 34 mm H1 = 285 mm

Lungimea totala Lch = 2100 mm Masa netă informativă mch = 177 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (261)

GCh = 177 kg middot 981 ms2 = 1736 kN (262)

38

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

27 Alegerea cablului de manevră

Cablul de foraj sau de manevra este o construcţie din fire metalice răsucite elicoidal care preia doar efortul de icircntindere avacircnd flexibilitate ridicata Cablurile sunt de mai multe feluri plate sau rotunde (icircn foraj se folosesc doar cabluri rotunde) Cablurile se folosesc icircn mai multe scopuri

gt la manevră cablul de manevră sau de forajgt la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcăritgt la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancorăgt pentru rabaterea turlei cablul de praştiegt la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electriciCablurile pot fi simple duble (folosite la foraj) sau triple Sacircrmele de cablu se icircnfăşoară icircn toroane

(sau viţă de cablu sau cablu simplu) şi la racircndul lor toroanele se icircnfăşoară realizacircnd cablul dublu Toronul este realizat din straturi de sacircrme care pot fi

gt de acelaşi diametru 5 la firegt de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 29)

gt cablul FILLER - cu fire subţiri intercalate icircntre straturi gt cablul SEALE sau SIL mdash straturi cu diametre diferitegt cablul WARRINGTON- icircn cadrul aceluiaşi strat sacircrmele au diametre diferite

Fig 29 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

39

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Cablurile de foraj sunt cablurile SEALE tip 6x19 adică 6 toroane cu 19 fire icircn fiecare toron aşezate icircn 3 straturi ce reprezintă sarma centrala sau inima cablului formata de un singur fir stratul de rezistenţă format din 9 fire şi stratul de flexibilitate format tot din 9 fire

Geometria unui toron Seale se stabileşte icircn funcţie de diametrul sacircrmelor din stratul exterior sau de rezistenţă δ e Diametrul sacircrmelor din stratul de flexibilitate este δi = 057 δ e

şi diametrul inimii este δ0 = 12 bull δe

Inima cablului poate fi

gt organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)gt metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)gt din sacircrme răsucite elicoidal

Cablarea reprezintă modalitatea de răsucire atacirct a firelor icircn toron cacirct şi a toroanelor icircntre ele Exista cablarea paralelă (atacirct firele cacirct şi toroanele sunt răsucite icircn acelaşi sens spre stacircnga - cablarea SS - sau spre dreapta - cablarea ZZ) La cablarea icircn cruce firele sunt răsucite intr-un sens opus răsucirii toroanelor (exista cablarea SZ mdash firele sunt răsucite spre stacircnga iar toroanele spre dreapta mdash şi cablarea ZS) Cablarea icircn cruce asigură stabilitate la tendinţa de dezrăsucire [ 1 ]

Alegerea cablului de manevră se face respectacircnd condiţia

Srm gt CM middot FM (270)

icircn care Srm este sarcina minimă de rupere a cablului icircn kN

CM - coeficientul de siguranţă

FM - tracţiunea maximă icircn cablu la toba la extragere icircn kN

Coeficientul de siguranţă CM poate lua valorile următoare icircn funcţie de utilizarea cablului

CM = 2 pentru introducerea coloanei de tubare şi pentru instrumentaţie CM = 3 pentru extragerea şi introducerea garniturii de foraj

(271)

GoT=84461+1736+206=1068kN (272)

(273)

(274)

(275)

40

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

(276)

(277)

(278)

(279)

Se calculează sarcina de la cacircrlig maximă fără a se tine seama de greutatea cablului de manevră FM CU relaţia (210)

(2710)

(2711)

Se alege un cablu Seale 6x19 -32-1570 SZ conform STAS 1689 - 80 cu următoarelecaracteristici

diams numărul de toroane nT = 6diams numărul de fire nf = 19diams diametrul cablului dc = 32 mmdiams sarcina minimă de rupere a cablului Srm =53132 kNdiams masa unitară a cablului de manevră m1c = 389 kgmdiams aria suprafetelor sarmelor Ac[mm] =41828diams diametrul sarmelor centrale d0=3 mm interioare d1=145 mm

exterioare d2=26 mm

Se calculează greutatea unitară a cablului de manevră qc cu relaţia următoare

41

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

(2712)

(2713)

Greutatea totală a ramurilor de cablu dintre macara şi geamblac Gc se calculează cu relaţia care urmează

(2714)

(2715)

(2716)

lrm=lP+S=27+65=335m (2717)

GC=25(27+65)3816=127836=12786 kN (2718)

GOT=(1068+12783)=11958 kN (2719)

FCM=200tf981ms2=1962 kN (2720)

FCMrdquo=1962 kN+11958 kN(1+1981)=2093769 kN (2721)

FM= (2722)

FM=258235 kN (2723)

CN= (2724)

28 Alegerea tipului de troliului de foraj

Troliul de foraj este utilajul sistemului de manevră care icircndeplineşte icircn cadrul instalaţiei de foraj următoarele funcţiuni

bull extragerea şi introducerea garniturii de foraj respectiv introducerea coloanei de tubare suspendate icircn cacircrligul mecanismului macara mdash geamblac operaţii realizate prin intermediul cablului de foraj icircnfăşurat pe toba de manevră a troliului

bull icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

bull transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)bull susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săparebull lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se executa

cu ajutorul tobei de lăcăritbull ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

42

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu două tobe de manevră şi de lăcărit[l]

Din tab 51 [1] şi tab 27 [6] se alege troliul de foraj TF 38 corespunzătorinstalaţiei de foraj F200-2DH cu următoarele caracteristici principale

1 Tracţiunea maximă icircn cablu 380 kN2 Puterea maximă la intrare 1500 kW3 Diametrul cablului dc= 35 mm (l14in)4 Număr viteze la toba de manevră 4 + 2 R5 Diametrul tobei de manevră 800 mm6 Lungimea tobei de manevră 1325 mm7 Ambreiaj pe partea bdquoicircncet AVB 1250 3008 Lanţ pe partea bdquoicircncet 3 x 2 in9 Ambreiaj pe partea bdquorepede AVB 900 middot 25010 Lanţ pe partea bdquorepede 3 x 2 in11 Diametrul tambur fracircnă 1400 mm12 Lăţime tambur fracircnă 269 mm13 Aria suprafeţei de fracircnare22343 dm2 14 Fracircnă auxiliară FE 1400 (FH 40)

43

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

CAPITOLUL 3

PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

31 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

Modul de actionare reprezinta felul in care sunt actionate motoarele principale ale IF separat individual sau in comin

In cadrul unei instalatii de foraj avem 3 sisteme de lucru principale SM SR SC

Arborele principal pentru SM TF+M+G

pentru SR MR+PA+GnF+S

pentru SCPN

Arbori caracteristici pentru SM TM

pentru SR PAt GanF

pentru SC arbprele cotit PN

IF dispune de 3 tipuri de moduri de actionare

-individual MAIfiecare motor principal e actionat separat

-centralizat MACtoate motoarele sunt actionate in comun

-mixt MAM un motor principal e actionat separat iar celelalte 2 in comun

Pentru actionare de tipul DH se ia caracteristica principala a proiectarii IF se alege modul de actionare centralizat MAC2

Instalaţia de foraj F200-2DH este echipată cu un grup de foraj GF-820 cu un

convertizor hidraulic de cuplu CHC-750-2 un motor diesel MB 820 Bb cu

supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

44

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (310)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (311)

32 Alegerea modului de acţionare

Modul de acţionare reprezintă felul icircn care se acţionează antoarele şi pompă de noroi de la grupurile de acţionare (separate sau centralizat)

Instalaţii de foraj pot fi acţionate cu motoare diesel cu motoare electrice (de curent continuu sau alternative) şi icircn unele cazuri mai rare cu turbine cu gaze Deoarece motoarele de acţionare nu au icircntotdeauna caracteristicile funcţionale icircn concordanţă cu cerinţele impuse de tehnologiile de foraj a apărut necesitatea combinării acestora cu diferite tipuri de transmisii (mecanice hidraulice electrice) rezultacircnd astfel mai multe sisteme de acţionare Printre sisteme de acţionare utilizate pentru instalaţii de foraj se pot citi diesel ndash mecanic diesel hidraulic electric şi diesel electric Sistemele turbo-electric turbo-mecanic şi hidrostatic şi ndashau găsit aplicaţii mai limitate

Pentru a elimina neajunsurile acţionării diesel-mecanic s-au realizat acţionările diesel-hidraulice cu turboambreiaje sau cu convertizoare hidraulice de cuplu Icircn prezent majoritatea instalaţiilor de foraj acţionate icircn sistemul diesel ndashhidraulic sunt prevăzute cu convertizoare hidraulice de cuplu

Icircn cazul acţionării diesel-hidraulice cu turboambreiaj se pot realiza demaraje linie sub sarcină micşoracircndu-se şocurile

Sistemul de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare hidraulice de cuplu este cel mai răspacircndit sistem de acţionare aplicacircndu-se atacirct la instalaţii de foraj staţionare cacirct şi la cele transportabile

Acţionarea diesel-hidraulică cu convertizoare hidraulice este stabilă pentru toate punctele de funcţionare din domeniul de tracţiune deoarece pe măsura ce cresc momentele rezistente cresc si momentele de la ieşirea din convertizor scăzacircnd turaţia de la ieşirea din convertizor se realizează astfel puncte de echilibru care asigură stabilitatea si pe caracteristica de turaţie la sarcină totală a motorului diesel

Datorită stabilităţii in funcţionare a sistemului de acţionare diesel-hidraulic cu convertizoare nu există pericolul scoaterii din funcţiune a motoarelor diesel chiar dacă la un moment dat puterea consumatorilor tinde sa depăşească puterea instalată a motoarelor diesel aflate in funcţiune Stabilitatea se explica

45

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

prin scăderea in mod automat a turaţiei la ieşirea din convertizoare pana ce puterea solicitata de consumatori devine egala cu puterea disponibila a motoarelor diesel Aceasta este o caracteristica deosebit de importanta a sistemului diesel-hidraulic cu convertizoare realizata fără echipamente speciale de comanda si reglare care da siguranţa in funcţionare si evita consecinţele unor eventuale manevre necorelate cu cerinţele tehnologice din diferite situaţii mai deosebite [10]

Pentru instalaţia de foraj F200-2DH se alege un mod de acţionare diesel-hidraulic centralizat (MAC2) (cu grup motopompa GMP) sau mod de acţionare in grup (MAG)

In continuare se vor prezenta schemele structural funcţionale ale unor instalaţii de foraj cu mod de acţionare centralizat in doua variante MACI si MAC2

Fig 31 Schema structurală-funcţională unei IF cu mod de acţionare centralizat icircn

varianta 1 (MACI) (cu acţionare de tipul DH sau ECH)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI - transmisie

intermediară(intermediară centrală IF) tm mdash transmisie mecanicăPN mdash pompa de noroi

TF mdash troliu de foraj TM mdash toba de manevră M-G mdash maşina macara-geamblac

CVAR - cutie de viteza a AR MR - masa rotativă

(Ex F125-2DH F200-2DH-3 F200-3ECH-4)

46

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 32 Schema structural-funcţionala a unei IF cu mod de acţionare centralizat in varianta 2 (MAC2) (cu grup motopompa GMP)

D - motor diesel GF - grup de foraj CHC - convertizor hidraulic de cuplu TI ndash transmisie intermediara (intermediara centrala a IF) Tm mdash transmisie mecanica PN mdash pompa de noroi TF - troliu de foraj TM - toba de manevra M-G - maşina macara-geamblacCVAR - cutie de viteză a AR MR ndash masa rotativă

47

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

33 Puterea consumatorilor auxiliari de forţă

Puterea consumatorilor auxiliari de forţa reprezintă puterea motoarelor instalate pentru acţionarea consumatorilor auxiliari de forţa si anume a sitelor vibratoare a agitatoarelor de noroi a degazeificatoarelor a demacircluitoarelor din cadrul instalaţiei de curăţire preparare si tratare a fluidului de foraj a pompelor centrifuge de supraalimentare a pompelor triplex de noroi a pompelor pentru vehicularea apei pentru răcirea tamburilor de fracircna etc

In afara surselor de energie necesare mecanismelor care realizează cele trei funcţiuni principale ale unei instalaţii de foraj mai este necesara o sursa de energie pentru alimentarea instalaţiilor de lumina si de forţa pentru activităţi auxiliare după cum urmează

bull pompe centrifuge pentru hidrocicloanebull site vibratoare bull agitatoare bull pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de forajbull pompe centrifuge pentru apabull pompe centrifuge pentru chimicalebull pompe pentru reziduuribull pompe pentru combustibilbull comanda hidraulica a prevenitoarelorbull instalaţie pentru uscarea aeruluibull agregate pentru icircncălzirebull maşini-uneltebull agregat pentru sudurabull instalaţii pentru iluminat

Aceşti consumatori exista in raport cu complexitatea instalaţiilor de foraj la instalaţiile mici fiind mai putini iar la instalaţiile mari fiind in totalitate

Pentru alimentarea acestor consumatori auxiliari instalaţiile acţionate cu motoare diesel dispun de o centrala electrica compusa din grupuri electrogene a căror putere variază in raport cu mărimea si cu tipul instalaţiilor de foraj La instalaţiile de foraj transportabile grupul electrogen se poate monta pe o remorca transportabila

In afara de iluminatul normal exista si iluminatul de siguranţa pentru a se asigura continuitatea lucrului in caz de deranjament in instalaţia de lumina de 220V alimentarea lui se face de la bateriile de acumulatori existente in cadrul instalaţiei de foraj (la 24V) prin tabloul de siguranţa prevăzut cu dispozitive de conectare automata a iluminatului de siguranţa

In tabelul următor sunt arătaţi consumatorii auxiliari de forţa ale instalaţiilor de foraj (tabelul 31)

Deoarece nu funcţionează simultan toţi consumatorii auxiliari de forţa puterea grupurilor electrogene sau a transformatorului nu trebuie luata egala cu suma puterilor tuturor consumatorilor Factorul de simultaneitate poate fi considerat de circa 06 [10] rezultă o putere necesară de circa 650kw

48

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Tabelul 31

Nr

Crt

Denumirea consumatorilor

Puterea motorului sau rezistenţă [kW]

Numărul de

motoare

Puterea

totală

[kW]

1 Site vibratoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 15 1125

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa răcire troliu 75 1 75

5 Pompa instalaţie amestec chimicale

3 2 6

6 Pompe combustibil 3 2 6

7 Pompe ulei 15 1 15

8 Pompe de preparare a fluidului de foraj

75 2 150

9 Pompa baterie denisipare 55 1 55

10 Pompa baterie desmacircluire 55 1 55

11 Instalaţie degazeificare 4 1 4

12 Degazeificator 30 1 30

13 Instalaţie de preparare centrifuga 22 3 66

14 Instalaţie transport material pulverulent

4 1 4

15 Dispozitiv salvare garnitura 22 1 22

16 Dispozitiv stracircns-slăbit 11 1 11

17 Dispozitiv manevra prăjini grele 75 1 75

49

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

18 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

19 Pod tubaj reglabil 5 1 5

20 Instalaţie comanda prevenitoare 11 1 11

21 Instalaţie de uscare aer 15 1 15

22 Instalaţie iluminat normal 18 1 18

23 Instalaţie iluminat siguranţa 06 1 06

Se adoptă puterea consumatorilor auxiliari de forţă pentru instalaţia F200- 2DH ca fiind egală cu

PCsAF = 650 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

34 Calculul puterii instalate

Puterea instalată pentru instalaţia de foraj F200-2DH se calculează cu relaţia următoare

PIF = Pp + PCsAF (340)

PP = (2+2) Pn (341)

Pn = 655 kW

Pp = 4 middot 655 kW = 2620 kW (342)

psCAF=6331 kW

psCsAF=pp+psCsAF (343)

PCsAF = 2620 kW + 6331 kW = 32531 kW (344)

PsCsAFp=63312620=024

50

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

icircn care PP este puterea instalată principală a instalaţiei de foraj puterea motoarelor instalate

care acţionează antoarele principală ( TF MR PN )

PCsAF - puterea instalată consumatorilor auxiliari de forţă necesare instalaţiei de

foraj

35 Concluzii

Acest capitol a avut drept scop desprinderea studenţilor cu alegerea modului şi tipului de acţionare pentru instalaţia de foraj pe care o proiectează determinarea parametrilor şi caracteristicilor motoarelor grupurilor de acţionare calculul puterii consumatorilor auxiliari cu care este dotată instalaţia de foraj pe care o proiectăm şi calculul puterii instalate a instalaţiei de foraj

CAPITOLUL 4

51

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

41 Lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmisie a puterii medii a unui motor grup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic

Schema lanţului cinematic de icircnsumare a puterii motoarelor grupurilor de acţionare LCIPGA sau a transmisiei intermediare TI sau a intermediarei centrale este prezentată icircn figura următoare

Fig 41 Schema LCIPGA al instalaţiei de foraj F200-2DH

Cuplajul C12 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) si este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoarelegrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

Ambreiajul cu burduf ventilat de pe arborele (-1) AVB 600x250 este un cuplaj operaţional pentru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de cuplaredecuplare a pompei de noroi 2PN-1258

O parte din energia de la motoarelegrupurile de acţionare o utilizează si compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus icircn funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

52

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

GMC=mMC=6437981=6314697

LMC=2235 mm = 2355 m distanta dintre axul macaralei si axul carligului

Do=Dt+dc

r=0985

tl=o97

IRA=0985

MG (410)

=

RO=[096 098]

[102 104]

=0811 (411)

1C=09854097309850811=0686 (412)

42 Reprezentarea lanţului cinematic al sistemului de manevră şi determinarea

numărului de trepte de viteza

53

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Schema cinematică a sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200- 2DH este prezentată icircn figura următoare

Fig 43 Schema cinematică a SM al instalaţiei de foraj F200-2DH

Numărul de trepte de viteză pentru sistemul de manevră se calculează cu relaţia

Nm = NSM = 1 x 1 x 2 = 2 (430)

Ddg l( i)

=

pg

sinπ

zg l( i)

(431))

igl =

ωg

ωg+1 =

Ddg l(2)

Ddg l( l)

(432)

54

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

icircn care Nm este numărul de trepte de viteză pentru manevră

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

igl ndash raportul de transmitere

g ndash numărul de ordine al grupei de transmitere

l ndash numărul de ordine al transmisiei din grupa de transmitere

j ndash numărul de ordine al treptei de viteză

Dd ndash diametrul de divizare al transmisiei

Icircn tabelul următor sunt centralizate toate datele necesare calcului raportului de transmitere total al SM pentru toate treptele de viteză

Tabel 41

tl (gl) 11 21 31 32

Pg in(mm) 112(381) 112(381) 2(508) 2(508)

zgl(1) 30 30 26 26

zgl(2)

30 49

67 34

Ddgl(1) 364494 364494

421448 421448

Ddgl(2) 364494 894660

1083796 550568

igl 1 2454526

2571601 1306372

Tip cuplaj - C31

CCn=CCr

C41

AVB1120x300

C42

AVB900x250

43 Transmisii mecanice de intrare in troliul de foraj ( TF ) si parametrii acestora

Icircn figura 51 este prezentată schema cinematică a troliului de foraj

55

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 51 Schema cinematică a troliului de foraj

Principalele componente ale troliului de foraj sunt următoarele

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

44 Tipurile de transmisii mecanice utilizate icircn cadrul lanţului cinematic şi 56

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

parametrii acestora

Icircn cazul instalaţiilor de foraj sunt utilizate un mare număr de transmisii prin care se realizează transmiterea mişcării şi a fluxului energetic de la motoarele de acţionare ale instalaţiei pacircnă la troliu pompe de foraj masa rotativă şi alţi consumatori auxiliari ( pompe elemente de mecanizare componente ale instalaţiei de forţă şi lumina etc)

Transmisiile utilizate la instalaţiile de foraj sunt foarte diverse şi anume mecanice dinamice hidrostatice electrice şi pneumatice

Transmisiile prin lanţ cunosc o largă utilizare la instalaţiile de foraj şi de intervenţie Transmisia prin lanţ transmite mişcare prin rotaţie şi momentul de torsiune de la arborele conducător la arborele condus prin intermediul lanţului articulat

Icircn trecut la utilajul petrolier erau utilizate lanţurile rotary lanţurile articulate cu zale care sunt pe cale de dispariţie odată cu utilajele pe care le-au echipat

Lanţul de transmisie cu role şi zale scurte se compune dintr-o serie de zale interioare şi zale exterioare cu bolţuri asamblate alternat icircn aşa fel icircncacirct bolţurile sunt articulate interiorul bucşelor iar rolele se pot roti liber pe bucşe

Fig 43 Elementele componente ale unui lanţ cu bucşe şi role

a- za interioara cu role ( 1- eclise 2- bucşe 3- role)b- za exterioară cu bolţuri ( 1- eclise 2- bolţuri)

45 Tipurile de cuplaje folosite icircn cadrul sistemului de manevră

57

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Ambreiajele reprezintă elemente componente ale transmisiilor instalaţiilor de foraj permit realizarea diferitelor combinaţii icircn transmiterea puterii de la motoarele de are la echipamentele sistemelor de manevră pompare şi rotire şi icircn obţinerea diferitelor de viteza materializacircnd astfel posibilităţile oferite de schema cinematică a instalaţiilor

Icircn general la instalaţiile de foraj sunt folosite ambreiaje cu comanda de la distanta şi are pneumatică

După caracterul şi frecvenţa cuplărilor se disting icircn practică curenta a instalaţiilor de ambreiaje operaţionale caracterizate printr-o frecvenţă mare de cuplări şi ambreiaje operaţionale cu o frecventă redusă a cuplărilor Ambreiajele tobei de manevră constituie de ambreiaje operaţionale care icircn timpul extragerii şi introducerii garniturii de foraj acţionate repetat şi la intervale de timp scurte Atacirct ambreiajele tobei de manevră cacirct şi ambreiajele maselor rotative se cuplează icircn sarcina

Există construcţii de ambreiaje pneumatice cu burduful la exterior icircnvelind inelul profilat metalic cu saboţii cu material de fricţiune situaţi la exteriorul burdufului La acest tip de ambreiaj saboţii sunt icircmpinşi la introducerea aerului comprimat spre suprafaţa interioară a unui tambur icircn vederea cuplării arborilor

Icircn general ansamblul unui ambreiaj pneumatic cu burduf comportă un număr de piese aparţinacircnd arborelui antrenat şi arborelui de antrenare care pot fi realizate icircntr-un mare număr de variante constructive Pentru alimentarea ambreiajului este necesară o conductă de alimentare cu un ventil de golire rapidă Aceasta permite alimentarea cu comandă de la distanţă şi golire locală a ambreiajului fără ca pentru scurgere aerul să parcurgă traseul pacircnă la aparatul de comandă

Ambreiaje pneumatice cu burduf ventilate

Ambreiajul pneumatic cu burduf ventilat ( fig 44) are o construcţie asemănătoare cu aceea a ambreiajului cu burduf prezentacircnd de asemenea un burduf din cauciuc 1 un inel profilat metalic denumit obadă 2 saboţii metalici 3 căptuşiţi cu un material de fricţiune 4 aplicat prin şuruburi de fixare cu cap icircnecat Spre deosebire de ambreiajul pneumatic cu burduf la care transmiterea momentului se efectuează prin balonul de cauciuc la acest tip momentul se transmite prin bolţuri 5 fixate icircn plăci laterale 6 şi 7 Saboţii turnaţi din aliaj de aluminiu prezintă o cavitate inferioară care favorizează răcirea icircn timpul mişcării ambreiajului şi culisează radial fiind ghidaţi icircn bolţurile 5 avacircnd o mişcare radială sub acţiunea aerului comprimat introdus icircn burduf 1 Acesta este realizat din mai multe bucăţi avacircnd fiecare racord de alimentare ceea ce permite şi un montaj mai uşor fără a fi necesar un capăt liber de arbore

58

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig44 Ambreiaj pneumatic cu burduf ventilat

Burduful este executat din cauciuc cu inserţie avacircnd o grosime mai redusă icircntrucacirct nu transmite momentul de torsiune Consideraţiile privind modul de montaj pe arbori al ambreiajelor pneumatice cu burduf sunt valabile şi la ambreiajele ventilate

Datorită capacităţii de evacuare a căldurii pe care o prezintă ambreiajele ventilate cu burduf sunt utilizate icircntr-o măsură mai mare şi icircn special ca ambreiaje operaţionale Ele sunt utilizate foarte adesea la toba de manevră a troliului

Ambreiaje pneumatice cu discuri

La instalaţiile de foraj realizate icircn ţara noastră sunt utilizate două tipuri distincte de ambreiaje pneumatice cu discuri ldquode trecererdquoşi ldquode capătrdquo Ultimul este utilizat exclusiv la partea ldquode icircncetrdquo a tobei de manevră

59

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig45 Ambreiaj pneumatic cu discuri Fig46 Ambreiaj pneumatic cu discuri

ldquode trecererdquo ldquode capătrdquo

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquode trecererdquo poate fi utilizat icircn orice poziţie pe arbore şi realizează ambreierea unor elemente care se rotesc liber pe acelaşi arbore El nu permite ambreierea a doi arbori diferiţi cum este cazul ambreiajelor pneumatice cu burduf

Ambreiajul pneumatic cu discuri ldquo de trecererdquo realizează ambreierea datorită introducerii aerului comprimat icircn spaţiul dintre discul de capăt 1 şi membrană 2 care apasă asupra pistonul 3 La racircndul sau pistonul apăsa discurile de fricţiune 4 şi 5 si discurile de ambreiaj căptuşite cu ferodo 6 pe discul butucului 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează pe dantura butucului 7 iar discurile de ambreiaj 6 glisează pe dantură inelelor 8 şi 9 care sunt solidare cu flanşa 10 Discurile de ambreiaj 6 sunt antrenate prin frecare de discurile de fricţiune 4 şi 5 Pe măsura creşterii presiunii aerului comprimat se realizează blocarea icircmpreuna a ambelor serii de discuri Icircn acest mod se obţine ambreierea dintre piesele solidare cu butucul 7 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţii care sunt solidari cu flanşa 10

Ambreiajul ldquode capătrdquo icircntreagă suprafaţă frontală este utilizată pentru crearea forţei de apăsare axială datorită aerului comprimat La acest tip de ambreiaj membrană este mult mai icircngustă neavacircnd decacirct o singură cută Modul de ambreiere este icircn principiul acelaşi aerul comprimat introdus icircn camera dintre discul de capăt 1 membrană 2 şi pistonul 3 face ca pistonul să producă o apăsare icircntre discul de fricţiune 45 şi 6 şi discurile de ambreiaj 6 şi 7 Discurile de fricţiune 4 şi 5 glisează icircn carcasa dinţata 8 iar discurile de ambreiaj 6 şi 7 pe butucul dinţat 9 Prin apăsarea realizată de aerul comprimat se produce o forţă de frecare icircntre discurile de fricţiune şi discurile de ambreiaj se obţine ambreierea dintre arbore prin butucul dinţat 9 şi piesele care se rotesc liber pe rulmenţi solidare icircn carcasa dinţată 8 Pentru debreiere prin eliminarea aerului şi prin acţiunea arcurilor de revenire 10 se icircndepărtează discurile de fricţiune de discurile de ambreiaj

60

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Troliul de foraj se compune icircn general dintr-un şasiu icircn care sunt montaţi arborii fracircnele mecanice fracircna hidraulica transmisiile cu lanţ pacircrghiile de comanda a diverselor cuplaje mecanice cuplaje cu discuri sau cu burduf ambreiaje ventilate cu burduf sistemul de ungere sistemul de comanda pneumatica etc

Troliile de foraj pot fi echipate cu o toba sau cu doua tobe denevra si de lăcărit

46 Modul de obţinere a treptelor de viteză şi calculul rapoartelor de

transmitere totală

Propoziţia logică a lanţului cinematic al sistemului de manevră al instalaţiei de foraj F200-2DH este următoarea

C11 ^ C12 ^ C31 ^ ( C41 v C42 ) (480)

Rezultă două linii de cuplare şi anume

1 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C41 I itI (481)

2 C11 ^ C12 ^ C31 ^ C42 II itII (482)

i tI = i11 middot i21 middot i31 (483)

itII = i11 middot i21 middot i32 (484)

itIgtitII

itI= 631206

itII= 320652

61

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

47 Determinarea parametriilor dimensionali ai tobei de manevra (TM)

Tobele de manevră se fac icircn construcţie turnată sudată sau combinată Tamburii de fracircnă ai tobei de manevră se fac icircn construcţie separată demontabili din oţel Mn Si Toba troliului de foraj este prezentată schematizat icircn figura 52

Fig 5 2 Construcţia unei tobe de manevră

1 - arborele tobei2 - toba propriu- zisă 3 - sistemul de răcire cu apă 4 - tamburul de fracircnă 5 - pene radiale 6 - şuruburi

unde Dj este diametrul interior

Dt - diametrul tobei (exterior)

δ - grosimea de perete a tob

DTM= diametrul tobei de manevra

Dh = diametrul de infasurare al cablului in valuri

H 123v

lCTM = lungimea totala a cablului

e = ek = numarul de spire intr-un val

k 234v-1

ev = numarul de spire in ultimul val activ

p = pasul canalelor manson spiral

RC = raza canal cablu

DTM 22 24 dc

DTM 500 700 d1

d1 = diametrul firelor in stratul interior al cablului

62

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

d1 = 057 d2

-cablu SEAL 6x19x32-1960 SZ

dc = 32 mm

d2 = 26 mm

d1 = 057 26 = 1482 mm (490)

DTM = ( 22 24 ) 32 mm = ( 704 768 ) (491)

DTM = [ 500 700 ] 1482 mm = [ 741 10374 ] mm (492)

Df = DTM

v 2 4

v = 3

D0 = DTM + dC = 741 + 32 = 773 mm (493)

D1 = D0 + 2a = 773 + 2 2976 = 832 5 mm (494)

a = dC = 093 32 = 2976 (495)

= 093

D2 = D1 + 2a = 8325 + 2 2976 = 89204 mm (496)

D3 = D2 + 2a = 89204 + 2 2976 = 95156 mm (497)

Dm = (498)

m = 5

lp = 27 m

L = LCTM = 2m( lp + 05 ) (499)

u = = 2mvc (4910)

(4911)

sRA = 2m sc (4912)

sc = lp

sRA = L

L = 2527 = 270 m (4913)

63

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

l = l2 (4914)

la1 [ 10 15 20 ]

la1 ( 11 16 )

(4915)

l = l2 =37

- se alege l gt cu 12 spire fata de valul calculat astfel incat l sa fie impar

l1 = l-1 = 37 ndash 1 = 36 spire

lal + l11 = 36

la1 = 15 spire

l11 = 36 ndash 15 = 21 spire

(4916)

l3 = 31962 = 32

ev = e3 lt l ndash l2

p = dc = (4917)

hp = 0979

LTM = p l1 + 05 dc (4918)

LTM = 3575 36 05 35 = 1305 mm

DiM = (4919)

DCM = (4920)

RC = (4921)

64

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

48 Ambreiajul operaţional de icircncet

Să se aleagă ambreiajul operaţional de icircncet al tobei de manevră de la instalaţia de foraj F200-2DH

Se cunosc următoarele elemente

ηr = 0985

μa s = 04

Pcad = 500 kNm2

icircn care Pcad este presiune de concordanţă admisibilă

- coeficient de alunecare statică

k = 0665

k

Pentru troliu de foraj TF25 se cunosc următoarele elemente

DTM = 710 mm

dc = 32mm

FM = 25tf = 25 middot 981 kN = 24525 Kn (4101)

MCAD = (4102)

MCADM = (4103)

(4104)

icircn care kdM este coeficient de dinamicitate maxim

pc ndash presiune de contact

n ndash numărul de suprafeţe de cuplare65

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

MCAD ndash momentul capabil al ambreiajului cu discuri

(4105)

(4106)

D1 = DTM + dc (4107)

D1 = 710 mm + 32 mm = 742 mm = 0742 m (4108)

nA = 123

Se adoptă nA = 3

n = 2 3 = 6

(4109)

Se alege D = 750 mm

Pentru diametrul D = 750 mm se alege ambreiajul ventilat cu burduf AVB 800x250

4 9 Diagrama de ridicare

Diagramele se obţin pentru funcţionarea convertizoarelor hidraulice de cuplu icircn perioada de regim (mişcare stabilizată)

Fcj(Nj )

=

4mDn

sdotη1minusc( j) sdotCΣp

( Nj)sdotM 2sdotitj (4110)

vcj =

Dn

4 msdotω2sdot

1itj (4112)

j = I II III IV

D isin [D1 D z ]66

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Dn =

D1+D z

2 (4113)

(4114)

(4115)

w = u +v (4116)

v = 1 u = 2

w = 2+1 = 3

a = w+1 (4117)

a = 3+1=4

ηtl=0 970 ηr=0 985 ηmg=0 811

ηrl=0 985 m = 5

(4118)

(4119)

CΣp(Nj )=1+sum

i=2

N j

prodk=1

iminus1

ηr (minusk )sdotηtl(minusk ) (41110)

N jisin123

icircn care j este numărul de ordine al treptei de viteză

itj ndash raportul de transmitere total al SM pentru treapta j de viteză

M2 ndash momentul dezvoltat la arborele secundar al convertizorului

Fcrsquo ndash forţa la cacircrlig

ω 2 ndash viteza unghiulară dezvoltată la arborele secundar al convertizorului

m ndash numărul de role de la macara

Dn ndash diametrul mediu de icircnfăşurare a cabului pe toba de manevră

η1minusc( j) minus randamentul transmisiei energiei icircntre arborele 1 al lanţului cinematic

pentru linia de cuplare de ordinul j

ηrminus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele 1 al lanţului

cinematic

67

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

η1minust( j) minus randamentul transmiterii energiei icircntre arborele 1 exclusiv şi arborele

tobei

ηmgminus randamentul sistemului macara-geamblac

ηtlwminus randamentul transmisiei cu lanţ

ηrwminus randamentul rulmenţilor

w- numărul de grupe de transmitere totale

u ndash numărul de grupe de transmitere utile

v ndash numărul de grupe de transmitere parazitare

CΣp(Nj )minuscoeficient de icircnsumare a puterilor celor (Nj) grupuri de acţionare

Nj ndash numărul de grupuri de acţionare utilizate pentru treapta de viteză de

ordinul j

ηr (minusk )minus randamentul rulmenţilor pe care se montează arborele de ordinul (-k)

ηtl(minusk )minus randamentul transmisiei cu lanţ pe care se montează arborele de

ordinul(-k)

Nj =1 rArr CΣp(1)=1 (41111)

Nj = 2 rArrCΣp(2)=1+ηr(minus1)sdotηtl(minus1)=1+0 985sdot0 970=1 955 lt2 (41112)

CΣp(Nj )leN j (41113)

Ctp(Nj )=

CΣp(Nj )

N j (41114)

Ctp(Nj )le1

Ctp( l)=1

Ctp(2)=0 978

68

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig47 Schema icircnfăşurării cablului pe toba de manevră

Dt ndash diametrul tobei de manevră Do ndash diametrul fibrei medii de icircnfăşurare a cablului al valului mort Dt ndash diametrul primului val activ D2 ndash diametrul valului al doilea activ Dz ndash diametrul ultimului val activ a ndash distanta dintre două valuri succesive

Valoarea mărimii lui a se alege icircn funcţie de diametrul cablului şi de aşezare cablului icircn două valuri succesive

Astfel se disting trei situaţii de aşezare a cablului icircn două valuri succesive

- spiră icircntre spiră a =

radic32sdotdc

- spiră pe spiră a = dc

- intermediară a = αsdotdc

αisin [0 866 1000 ]rArrα=0 930

Do = Dt + dc (41115)

Dl = Do + 2a = Dt + dc + 2a (41116)

D2 = Dl + 2a = Dt + dc + 4a (41117)

Dz = Dt + dc + 2za (41118)

69

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Dn = Dt + dc + (z +1)α (41119)

Dt = 710 mm (din schema cinematica)

z = 3 ndash numărul de valuri active

Dn = 710mm + 32mm + (3+1) = 86104 mm = 086104mm (41120)

FcI (2)=

4 mDn

sdotη1minusc(1) sdotCΣp

(2)sdotM 2sdotitI iquestiquestiquestiquest (41121)

FcI (2)=4 5

0 86104sdot0 697sdot1 955sdot6 31206 M 2=199 782 M 2 iquestiquestiquestiquest

(41122)

[M 2 ]=kNm [Fcl

]=kN [ vcl ]=ms

[ω2 ]=rad

s (41123)

FcI

(1 )=102 190sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41124)

FcI

(2)=199 782sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41125)

FcII

(2)=101 489sdotM 2 iquestiquestiquestiquest (41126)

FcII

(1 )=51 912sdotM 2 iquest iquestiquestiquest (41127)

Datele necesare icircntocmirii diagramei de ridicare sunt centralizate icircn tabelul următor

M2 kNm M2M M2(1)

M2(0)

M M2(2)

70

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

2133 1473 850 800 400 0

ω2 rads

0

ω2(1)

28798

ω2(0)

64612

68068

ω2(2)

99484

ω2(3)

134041

ηCHC

0

ηm

070

ηM

0847

0843

ηm

070

0

itI N=2F

426135 2942788 1698147 1598256 799182 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIN=1F

21797127 15052587 868615 81752 40876 0

vcI m s 0 0196402 0440653 0464223 067848 0914159

itIIN=2FcII

(2 ) kN 21647603 14949329 8626565 811912 405956 0

vcII m s 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

itIIN=1F

11072829 7646637 441252 415296 207648 0

v 0 03866419 08674807 09138809 1335672 1799634

Se icircntocmesc diagrama de ridicare care include curbele date de funcţiile Fc=f (vc )şi ηCHC=f ( vc) şi se

determină domeniul economic de funcţionare (DEF)

71

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

0 02 04 06 08 1 12 14 16 18 20

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Vc ms

Fc k

N

410 Concluzii

Icircn acest capitol se prezintă lanţul cinematic al sistemului de manevră se calculează lanţul cinematic de icircnsumare a puterii motoarelorgrupurilor de acţionare şi calculul coeficienţilor de icircnsumare şi de transmitere a puterii medii a unui motorgrup de acţionare la arborele 1 al lanţului cinematic se icircntocmeşte şi diagrama de ridicare al sistemului de manevră

72

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

CAPITOLUL 5

STUDIUL SCHEMEI CINEMATICE A INSTALAŢIEI DE FORAJ

51 Schema cinematică a instalaţiei de foraj

Icircn figura următoare se va prezenta schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH cu tipurile de utilaje ale acesteia

73

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Fig 61 Schema cinematica a instalaţiei de foraj F200-2DH

Principalele tipurile de utilaje ale instalaţiei de foraj F200-2DH şi rolul funcţional al acestora este detaliat in continuare

M1 M2 ndash motoarele- grupurile de acţionare ale IF F200-2DH CHC 750-2 convertizoare hidraulice de cuplu realizează cuplarea motoarelorgrupurilor de

acţionare cu arborii intermediare centrale CB 600x125 (C11) ndash cuplaje cu burduf realizează cuplarea arborilor intermediarei centrale cu

transmisiile acesteia AVB 600x250 ndash este un cuplaj operaţional penru sistemul de circulaţie acesta executa operaţia de

cuplaredecuplare a pompei de noroi 2NP-700

74

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

AVB 600x250 (C21)este un cuplaj operaţional care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia

Cuplajul C31 este un cuplaj cu craboţi care realizează cuplarea arborilor cu transmisiile acesteia Cuplajul C32 este un cuplaj cu craboţi necesar pentru cuplarea angrenajului cilindric cacircnd este

nevoie de inversarea sensului de rotaţie la toba de manevrăa in vederea icircnlocuirii porţiunii de cablu uzat

Cuplajul cu burduf CB 500x125 are rolul de fracircna inerţiala necesara opririi arborelui pe care sunt montare cuplajele cu craboţi deoarece cuplarea este mai dificila

Cuplajele C41 (AVB 1120x300) şi C42 (AVB 900x250) sunt cuplaje operaţionale ale tobei de manevra

FH 46in reprezintă fracircna hidraulica a tobei de manevra care mai este dotata şi cu fracircnele cu banda FB

parte din energia de la motoaregrupurile de acţionare o utilizează şi compresorul cu doi cilindri 2C 10 care poate fi pus in funcţiune cu ajutorul cuplajului cu burduf CB 300x100

Cuplajul C21 este un cuplaj cu discuri (CD2-750) şi este un cuplaj operaţional pentru transmiterea energiei de la motoaregrupurile de acţionare la celelalte sisteme ale instalaţiei de foraj

TM ndash toba de manevră TL ndash toba de lăcărit Ms ndash mosoarele tobei de lăcărit MR ndash masa totativă GMP ndash grup motopompa Ambreiajul AVB 400x125 montat pe arborele 7 este cuplajul operaţional al mosoarelor tobei de

lăcărit ndash acesta realizează cuplareadecuplarea mosoarelor CB 300x100 ndash cuplajul cu burduf montat pe arbore 10 este cuplaj operaţional al tobei de lăcărit Ambreiajul AVB 500x200 montat pe arborele 8 are rolul atacirct de transmitere a energiei la arborele

mesie rotative Cuplajul CB 500x125 montat pe arborele 8 reprezintă cuplajul cu burduf al mesei rotative

52 Determinarea numărului de trepte ale sistemului de manevra se determina astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de manevră se determină astfel

Numărului de trepte de viteză ale sistemului de rotire se determina după cum urmează

75

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de circulaţie se determină astfel

Numărul de trepte de viteză ale sistemului de lăcărit

53 Concluzii

Studiul shemei cinematice a IF F200-2DH a demonstrat numărul de trepte de viteze de la arborii caracteristici a sistemelor de lucru astfel am obținut la SM două trepte de viteze la SR ndash trei trepte de viteze și la MR ndash o treaptă de viteză

6Concluzii

Acest proiect a avut drept scop proiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF) icircn cazul nostru instalaţia de foraj F200 ndash 2DH

76

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

Programul din care face parte acesta tema a proiectului este bdquoProiectarea de IF destinate construirii sondelor de petrol şi gaze cu performante ridicate adaptate cerinţelor pieţei mondiale şi exploatares lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III UPS icircn vedere

icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina CCUPS deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de schela

prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitate

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

reducrea complexităţi mecanice a SM optimizarea funcţionării SM exploatarea raţională a SM

Ca indicaţii economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele

folosirea eficienţă a puterii a IF reducerea consumului de metal al elementelor TF şi ca urmare obţinerea unei greutăţi specifice

(raportate la unitatea de putere) minime creşterea fiabilităţi componentelor TF şi deci reducerea la minimum a timpului neproductiv al IF

rezultat din defecţiuni

7BIBLIOGRAFIE

1 Popovici Al şi colab Calculul şi construcţia utilajului pentru forajul sondelor de petrol Editura Universităţi din Ploieşti 2005

2 Parepa S CCUPS Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2005 ndash 2006

77

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78

3 Parepa S CCUPS Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al sistemului de manevra (SM) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2005-2006

4 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia Tehnică Bucureşti 19685 Pantazi D Construcţia şi tubarea sondelor Ediţia a II-a Editura Tehnică Bucureşti 19726 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică

Bucureşti 19757 Raseev D Ulmanu V Georgescu G Construcţia şi exploatarea garniturii de foraj Editura

tehnică Bucureşti 19868 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19929 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 199010 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea sondelor Editura

Tehnică Bucureşti 198511 Macovei N Hidraulică forajului Editura Tehnică Bucureşti 198212 Posea N Rezistenţa materialelor Editura Tehnică Bucureşti13 Dumitrescu I Georgescu D Siro B şi colab Acţionarea electrică a instalaţiilor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198714 Dumitrescu I Nestorescu D Georgescu D Siro B şi colab Instalaţii electrice din schelele

petroliere Editura tehnică Bucureşti 198815 Costin I Icircndrumătorul mecanicului de la exploatarea icircntreţinerea şi repararea utilajelor de foraj

Editura Tehnică Bucureşti 198416 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni17 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 18 Angel A Rezistenţa materialelor

78