UNIVERSITATEA PETROL –GAZE DIN PLOIESTI

FACULTATEA DE INGINERIE MECANICA SI ELECTRICA

Specializare: INGINERIE ECONOMICA IN DOMENIUL MECANIC

Proiect UTILAJ PETROLIER

“INSTALATIA DE FORAJ”

Conducator de proiect: Marius Stan

Student: Jianu Loredana-Corina

Specializarea: I.E.D.M

Grupa: 1230

Anul: III

PLOIEŞTI 2013

TEMA DE PROIECTARE

1. CAPITOLELE PROIECTULUI

1.1 Alegerea tipului instalatiei de foraj si a principalelor utilaje;

1.2 Elaborarea documentatiei la nivel de proiect tehnic pentru troliul de

foraj;

2. DATE INITIALE

2.1 Adancimea sondei H=4200m;

2.2 Sistemul de actionare DH;

2.3 Constructia sondei;

3. CONTINUTUL MEMORIULUI

3.1 Alegerea tipului instalatiei de foraj;

3.2 Determinarea fortelor nominale la carlig;

3.3 Calculul puterii instalate;determinarea numarului de grupuri de

foraj.Schema principala a actionarii sistemelor;

3.4 Determinarea parametrilor principali ai sistemului de manevra si alegerea

principalelor utilaje component;

3.5 Determinarea numarului de trepte de viteza la manevra si materializarea

schemei cinematice a sistemului de manevra;

3.6 Determinarea infasurarii maxime a cablului de manevra;

3.7 Alegerea geamblacului de foraj;

3.8 Alegerea cablului de foraj;

4. PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

4.1 Determinarea fortelor din capatuol active al cablului in fazele operatiei de

manevra (ridicare,static,coborare);

4.2 Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevra;

4.3 Calculul franei cu benzi si alegerea franei hidraulice;

4.4 Calculul de dimensionare-verificare al arborelui tobei de manevra;

5. MATERIALUL GRAFIC

5.1 Desenul subansamblului arborelui tobei de manevra;

5.2 Desen de executie;

INTRODUCERE

Sintagma “apogeul petrolului” este des întâlnită în zilele noastre. Se referă la momentul în care

producția mondială de petrol va atinge punctul său maxim, urmat de un declin de proporții al

ratei de extracție al aurului negru. După aceea se ajunge în etapa în care resursele vor fi epuizate.

Aceasta este teoria apogeului petrolului, dar oare sa fie ea realistă?

Aceste concept este vehiculat de 20-30 de ani. Manipularea maselor a fot făcută cu succes pentru

că oricine “știe” că petrolul e va termina într-o zi. Însă se pare că lucrurile nu stau chiar așa.

Noi cercetări, ascunse, ținute departe de ochii publicului larg, demonstrează că petrolul este o

resursă inepuizabilă. Acesta este marele secret al companiilor petroliere pe care încearcă să-l

apere prin orice mijloace posibile. Dacă acest adevăr iese la suprafață o dată pentru totdeauna,

prețul petrolului trebuie să scadă, iar companiile petroliere ar suferi mari pierderi economice.

Războaiele care au ca cop controlul resurselor petroliere nu și-ar mai avea rostul și marile

economii, precum cea a SUA, ar înregistra un declin imens.

Instalatia de forare (drilling rig – eng.) - o masinarie folosita pentru a fora sonde in scoarta

terestre. In cazul instalatiilor de forare petroliere, acestea foreaza sonde de petrol sau gaze. La

randul lor acestea pot fi pentru forare pe uscat (onshore), sau forare pe mare (offshore). Cele

offshore pot fi submersibile, cu cric (Jackup rigs), semi-submersibile si nave de forare:

Instalatia de forare poate avea dispozitiv de forare rotativ , percutant, sau rotativ- percutant:

Foraj percutant – dislocarea rocii în talpa sondei se face prin lovire repetată cu o sapă specială,

de forma unei dălţi (trepan). Are două variante: percutant-uscat (cu tije sau cablu) şi percutant-

hidraulic. În primul caz sapa este antrenată cu ajutorul unui cablu sau a unei tije (metal, lemn).

Detritusul este evacuat prin introducerea unei cantităţi mici de apă şi extragerea periodică a

noroiului format, cu o lingură cilindrică. În forajul percutant-hidraulic sapa este antrenată cu

ajutorul prăjinilor (ţevi de oţel), prin care se pompează continuu fluid pentru spălarea tălpii de

detritus.

Foraj rotativ – cel mai utilizat este forajul rotativ-hidraulic, cu evacuarea materialului dislocat

prin circulaţie de fluid. Are două variante: cu rotaţie de la suprafaţă (cu masă rotativă, sau cap

rotativ la sondeze) şi cu motoare submersibile. Procesul de forare este continuu, cu evacuarea

permanentă a detritusului cu ajutorul fluidului de foraj. Dislocarea rocii se realizează cu diferite

tipuri de sape, care execută o mişcare de rotaţie şi pătrundere în teren.

Metoda rotativ-hidraulică se numeşte şi rotary. Sapa este rotită de motoarele instalaţiei prin

intermediul masei rotative şi a prăjinilor de foraj. Pentru pătrunderea sapei în roci apăsarea este

asigurată de garnitura de foraj. Fluidul de foraj este pompat în talpă prin interiorul prăjinilor.

1.CAPITOLELE PROIECTULUI

1.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj si a principalelor utilaje

componente ale sistemului de manevra

In general o instalatie de foraj se compune din urmatoarele subansamble:

- turla, mast sau trepied

- utilajul de manevra: troliu, sistemul geamblac-macara, cablu

- utilajul de rotire sau utilajul de percutie, la instalatiile mecanice

- utilajul de circulatie a fluidului de foraj la instalatiile hidraulice

- instalatiile de forta la instalatiile semimecanice si mecanice

- organe de transmisie, de comanda, de masura si control.

Simbolizarea instalatiei de foraj:

Seria noua: IF 320 3DH, unde:

320 - forta maxima la cârlig în tone forta

3DH – sintemul de actionare

În România simbolizarea este facuta sub forma: F320 3DH.

O instalatie de foraj cuprinde 3 sisteme de lucru principale si mai

multe sisteme de lucru auxiliare.

Sistemele de lucru principale sunt:

· sistemul de manevra (SM);

· sistemul de rotire (SR);

· sistemul de circulatie (SC).

Sistemul de manevra (SM) realizeaza apasarea pe sapa si operatia de

manevra a materialului tubular în sonda.

Sistemul de rotire (SR) realizeaza transmiterea miscarii de rotatie de la

suprafata pâna la sapa.

Sistemul de circulatie (SC) realizeaza debitul de circulatie necesar

evacuarii detritusului din sonda.

Sistemul de manevra reprezinta unul dintre sistemele principale de

lucru ale IF fiind alcatuit din:

· grupul de forta

· transmisia mecanica

· masina de lucru (troliul de foraj)

· mecanismul macara-geamblac-carlig

Mecanismul macara-geamblac-carlig este alcatuit din:

· geamblac

· înfasurarea cablului

· ansamblul macara-carlig.

2.DATE INITIALE

2.1. Adâncimea sondei

Pentru elaborarea proiectului vom avea adâncimea sondei H=4200 m.

Alegerea diametrelor nominale ale sapelor de foraj, filete de legatura

corelate cu diametrele de burlane si prajini se face de la pag. 166 din

Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier.

H=4200 m

Li=2/3*H=2800 m

La=H/10=420 m

2.2 Sistemul de actionare

Sistemul de actionare ales este DH(Diesel Hidraulic)

2.3 Constructia sondei

Alegerea diametrelor nominale ale sapelor de foraj, filete de legătură corelate cu diametrele de

burlane şi prăjini se face de la pag. 166 din Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier.

DCE=7”.Din tabelul 2.1 se aleg sapele si diametrele celorlalte coloane.

Coloana de burlane in care intra sapa:9 5/8

DCE=7” =>Se alege DSapa=9”=228,5mm=>Diametrul coloanei intermediare DCI=10 3/4”=>Diametrul prajinii de foraj :Dpf=5

1/2".

=>DCA=13 3/8”=>D

2S2=17

1/4"=>D

2pf=6

5/8”.

Material tubular API:

N DC DS Dpf FL

CE 1 7 9 5 1/2 4

½

CI 2 10 3/4 14 6

5/8 6

5/8

CA 3 13 3/8 17

1/4 6

5/8 7

5/8

Material tubular:

N DC DS Dpf FL LC

CE 1 6 5/8 7

3/4 4

1/2 4

1/2 [100-300]~

1/3H

CI 2 8 5/8 11 6

5/8 6

5/8 2200 m~

2/3H

CA 3 13 3/8 17

1/4 6

5/8 7

5/8 H

3.Continutul memoriului

3.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj

Instalaţiile de forare, sonde sau sondeze, au componentele de bază comune. Aceste componente

se împart în componente de suprafaţă şi componente de interior. Componentele de suprafaţă,

funcţie de rolul lor sunt:

• Grup de forţă-pentru acţionare, format din motoare, motoare electrice de fund;

• Turla cu substructură;

• Sistemul de manevră-pentru intoducerea şi extragerea garniturii de foraj cu instrumentele de

dislocare (sapa,freza). Este alcătuit din macara, troliu, geamblac, cârlig, cablu de foraj, şi scule

de manevră (elevatoare, pene, cleşti);

• Sistemul de rotaţie-antrenează garnitura într-o mişcare rotativă. Cuprinde masa rotativă şi capul

hidraulic;

• Sistemul de circulaţie-asigură circulaţia fluidului de foraj în sondă. Cuprinde pompa de noroi şi

conductele de aspiraţie şi împingere (manifold, din engl. manifold=conductă de aducţie), furtun,

Componentele de interior cuprind: coloana de tubaj, garnitura de foraj şi instrumentele de

dislocare.

Ciclul de foraj cuprinde succesiunea operaţiilor executate de la montarea unei instalaţii pe o

locaţie şi până la demontarea şi transportul spre o altă locaţie. El poate cuprinde:

Lucrări de suprafaţă – amenajarea terenului, montajul instalaţiei de foraj şi anexelor;

Lucrări pregătitoare – verificarea stării de funcţionare a utilajelor, săparea şi consolidarea găurii

prăjinii pătrate;

Săparea găurii de sondă – sau forajul propriu-zis, cuprinde un ciclu de operaţii repetat la fiecare

introducere a unei sape noi în locul celei uzate şi a garniturii de prăjini până în talpa sondei. Pe

măsura adâncirii sondei, la garnitura de foraj se adaugă o nouă prăjină de foraj (“bucata de

avansare”). O viteză mică de avansare poate indica uzarea sapei. Extragerea garniturii se face în

“paşi” (câte 2-3 prăjini), care se sprijină în turlă, la pod. Toate manevrele se execută cu ajutorul

sistemului de manevră şi a mesei rotative (cap rotativ).

Lucrări de consolidare şi izolare a găurii de sondă – forarea începe cu o sapă cu diametru mare,

se sapă o porţiune, se tubează prima coloană (coloana de ancoraj) şi se cimentează în spatele

coloanei. Se continuă forajul cu o sapă cu diametru mai mic. Funcţie de scopul sondei şi funcţie

de condiţiile geologice (natura rocilor, tectonica regiunii) după coloana de ancoraj se tubează

direct coloana de exploatare, sau 1-2 coloane intermediare şi apoi coloana de exploatare. Tubarea

este operaţiunea de introducere a unor burlane de oţel în gaura de sondă. Burlanele se cimentează

în spate în totalitate, sau parţial, pe o anumită înălţime de la talpă.

Operaţii de investigare – la forarea unei sonde, înainte de operaţiunea de tubare se pot executa

diferite investigaţii geofizice de tipul carotaj electric, carotaj radioactiv, cavernometrie,

măsurători de deviaţie, etc.

Lucrări de punere în producţie – au loc la forajele executate în scopul exploatării unor resurse

(hidrocarburi). Sunt specifice la forajele hidrogeologice, sau lipsesc la forajele de cercetare şi la

unele dintre cele speciale.

Lucrări de demontare şi transport – reprezintă etapa de finalizare a forajului.

Lucrări de instrumentaţie – sunt lucrări speciale executate pentru rezolvarea unor accidente în

gaura de sondă (prinderi la puţ, ruperi de prăjini, etc.). Acestea se execută cu ajutorul unor scule

de instrumentaţie.

Unele etape pot să fie suprimate (consolidare şi izolare, investigare) funcţie de scopul forajului.

Alegerea instalatiei de foraj se face în functie de sarcina maxima la

cârlig din tabelul 1.1: Instalatiile de foraj romanesti: 3DH 200;

3.2. Determinarea fortelor nominale la cârlig

Alegerea diametrului prajinilor grele.

La pag. 254 din Carnetul Tehnic de Utilaj Petrolier alegem prăjini grele de foraj cu

diametre exterioare:

⁄ , avand greutatea pe unitate de lungime:

GS=50kg x 9.81 490,5 N GS=0,5 kN

qpg=149.7 =1.473kN

qpg=1468.55N/m

lpg= 174.41m

Gpg= qpg lpg Gpg=149.7 x 180 x 9.81=265 kN

unde: DS-diametrul sapei

GS-greutatea sapei

qpg-greutatea specifica a prajinilor grele

lpg-lungimea tronsonului de prajini grele

Gpg-greutatea prajinilor grele

Calculul lungimii ansamblului al garniturii de foraj

Pentru prajini grele de foraj se alege de la pag. 244 din Carnetul Tehnic de Utilaj

Petrolier

; ;

G=Gpa+Gpf+Gpg+Gs

Gpa

Gpf=qpf x lpf lpa=10 m

qpf=35.7 x 9,81=0.350kN/m

lpf=H-lpa-lpg-hs=4200-180-10=4030 m

Gpf=350 x 4030=1410.5 k N

Gs=0.5 kN

GM=Gpa+Gpf+Gpg+Gs= 10+1410.5+265+0.5=1686kN

unde: G-greutatea celei mei grele garnituri de foraj

Gpa-greutatea prajinii de antrenare

Gpf-greutatea prajinilor de foraj

qpf-greutatea liniara a prajinilor de foraj

lpf-lungimea prajinilor de foraj

Gs-greutatea sapei

H-adancimea maxima a sondei

lpa-lungimea prajinilor de antrenare

lpf-lungimea prajinilor de foraj

Forta la carligul garniturii.

Forta la carlig garniturii este forta maxima care apare cu probabilitatea cea mai mare in

timpul operatiei de manevra a garniturii de foraj.Ea este data de cea mai grea garnitura de foraj

care de multe ori este cea mai lunga garnitura de foraj.

Formula de calcul a fortei nominale:

F cn=Fgf +Fds

Fcgf=o

fk

g

aG

1( ) =1941 kN

Fgf = Fcgf + Fo =1941+106.75= 2047.75 kN

Fo = G(1+ a/g) = 106.75

a=0.1 m/s2

Fcn=Fgf + Fds = 2047.75 + 550 = 2597.75 kN

Constructia sondei

Diagrama 7’’

N Intervale [m] Grosimi de perete [mm] Greutatea specifica [N/m]

1 400 11.51 34.2263

2 500 10.38 43.1549

3 1400.5 9.19 38.6906

4 999.5 10.36 43.1549

5 900 11.51 47.6192

GBCE = (Σqi*Li)=9,81 x(400 x 34.2263) + (500 x 43.1549) + (1400.5 x 38.6906) + (999.5 x

43.1549) + (900 x 47.6192) = 1722.08 kN

Din diagrama de tubare VII pentru coloana de ⁄ s-a obţinut:

N Intervale [m] Grosimi de perete [mm] Greutatea specifica [kg/m]

1 100 13.84 90.32

2 1100 12.57 82.59

3 350 12.57 82.59

4 450 12.57 82.59

5 700 13.84 90.33

6 900.5 15.11 97.77

7 590.5 15.11 97.77

GBCI=(Σqi*Li)= 9.81 x (100 x 90.32) + (1100 x 82.59) + (350 x 82.59) + (450 x 82.59) + (700 x

90.33) + ( 900.5 x 97.77) + (590.5 x 97.77) = 3678.35 kN

Calculul fortei maxime:

FCT=(Σqi*Li)(1+a/g)

FCTCE=1739.3 kN

FCTCI =3715.13 kN

Rezulta FCT,M =Max(FCTCE ; FCTCI )=3715.13 kN

FCM=Max(Fcn ; FCT,M )=3715.13 kN

Modul de acţionare reprezintă modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la

motoare la procesul tehnologic. În practică se întâlnesc trei moduri principale de acţionare:

- modul de acţionare în grup (G1 şi G2);

- modul de acţionare individual;

- modul de acţionare mixt.

Modul de acţionare individual (MAI) prezintă avantajul echipării fiecărui utilaj cu motorul

potrivit, iar numărul transmisiilor este redus. Puterea instalată totală este mai mare decât în

celelalte cazuri. Se aplică de obicei la instalaţiile electrice în current continuu şi la cele acţionate

hidrostatic.

Modul de acţionare mixt (MAM) apare la instalaţiile în cadrul cărora se folosesc aceleaşi

motoare la acţionarea troliului de foraj şi la acţionarea mesei rotative, pompele fiind acţionate

individual.

Modul de acţionare în grup G1 este caracterizat prin faptul că sistemele de lucru principale şi

auxiliare sunt alimentate de la un grup comun de motoare, având aceeaşi sursă de energie.

Sistemele de lucru principale sunt:

- SM – sistemul de manevră;

- SR – sistemul de rotaţie;

- SC – sistemul de circulaţie.

3.3. Calculul puterii instalate; determinarea numărului de grupuri de foraj. Schema

principală a acţionarii sistemelor.

Notaţii:

GF- garnitură de foraj

SĂ- sistem de acţionare

SL- sistem de lucru

SM- sistem de manevră

SR- sistem de rotire

SC- sistem de circulaţie

MA- mod de acţionare.

Modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la motoare la procesul tehnologic se

numeşte mod de acţionare.

În practică se stabilesc trei moduri principale diferite de acţionare:

- modul de acţionare în grup

- modul de acţionare mixt

- modul de acţionare individual

Pentru instalaţia noastră vom alege modul de acţionare INDIVIDUAL.

Pi=(Psm+Psr+Psc)*c

= 874.15

FM=FCM=3715.13 kN

Vm=0.2 m/s

η SM =0.85

Cs=1,1

Se alege motorul CATERPILLAR 3412 DITA avand puterea,Pmot=800 kW

Pmot=800 kW

Psr = 500CP=373.15kW

Psc=[0.76...0.82] x Psm = 0.82 x 874.15 = 716.80 kW

Psc= 716.80 kW

Pi = (874.15 + 373.15 + 716.80) x 1.1 = 2160.51

Determinarea numărului necesar de motoare se face în functie de puterea instalată. La alegerea

numărului de motoare se va avea în vedere că numărul acestora să fie minim.

Numărul necesar de motoare va fi partea întreagă a:

Nmot =

+ 1 =3.7 = 4 motoare

unde;

Pi- puterea instalata ;

Psm-puterea consumata de sistemul de manevra ;

Psr- puterea sistemului de rotatie ;

Psc-puterea sistemului de circulatie ;

Pa-puterea auxiliara ;

Cs-coeficientul de siguranta;

Nmot - numarul de motoare;

Pi - puterea instalate ;

Pmot - puterea motorului;

Lista de motoare disponibile:

MB 800 Bb (390 kW)

MB 890 Bb (640 kW)

ALCO 1180 (1180 kW)

ALCO 1840 (1840 kW)

Se alege motorul ALCO 1840 cu puterea la motor de 1840 kW.

Nmot=4 motoare

MECANISM CU ACŢIONARE INDIVIDUALĂ

3.5 Determinarea numărului de trepte de viteză la manevra şi materializarea schemei

cinematice a sistemului de manevră.

Numărul de trepte de viteza se calculează cu relaţia:

unde: r =

=

5

Nm = 3.70 = 4 viteze

RECALCULARE

FM :=3715

Fm := 106

X1 := 0.22

X2 := 0.678

X0 := 0.5

N = 3.70

N = 3.89

adoptam

F2 = 1317.84

M 0.85

m 0.7

x2 x N 1( )

x1 x N

M

m

FM

Fm

1

x0

solve x 0.016894452337606136276

adoptam

x 0.01

N

logFM

Fm

M

m

x2 x

x0

logx2 x

x1 x

N 4

r1

x2

x1

r1 2.987

rx2 x

x1 x

r 2.819

F1 FM

F2

F1

r

F3 := 467.48

F4 = 165.83

F5 = 58.82

F3

F2

r

F4

F3

r

F5

F4

r

v1 0.2

v2 v1 r

v2 0.564

v3 v2 r

v3 1.589

v4 v3 r

v4 4.478

v5 v4 r

v5 12.622

f x( )x2 x

N 1( )

x1 x N

g x( )M

m

FM

Fm

1

x0

Dupa recalculare rezulta Nm=4 viteze.

Schema cinematică a unei instalaţii de foraj( şi a orice alt tip de instalaţie) reprezintă modalitatea

grafică, prin care sunt reprezentate transmisiile arborilor şi elementele care concura la realizarea

funcţiei cinematice.

Factorul de transmitere „m”- reprezintă numărul transmisiilor dintre doi arbori care pot fi

succesivi sau nesuccesivi, în acelaşi plan sau în plane diferite.

Grupa de transmitere „w”- se formează cu trensmisiile dintre doi arbori succesivi.

Numărul total de viteze „N”- poate fi relizate cu transmisia mecanică la elementul de

execuţie.

Numărul total de arbori „t”- t=w+1

Simbolurile transmisiilor cinematice:

- motor

sau

- cuplaj

- arbore

- transmisia prin curele

(I)

(II)

- transmisia prin lant

(I)

(II)

- transmisia prin angrenaj

(I) (II)

sau

(II)

(I)

M

Raportul de transmisie „i” este raportul dintre viteză unghiulară la arborele condus şi viteză

unghiulară la arborele conducător:

z- numărul de dinţi ai roţii de lanţ.

Raportul parţial de transmitere- raportul de transmitere al unei transmisii:

Relaţia structurala- arata legătura dintre grupele de transmitere

Schema cinematică a sistemului de manevră este următoarea:

N=1 X 2 X 2

3.6 Determinarea înfăşurării maxime a cablului de manevră

Înfasurarea cablului reprezinta modul în care se trece cablul peste rolele

mecanismului macara- geamblac.

Înfasurarea pote fi:

-înfasurare totala (cablul trece peste toate rolele geamblacului respectiv

ale macaralei)

-înfasurare partiala

Forţa din capătul activ al cablului se calculează cu relaţia:

(la ridicare)

m= f( se alege din tabela 1.1.

{

3.7. Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul , montat în vârful mastului sau turlei constituie partea fixă a mecanismului

macara - geamblac şi este format dintr-un număr de roţi pentru cablu, care se rotesc liber pe

rulmenţi, aceştia fiind montaţi la rândul lor pe una sau mai multe axe sprijinite pe suporţi. Prima

dintre roţile geamblacului realizează trecerea capătului activ al cablului de la toba de manevră

peste faţă mastului sau turlei, iar ultima roata a geamblacului asigura trecerea capătului mort al

cablului la toba cap mort.

Amplasarea roţilor este în aşa fel făcută încât să fie evitat contactul dintre cablu şi alte

elemente ale mastului sau turlei, precum şi schimbările de direcţie ale cablului care să producă

sărirea cablului de pe roţi.

Constructie

Tipul cel mai întâlnit de geamblac este tipul cu ax unic, cu rotile în linie

care este sprijinit pe doi suporti situati la capete. Suportii se pot sprijini fie

direct pe un element de coroana mastului sau turlei sau pe un cadru propriu

care se sprijina la rândul lui pe elementul de coroana.

Se întâlnesc si constructii de geamblacuri având una din roti înaintasa

prin care se realizeaza trecerea cablului în interiorul mastului sau turlei.

Rotile gemblacului sunt destinate înfasurarii cablului de manevra,

respectiv cablului de lacarit. Rotile pentru cablul de manevra de la geamblac

sunt identice cu rotile de la macara.

Mecanismul macara- cârlig este alcatuit din macara- cârlig, înfasurarea

cablului si geambacul de foraj.

Ansamblul macara- cârlig reprezinta modul în care este atasat cârligul

prin intermediul unui sistem de amortizare al socurilor si vibratiilor.

Macaraua este partea mobila a mecanismului macara- geamblac,

formata dintr-un numar de roti identice în general ca diametru, tip si

constructie dar cu una mai putin. Macaraua executa o miscare de ridicare si

coborâre pe verticala în interiorul mastului sau turlei si trebuie sa prezinte

colturi sau proeminente care sa faciliteze agatarea în timpul miscarii sale.

Cârligul este elementul sistemului de manevra care, competand

macaraua si formând adeseori împreuna cu acesta un singur bloc macarcârlig

îndeplineste urmatoarele functii:

-sustine în timpul operatiilor de extragere- introducere, garnitura de

foraj prin intermediul chiolbasilor si al elevatorului de prajini;

-sustine în timpul tubajului coloana de tubaj prin intermediul de foraj

care au prevazut acest sistem;

-ridica diferite greutati si asigura manipularea prajinii de avansare;

-ridica în timpul montajului si demontajului diferite utilaje si piese

grele;

-participa la operatia de ridicare si coborâre a masturilor rabatabile, la

instalatiile .

1-toba de manevra

2-capatul activ al cablului

3-rola alergatoare

4-geamblac

5-o râla de la geambac

6-una din ramurile înfasurarii cablului

7-macara

8-cârlig

- sistemul de amortizare

- capatul mort al cablului

10 – toba fixa (sau toba moarta)

Mecanismul macara- cârlig prezinta simetrie geometrica dar nu prezinta

simetrie dinamica si cinematica.

Elevatorul se mai numeste si broasca cu pene.Se foloseste pentru

introducerea coloanei de burlane.

Chiolbasii sau bratele de elevator sunt scule care fac legatura între cârlig

si elevator, ele existând si functionând întotdeauna perechi. Pentru realizarea

legaturii, chiolbasii au forma de za alungita pentru sarcini mici (tip usor),

sau în forma de bara prevazuta la capete cu ochiuri

pentru sarcini medii si pentru sarcini mari (tip greu).Pentru introducerea

usoara, în special pe umerii elevatoarelor, capetele sunt curbate în plan

perpendicular.

Acestia sustin elevatorul, fie de prajini de foraj, fie elevatorul cu pene

pentru coloana de burlane, fixându-se la rândul lor prin ochiurile superioare

pe umerii cârligului. Ei se livreaza, se pastreaza si se utilizeaza în pereche.

Exista 3 tipuri în functie de sarcina de lucru:

- usor , în forma de za, pentru sarcini pâna la 870 tf;

- mediu , în forma de bara cu 2 ochiuri la cele 2 capete, pentru

sarcina de 125 tf;

- greu . pentru sarcini >200 tf.

Când cablul de foraj prezinta semne de uzura este necesara înlocuirea lui.

Pentru o operatie mai usoara de înlocuire se procedeaza astfel: pe toba

moarta se afla înmagazinata o cantitate de cablu care nu a lucrat, deci este

neuzat. Se va debloca, deci toba moarta si va trage de manevra o cantitate de

cablu corespunzatoare lungimii celui care functioneaza.

3.8. Alegerea cablului de foraj

Cablul este un ansamblu format din fire din oţel de rezistenţă ridicată şi de dimensiuni cu

tolerante restrânse, înfăşurate cu precizie într-o anumită construcţie în aşa fel încât să funcţioneze

într-o concordanţă perfectă.

Cablul serveste la suspendarea macaralei de geamblac si manevrarea ei catre granic.

La forajul percutant cablul serveste si pentru transmiterea miscarii de percutie si pentru rotirea

garniturii pe talpa. Cablul din otel este un ansamblu de sarme (fire) si de toroane (vite) grupate

prin infasurare in jurul unei inimi, intr-unul sau mai multe strate concentrice.

Calitatea esentiala a firului cablului este flexibilitatea sa, adica proprietatea de a se incovoia dupa

o raza mica de curbura, fara a suferi deformatiuni permanente, pastrandu-si proprietatea de a

rezista la tractiune. Cu cat firul este mai subtire, cu atat este mai flexibil.

Pentru ca un cablu sa reziste la o tractiune mai mare se folosesc manuchiuri de fire rasucite intre

ele numite vite sau toroane. Firele pot fi de acelasi diametru sau de diametre diferite.Un strat in

mos curent este format din sarme de acelasi diametru. La foraj se utilizeaza cabluri compuse.

Acestea sunt alcatuite din infasurarea mai multor toroane.

Cablarea este operatiunea de impreunare a sarmelor in toroane prin infasurarea lor in forma de

spire elicoidale precum si operatia de infasurare a toraonelor pe inima cablului. Atat infasurarea

sarmelor in toroane cat si a toroanelro in cablu poate fi facuta spre stanga sau spre dreapta, sensul

infasurarii notandu-se cu literele Z si S. Denumirile de infasurare Z (dreapta) si respectiv S

(stanga) corespund cu cele ale sensului de infasurare.

- Cablarea paralela este aceea la care infasurarea toroanelor in jurul inimii se face in acelasi sens

cu infsurarea sarmelor din stratul exterior al toroanelor. Cablarea paralela poate fi dreapta Z/Z

sau stanga S/S

- Cablarea in cruce este cablarea la care infasurarea toroanelor in jurul inimii se face in sens

contrar infasurarii sarmelor din stratul exterior al toroanelor. Cablarea in cruce poate fi dreapta

S/Z sau stanga Z/S.

- Cablarea mixta este cablarea la care toroanele cu infasurare dreapta alterneaza cu toroanele cu

infasurare stanga notandu-se SZ/Z sau SZ/S.

Cablul care se utilizeaza la percutie este necesar sa fie foarte flexibil pentru a rezista la

numeroase inflexiuni ce se produc la balansier si pentru a permite ca garnitura sa se roteasca intr-

o anumita masura la fiecare cursa. Din aceasta cauza cablul la forajul percutant are o importanta

deosebita. In functie de alegerea tipului de confectionare a cablului depinde

randamentul forajului. In cazul cablurilor cu cablare paralela este drept ca se obtin momente de

torsiune mai ridicate decat in cazul celor cu cablare in cruce. Totusi, cablurile cu cablare paralela

nu se folosesc din cauza tendintei formarii de bucle in cazul unei tensiuni insuficiente. Pentru a

evita tendinta de desurubare a garniturii in timpul forajului se foloseste exclusiv cablul cu

cablare in cruce stanga Z/S.

Fcn := 2597

M=5.09

adoptam m=5

m = nr de role

Ser=max(3*Fcn ;2* FCn)

1.03

Ser 2 Fn

mFcn

100

m= 5.09

adoptam m= 5

1.03

Fn1 ( )

2m

1 2m

Fcn

F cn 2597

S er 571.34

F n 285.67

F n 1 ( ) 2 m

1 2 m

F cn

1 ( ) 2 m

1 2 m

0.11

m F cn

100

Fn = 304.44

Ser = 913.34

Deci Ser=3*Fcn=913.34 dc=91

În functie de acesta s-a ales tipul cablului ca fiind SEALE 4 19.

Profilul canalului de cablu trebuie să corespundă următoarelor cerinţe :

- să permită înfăşurarea cablului pe roata, de la intrare până la ieşire, cu minimum de

frecări, chiar dacă el nu se afla în planul median al roţii (din cauza unghiului de deviere respectiv

în cazul balansării macaralei);

- să reducă la minimum turtirea cablului pe fundul canalului datorită unui profil apropiat

de conturul cablului;

- să fie neted, concentric şi cu planul median normal faţă de axă de rotaţie a roţii.

Ser 3 Fn

4. Proiectarea troliului de foraj

4.1. Determinarea forţelor din capătul active al cablului în fazele operaţiei de manevră(la

ridicare, static, coborâre)

Se consideră forţa din capătul active al cablului la extremitatea opusă a tablei în raport cu treaptă

de lanţ aferanta treptei de încercare.

- coecifient care ţine seama de rigiditatea cablului.

- la ridicare k= , k- constanta rolei

- la coborâre k=0.15

4.2. Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevră

Troliul de foraj reprezintă principalul utilaj al sistemului de manevră. Caracteristica

principal a trolului d foraj o reprezintă efortul maxim în capătul activ al capului.

Pentru troliul de foraj mai sunt importante şi alte caracteristici:

- numărul de tobe;

- numărul de arbori;

- numărul şi tipul transmisiilor;

- caracteristicile tobei de manevră.

Funcţiile troliului de foraj:

- introducerea şi extragerea garniturii de foraj;

- adăugarea paşilor;

- introducerea coloanei de tubare;

- introducerea diferitelor scule pentru instrumentaţie în sonda;

- înşurubări şi deşurubări de filete;

- realizarea apăsării pe sapă;

- punerea în producţie;

- manevrarea diferitelor greutati la podul de lucru al sondei;

- la instalaţiile cu turla rabatabilă, rabaterea se face cu troliul de foraj

- diametrul tobei de manevra, se recomanda sa aiba o valoare cuprinsa intre 28-30 ori diamerul

cablului.

Dt=30*91=2730

D0=Dt+dc=2730+91=2821

D1=D0+2 a=2822.6

D2=D0+4a=2824.2

A=α *dc=0.8 * 91=72.8

- lungimea tobei de manevra

lt=3003

- lungimea totala a cablului care se infasoara pe toba

=2*m*(lp+ls)=2*5*(27+1.5)=342

=285 mm

n= /(dc+1/2*dc)=22

B B Lt

Dt

Df

4.3. Calculul franei cu benzi si alegerea franei hidraulice.

Frâna hidraulică reprezintă tipul de frână auxiliară cel mai utilizat la troliile de foraj. Părţile

componente ale frânei sunt:

- statorul frânei hidraulice;

- rotorul frânei hidraulice;

- rezervor cu apă;

- manifold de reglaj;

- pompă centrifugă, care ajută la umplerea rezervorului ce asistă la funcţionarea frânei

hidraulice.

Efectul de frecare se obţine datorită mişcării unui rotor paletat în lichidul care umple

cavitatea formată de statorii prevăzuţi, de asemenea, cu palete.

Apa este introdusă în frână prin orificii, trece prin camerele de alimentare, iar din aceasta în

camerele frânei.

Energia mecanică preluată de frâna se transformă în căldură. Rotorul în mişcare are un efect

de pompare care face ca apa încălzită să fie evacuată.

Troliile de foraj trebuie să fie dotate cu frâne care să îndeplinească următoarele funcţii:

- frânarea, oprirea şi menţinerea suspendată a cârligului încarcat cu garnitura de foraj sau

cu coloana de tubaj;

- absorbţia prin frânare totală sau parţială a energiei cinematice dezvoltate la introducerea

garniturii de foraj sau a coloanei de tubaj în gura de sondă.

- suspendarea unei părţi din greutatea garniturii de foraj în timpul forajului, în vederea

reglării, prin aceasta, a apăsării pe sapă şi a avansului acesteia;

- blocarea tobei de manevră în cursul probei de suprasarcină a turlei.

Sistemul de frânare al instalaţiilor de foraj şi intervenţie trebuie să asigure blocarea sarcinii

în timpul operaţiei de introducere a garniturii de foraj şi controlul vitezei de coborâre.

Frâna mecanică a troliului de foraj trebuie să prezinte o asigurare absolută în funcţionare, să

fie eficace, robustă, uşor de manevrat, cu durabilitate rezonabilă a pieselor supuse uzurii şi să fie

uşor de întreţinut.

Frâna mecanică cu bandă permite pe de o parte frânarea cu o forţă relative redusă, aplicată

manual la manetă şi este autodecuplantă când toba începe să se rotească în sens invers.

Pornind de la cele două funcţii de definire ale sistemului de frânare, toate sistemele de foraj

şi intervenţie sunt echipate cu două tipuri diferite de frână:

- frâna de serviciu este o frână mecanică cu posibilitatea de a realiza blocarea sarcinii şi

cerinţelor acestei frâne; răspunde cel mai bine frâna cu bandă;

- frâna auxiliară realizează controlul vitezei de coborâre a garniturii de foraj în sondă.

Drept frâne auxiliare sunt folosite frâne hidraulice sau electromagnetice.

Frâna cu bandă este formată din toba de manevră, tambur de frână, traversă egalizatoare,

servomotor, supapă de comandă.

Frâna cu bandă poate menţine valoarea momentului de frânare la orice viteză unghiulară.

Poate realize moment de frânare la viteză nulă.

Vitezele de coborare al garniturii de foraj in sonde netubate:

Vitezele de coboare ale carligului in sonde tubate:

Din categoria frânelor de serviciu fac parte:

- frana cu bandă;

- frana cu saboţi;

- frana cu discuri;

Frana auxiliară realizează controlarea vitezei de coborâre, fără a putea realiza blocarea

sarcinii, având rolul de a descărca o parte din valoarea momentului de frânare pe care trebuie să-l

realizeze frâna de seviciu.

În această categorie din punct de vedere constructiv instalaţiile de foraj sunt echipate cu 2

tipuri de frâne:

- frana hidraulică ( ele nu dezvolta moment de frânare la operaţia de ridicare, fiind cuplate

prin intermediul unui cuplaj de sens unic);

- frâne electromagnetice.

Construcţia franei cu bandă:

1- maneta de frână

2- benzi de frână

3- sistem de egalizare a tensiunilor în cele două benzi de frână

4- sistem de suspensie

5- sistem de împingere.

Calculul funcţional al franei cu bandă:

a. Determinarea momentului de frânare realizat de frână cu bandă

- unghiul de contact dintre banda de frana si tamburul franei

= 260 … 320 grade

t-tractiunea minima

În fabricaţia curentă se utilizează două cupluri de material de fricţiune:

otel- ferodou (µ 0.27⋯0.5)

otel- retinax (µ 035⋯0.65)

otel-ferodou ⋯

otel retimax ⋯

b.Determinarea lăţimii benzii de frână.

η=0.25

=340297,5

Pc= 0.0004 N/mm2

δ=Pc*Rt/σa=0.0022 mm

δ-grosimea benzii de frana

B=1.913 m

Construcţia franei hidraulice. Principiul de funcţionare.

Frana hidraulică reprezintă de fapt din punct de vedere constructive o pompă centrifugă care

are rolul de a lucra în regim de frână.

Aşa cum rezultă şi din caracteristica funcţională are rolul de a controla viteza de coborâre în

timpul procesului de introducere în sonda a garniturii de foraj. Ea poate bloca sarcina de la cârlig

dar poate încetini coborârea acesteia. Viteza de coborâre depinde de specificul operaţiei de

coborâre. Cu alte cuvinte, dacă coborârea se face în sonde netubate viteza de coborâre este mai

mică, iar frana trebuie să realizeze moment mai mari de frânare. În cazul în care operaţia de

coborâre se desfăşoară în sonde tubate viteza de coborâre este mai mare. Se impune deci

posibilitatea de a realiza reglarea franei.

Momentul de frânare depinde de gradul de umplere. Dacă frana este plină cu lichid (apă) ea

realizează momentul de frânare maxim. Pentru a putea regla valoarea momentului de frânare este

necesar ca să putem regla gradul de umplere cu lichid al franei. Acest lucru îl putem realize cu

ajutorul rezervorului de reglaj şi al manifoldului. În acest fel prin modificarea gradului de

umplere realizăm controlul momentului total de franare realizat cu instalaţia de foraj.

Se alege frana hidraulică de forma: FH 40

Constructia franei electromagnetice.

1-stator

2-rotor

3-infasurare statorica

4-canale de răcire

5-magneti permanenţi

6-lamele magnetice

7-pulberi magnetice.

FR1=(β*F*Dn/2)/RRL1=756.028

RRL1=400

Mt=FR1*RRL1

Mt=756.028*400=302411.2 kN*m.

1

7

3

4

3

4

2

6 5

4.4. Calculul de dimensionare-verificare al arborelui tobei de manevra.

F=285.67kN

GT=10 kN

GA= GB = 3 kN

Fv=F x cos α = F x cos (30)=247.39 kN

FH=F x sin α = F x sin (30)=142.83 kN

Calcul reactiunii pe verticala:

(∑ )

∑

∑

(∑ )

Calculul diagramei momentului incovoietor

Calculul diagramei momentului incovoietor

Dimensionarea arborelui

Am ales materialul 41MoCr11 cu ⁄

⁄

Calculul diametrelor:

Pentru sectiunea 2:

√ (

)

√ (

)

√ ( ) √

√

√

Pentru sectiunea 3:

√ (

)

√ (

)

√ ( ) √

√

√

Pentru sectiunea 6:

√ (

)

√ (

)

7

√ ( ) √

√

√

Pentru sectiunea 7:

√ (

)

√ (

)

√ ( ) √

√

√

Bibliografie:

1.Bublic,A.,Cristea,V., s.a Utilaj petrolier pentru foraj si

extractie,Bucuresti,Ed. Tehnica,1968

2. Hirsch, I., Calculul si constructia utilajului petrolier, Bucuresti, Ed.

Didactica si Pedagogica, 1964

3.Pantazi,D., Constructia si tubarea sondelor,Bucuresti, Ed.

Tehnica,1972

4.Vlad, I., Masini si utilaj petrolier pentru foraj extractie, I.P.G. Ploiesti

5.Wikipedia